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铜业项目大气影响预测评价实例分析 * 曹文洁1赵海燕2贾尔恒 阿哈提1邱秀云1 1． 新疆农业大学， 乌鲁木齐 830052; 2． 新疆环境保护科学研究院， 乌鲁木齐 830011 摘要 使用大气扩散模型 AＲEMOD， 以 SO2、 NO2、 PM10及特征污染物 Pb 等为预测因子， 对某铜业项目进行大气环境质 量预测评价。通过预测评价发现 大多数评价因子浓度均达到相应标准， 但个别因子如 PM10、 As 尘、 NO2等出现超标 现象， 故进行超标原因分析， 并提出环境影响后评价以及区域内污染物倍量替代的对策。 关键词 AＲEMOD; 大气预测评价; 对策 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201405027 THE FOＲECAST AND UATING OF ATMOSPHEＲIC ENVIＲONMENTAL IMPACT FOＲ COPPEＲ’ S EXAMPLE AND THE COUNTEＲMEASUＲE ANALYZES Cao Wenjie1Zhao Haiyan2Jiaerheng Ahati1Qiu Xiuyun1 1． Xinjiang Agricultural University， Urumuqi 830052， China; 2． Xinjiang Academy of Environmental Protection Science，Urumuqi 830011， China AbstractBased on AＲEMOD model of atmosphere， SO2、 NO2、 PM10and specific pollutant Pb were used as predicting factors to forecast the atmosphere environment quality． The results showed that most factors met the corresponding standard except PM10， As， NO2． The reasons were discussed，environmental impact post assessment and pollutant amount of times replacement strategies were put forward． KeywordsAＲEMOD;atmosphere environmental quality forcast and assessment; strategies * 乌鲁木齐市机动车大气污染物对空气质量的影响研究 XJZDXK- 2002- 10- 05 ; 自治区高技术研究发展计划项目; 新疆水利水电工程重点 学科资助项目 XJZDXK20091206 。 收稿日期 2013 －08 －07 1项目概况 某新建铜业项目， 位于某工业园区内， 距离城市 15 km， 距高等级公路 980 m， 省级公路 2. 4 km， 铁路 1. 5 km。目前该工业园内主要生产企业有冶炼厂、 焦 化厂、 玻璃制造业， 还有在建及已通过环评批复的化 工企业、 DAP 项目等。本项目建设规模为年产高纯 阴极铜 10 万 t， 硫酸 43. 73 万 t。产污点源装置主要 有制酸尾气、 粉煤制备、 精矿库配料系统、 烟尘破碎系 统; 产污面源有熔炼车间、 电解车间、 净液车间。 2模型简介 AＲEMOD 模型是由美国国家环保局与美国气 象学会组建的美国法规模式改善委员会 Aermic 所开发的。AＲEMOD 模型以扩散统计理论为出发 点， 假设污染物浓度分布在一定程度上是服从高斯 分布的［1- 5］。该模式系统可用于多种排放源 包括 点源、 面源和体源 的排放， 并且适用于乡村环境和 城市环境的模拟和预测。AＲEMOD 具有的特点有 1 以行星边界层 PBL 湍流结构及理论为基础， 按 空气湍流结构和尺度概念， 湍流扩散由参数化方程 给出， 稳定度用连续的参数表示; 2 中等浮力通量 对流条件采用非正态模式; 3 考虑了对流条件下浮 力烟羽和混合层顶相互作用［6］。AＲEMOD 系统内 有 AＲEMOD 扩 散 模 式、 AＲEMET 气 象 预 处 理 和 AＲEMAP 地形预处理模块［7］。