美國大氣許可中PM2.5評(píng)估方法以及對(duì)我們的啟發(fā)，廣大的用戶朋友都想弄明白這個(gè)事情，中天恒遠(yuǎn)環(huán)保設(shè)備有限公司小編李德馨認(rèn)真總結(jié)整理了相關(guān)的內(