AＲEMET 的主要用 途是对输入的气象观测数据进行计算， 以获得 AＲEMOD 需要的行星边界层参数。AＲEMAP 主要 作用是简化 AＲEMOD 的地形输入数据， 它将测量 得到的地形数据转换成 AＲEMOD 能处理的数据， 提供给 AＲEMOD 使用［8］。 511 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 3模型预测 3. 1环境空气影响预测方案 本项目评价范围内还有 3 家在建及拟建企业， 预 测方案 见表 1 分别对本项目和叠加 3 家在建拟建 项目的相关污染因子后进行预测评价。预测因子为 SO2、 NO2、 PM10、 硫酸雾、 Pb 尘、 As 尘、 H2S 及氟化物; 预测计算点为环境空气保护目标 敏感点 、 网格点 和区域最大地面浓度点; 预测浓度包括小时、 日均及 年均浓度值。 表 1预测方案 Table 1The forecasting scheme 污染源类别预测因子计算点预测内容 本项目污染源 正常排放 SO2、 PM10、 NO2、 硫酸雾、 Pb、 As、 H2S、 氟化物 环境空气保护目标 网格点 区域最大地面浓度点 小时浓度 日平均浓度 年均浓度 叠加评价区内 其他在建、 拟 建相关污染源 SO2、 PM10、 NO2环境空气保护目标 区域最大地面浓度 小时浓度 日平均浓度 年均浓度 3. 2数据资料及参数选取 3. 2. 1气象资料的选取 1地面气象观测资料。本项目选择距厂址最近 气象站的地面气象资料， 该气象站距离拟建项目 15 km， 周围地理环境、 气候条件与拟建项目周边基本 一致， 故该站气象资料具有较好的适用性。气象资料 为 2011 年逐时地面气象观测资料， 包括 年、 月、 日、 时、 风向、 风速、 总云量、 低云量、 干球温度 其中总云 量与低云量为每日 8 时、 14 时与 20 时， 预测时进行 插值处理 。 2常规高空气象资料。常规高空气象资料采用 环保部环境评估中心重点模型实验室提供的高空气 象数据。该数据是采用中尺度数值模式 MM5 模拟生 成 把全国共划分为 149 149 个网格， 分辨率为 27 km 27 km， 此模式采用的原始数据有地形高度、 土地利用、 陆地 － 水体标志、 植被组成等数据， 数据源 主要为美国的 USGS 数据， 原始气象数据采用美国国 家环境预报中心 NCEP/NCAＲ 的再分析数据。模拟 高空气象数据网格点距离项目所在地 13. 8 km。 3. 2. 2相关参数的选取 1地面特征参数。厂址周边以及评价区内地表 类型单一， 均为沙漠化荒地， 地面扇区可划分为一个 扇区。评价区干燥气候， 地面时间周期按季节划分， 地面粗糙度可按照 Aremet 通用地表类型选取 见 表 2 。 表 2地面特征参数表 Table 2The ground characteristic parameters list 序号扇区时段正午反照率BOWEN粗糙度 10 ～360 冬季 12次年 2 月0. 45100. 15 20 ～360春季 35 月0. 3050. 30 30 ～360夏季 68 月0. 2860. 30 40 ～360秋季 911 月0. 28100. 30 2地形数据。地形数据采用 csi． cgiar． org 提 供的 srtm 免费数据， 精度为 3 秒。使用 Aremap 运 行计算得出评价范围内各网格及敏感点的地形数 据。构建评价范围的预测网格时， 采用直角坐标的 方式。 3网格设置。网格设为直角坐标网格， 厂址内 以环保烟囱为原点， 东向为正 X 轴， 北向为正 Y 轴。 预测网格点采取近密远疏法， 网格距原点距离 ≤1 000 m时， 间距为50 m; 网格距原点距离≥1 000 m 时， 间距为 100 m。 4污染源排放参数及烟气处理方法。本项目大 气污染点源有环保烟囱、 粉煤烟囱、 粉尘排放源、 硫酸 雾排放源、 硫化氢排放源。预测因子为 SO2、 NO2 、 硫 酸雾、 As 尘、 PM10、 铅尘、 H2S 和氟化物。环保烟囱烟 气来自制酸尾气、 阳极炉烟气及环境集烟气， 其 SO2、 NO2、 硫酸雾、 As 尘、 PM10、 Pb 尘和氟化物排放源强分 别为 58.51， 9.32， 0.85， 0.045， 14.55， 0.096， 0.091 kg/h; 粉煤烟囱烟气主要来自煤粉制备， 其 SO2、 NO2和 PM10排放源强分别为 0. 71， 1. 44， 0. 368 kg/h; 粉尘排 放源的污染源主要包括精矿库配料系统、 熔炼车间上 料系统、 烟尘破碎系统、 电极糊及耐火材料破碎系统， PM10源强为 2. 551 kg/h、 Pb 尘为 0. 0026 kg/h， As 尘 源强为 0. 0037 kg/h。硫酸雾排放源的污染源主要是 电解车间、 净液车间， 硫酸雾源强为 1. 14kg/h。硫化 氢排放源的源强大小为 0. 022 kg/h。 大气污染面源主要有熔炼车间、 电解车间、 净液 车间。熔炼车间的 SO2、 PM10、 As 和 Pb 尘的排放强度 分别为 5. 36， 3. 58， 0. 004， 0. 013 t/a。电解车间和净 液车间总的硫酸雾强度为 2. 95 kg/h。 项目主要大气污染治理措施 沉降电炉烟气经一 次、 二次沉尘室后送环境集烟脱硫系统处理， 废气经 高度为 120 m 环保烟囱排放; 阳极炉烟气经余热锅炉 回收余热、 布袋除尘器除尘处理 收尘效率 99 后， 进入石灰石石膏法脱硫装置脱硫 脱硫效率大于 611 环境工程 Environmental Engineering 90 ; 这两种烟气最终经高120 m 的环保烟囱外排。 粉煤 制 备 烟 气 经 布 袋 收 尘 器 处 理，收 尘 效 率 99. 98， 处理后烟气经高 34m 烟囱外排。在熔炼车 间， 物料输送下料口和胶带的主要落料点等处设置集 气罩， 收集的废气通过布袋除尘器处理后 除尘效率 为 99 通过高 20m 排气筒外排， 外排废气中粉尘排 放浓度为 30 mg/m3。 面源废气处理中， 熔炼炉烟气经余热锅炉、 电除 尘器、 喷雾冷却塔和布袋收尘器处理后送制酸; 转炉 烟气经余热锅炉、 沉尘室、 电除尘器处理后送制酸。 整个系统的除尘效率达到 99以上。 3. 3预测标准 本项目大气评价因子的质量标准主要采用 GB 30951996环境空气质量标准 中的二级标准， 其中 As 和 Pb 年均值采用 GB 30952012环境空气 质量标准 ， 该标准中没有相应标准值的， 采用 TJ 3679工业企业设计卫生标准 居住区大气中有害 物质的最高允许浓度值， 其中 Pb 日均浓度值取自 GB 735587大气中铅及其无机化合物的卫生标准 见表 3 。因本项目在评价时 GB 30952012 还未 开始实施使用， 故部分标准采用 GB 30951996。 表 3本项目大气评价因子采用的质量标准［9- 12 ］ Table 3Limit values refered by the assessment factors for the programmg/m3 参数1 小时平均值日平均值年平均值 PM100. 150. 10 SO20. 500. 150. 06 NO20. 240. 120. 08 As0. 0090. 0030. 006 10 －3 硫酸雾0. 300. 10 Pb0. 00450. 00150. 001 氟化物0. 020. 007 H2S0. 01 4环境空气影响预测结果 4. 1各预测因子在敏感点及网格点处达标情况 各预测因子在对敏感点及评价区域网格点的预 测中 PM10日均叠加值 本项目贡献值叠加背景值 在各敏感点和网格点预测值均出现超标; 硫酸雾小时 叠加值在网格点出现超标; As 年均浓度值在网格点 出现超标 见表 4 。SO2、 NO2、 Pb 的小时、 日均与年 平均浓度， H2S 小时浓度， 氟化物小时及日均浓度， PM10年均浓度， 硫酸雾日均浓度以及 As 小时、 日均浓 度值均达标。 表 4评价区网格点预测因子超标情况 Table 4Predictive factor over the standard in the grid point in assessment zone 预测因子 最大落地 浓度 本项目浓度 贡献/ mg m －3 背景浓度/ mg m －3 叠加值/ mg m －3 评价标准/ mg m －3 本项目 贡献率/ 占标 率/ PM10 日均值0. 080. 200. 280. 1528. 57186. 67 硫酸雾小时值0. 320. 15 10 －2 0. 320. 3099. 53106. 67 As年均值0. 07 10 －4 0. 000. 07 10 －4 0. 06 10 －4 100116. 67 超标现象原因分析 PM10日均叠加值 见图 1 在 各敏感点均超标， 评价区最大地面浓度占标率达到 186. 67。经分析， PM10日均叠加值超标主要与当地 环境中的 PM10背景值高有关系， 区域最大地面浓度 点的 PM10背景值为 0. 12 mg/m3， 而本项目的贡献值 只有 0. 08 mg/m3， 背景值的贡献率达 71. 43， 背景 值过高是造成 PM10日平均值超标的主要原因。 硫酸雾的小时浓度 见图 2 在各敏感点处均达 标， 但在评价区网格点有三个超标点， 其中最大小时 浓度占标率为 106. 67。经分析， 超标点出现在距 南厂界 400 m 范围内。本项目厂界周边 1 km 范围内 设为环境防护距离， 防护距离内没有分布对环境质量 要求高的敏感点， 因此硫酸雾对环境的影响在可接受 范围内。 As 年均值在敏感点处均达标， 在评价区网格点 出现 超 标 见 图 3 ，最 大 地 面 浓 度 占 标 率 为 116. 67。分析 As 尘年均浓度出现超标原因， As 尘 年均浓度标准限值 0. 000006 mg/m3 非常严格， 较 小时 0. 009 mg/m3 、 日均 0. 003 mg/m3 标准浓度 限值严格了 3 个数量级， 致使出现小时及日均浓度占 标率不超过 10， 而年均浓度均却出现超标的现象。 As 预测超标点有 6 个点位在厂界内， 4 个点位在厂界 外附近， 最远距离厂界外 250 m， 本项目厂界周边 1 km范围内设为环境防护距离， 因此项目对环境的影 响在可接受范围内。 4. 2叠加评价区内在建及拟建项目后的主要污染物 浓度影响分析 对叠加评价区内在建及拟建项目进行预测， 预测 711 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 图 1PM10最大日均浓度等值线 Fig． 1Contour lines of maximum daily mean PM10concentration 图 2硫酸雾最大小时浓度等值线 Fig. 2Contour lines of maximum hourly sulphuric acid conceatrations 图 3 As 最大年均浓度等值线 Fig. 3Contour lines of maximum annual mean concentration of arsenic 因子为 SO2、 PM10及 NO2。经预测， SO2小时、 日均、 年 均浓度值在评价范围内均达到标准值要求。 PM10年均浓度在评价范围内达到标准要求， 日均 最大落地浓度在敏感点及其他网格点出现超标。经分 析， 这与当地环境中PM10背景值较高有关系， 背景浓度 值为0. 2 mg/m3， 而背景贡献率达到86. 96 见表5 。 NO2日均及年均浓度均不超相应标准， 占标率分 别为 48. 21 和 3. 43。NO2小时最大落地浓度为 133. 34， 出现超标现象。经分析， 该点项目本身小 时浓度贡献值仅为 9. 39 10 －12 mg/m3 占标率 0. 39 10 －8 ， 叠加拟在建项目和背景值后为 0. 32 mg/m3 占标率 133. 34 ， 在建拟建项目贡献 率达 87. 50， 因此项目评价区 NO2小时浓度超标的 主要贡献源来自评价区的其他在建拟建项目 见表5 。 811 环境工程 Environmental Engineering 表 5叠加拟在建项目后污染物超标情况 Table 5The pollutants over the standard of superposed proposed and the under construction projects 预测 因子 最大 落地 浓度 拟建项目及在建 项目浓度贡献值/ mg m－3 背景 浓度/ mg m－3 叠加值/ mg m－3 评价 标准/ mg m－3 占标 率/ PM10 日均0. 030. 200. 230. 15153. 33 NO2 小时0. 280. 040. 320. 24133. 34 5大气预测评价结论 1大气预测结果表明 本铜业排放的 SO2、 Pb、 氟化物及 H2S 等各类污染物小时、 日均及年均预测 浓度值均可达排放要求， 说明该项目正常运行情况下 排放的这些污染物对区域大气环境影响可接受。 2预测中出现 PM10日均浓度值、 NO2小时浓度 值、 硫酸雾小时浓度以及 As 尘年均浓度值超标现象。 经分析， PM10日均浓度值超标原因为背景浓度超标; NO2小时浓度值超标主要原因为评价区内其它在建 和拟建项目贡献值超标;As 尘年均浓度值超标原因 为其小时、 日均及年均标准值出现 3 个数量级的差 距; 但 As 和硫酸雾小时超标浓度均出现在厂界外 400 m内， 本项目厂界周边1 km 范围内设为环境防护 距离， 防护距离内没有分布对环境质量要求高的敏感 点， 因此 As 和硫酸雾对环境的影响在可接受范围内。 另外， 针对项目部分因子出现超标情况， 要求项 目建成投产后， 对该厂周围各敏感点进行累计效应跟 踪监测、 环境影响后评价。同时， 由于本项目环境质 量现状超标， 根据 重点区域大气污染防治“十二五” 规划 ， 对于大气环境质量超标的城市， 新建项目实 行区域内现役源 2 倍消减量替代的原则， 对本项目氮 氧化物及烟粉尘实行区域现役源 2 倍消减量替代。 参考文献 ［1］林而达， 王厚煊， 王京华， 等． 全球气候变化对中国农业影响的 模拟［ M］ ． 北京 中国农业科技出版社， 1997． ［2］张宝宁， 程水源， 赵瑾， 等． 区域大气污染物日均浓度不同计算 方法的比较［ J］ ． 化工环保， 1998， 18 3 169- 172． ［3］国家环境保护局， 中国环境科学院． 城市大气污染总量控制方 法手册［ M］ ． 北京 中国环境科学出版社， 1991． ［4］郝吉明． 大气污染控制工程［M］ ． 北京 高等教育出版社， 2000． ［5］任平． 影响大气污染物散布的气象条件［J］． 资源开发与市场， 2003， 19 2 72- 75. ［6］周卫华， 窦立宝． 基于 AEＲMOD 模型兰州城区环境空气质量变 化情况的研究［J］． 安徽农业科学， 2013， 41 5 2211- 2213． ［7］丁娜， 陈亚琳． AEＲMOD 模型在区域环境空气质量预测中的应 用研究［ J］ ． 山东科学， 2011 4 58- 63． ［8］刘仁志， 张志娇． AEＲMOD 模型在规划环境影响评价中的应用 ［J］． 应用基础与工程科学学报， 2012， 20 9 96- 106． ［9］TJ 3679 工业企业设计卫生标准［S］． ［ 10］GB 30951996 环境空气质量标准［S］． ［ 11］GB 30952012 环境空气质量标准［S］． ［ 12］GB 73551987 大气中铅及其无机化合物的卫生标准［ S］ 第一作者 曹文洁 1989 － ， 女， 研究生在读， 主要从事大气污染治理 的研究。328611267 qq． com 通讯作者 赵海燕 1975 － ， 女， 副所长， 主要从事城市大气环境污染 研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 hzh7573163． com 简讯 社科院发布全球环境竞争力排名1 月 9 日， 中国社科院发布首部全球环境竞争力报告 2013 ， 对 2012 年 133 个国家的环境竞争力进行了排名， 中国名列第 87 位， 而三甲分别为瑞士、 德国、 挪威。作为全球第 二大经济体， 中国的成绩令人汗颜。 根据 报告 ， 如果单独看生态环境竞争力， 中国在全球 133 个国家中排名第 124 位。其中， 中国的空气质 量在 133 个国家中， 排名全球倒数第二。从反映空气污染程度的三项着急指标来看， PM2. 5、 NOx和 SO2排放 量， 中国的排名分别为全球第四差、 第二差、 第三差。 这个排名反映了中国当前严峻的资源环境状况， 也反映了加快转变经济发展方式的紧迫性， 群众对环境的 要求跟发达国家已经接轨， 但是政府的发展理念则没有根本转变。 综合来看， 环境竞争力较低的国家基本上是发展中国家， 而这种为发展而支付环境代价的发展方式实际上 得不偿失。此前， 中国社科院副院长李扬曾公开表示 ， “如果在 GDP 中扣除生态退化与环境污染造成的经济损 失， 我国的真实经济增长速度仅有 5左右。 ” 据悉， 十八届三中全会提出要调整严重污染和地下水严重超采区耕地的用途， 有序实现耕地河湖的休养生 息， 而实施这个政策需要拿出数百亿资金。 为了推动发展方式转型， 十八届三中全会提出对领导干部要自然资源资产离任审计。建立生态环境损害责任终 身追究制， 中央还提出要加快完善发展成果的考核评价体系， 纠正简单以生产总值增长率评定政绩的倾向。 911 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment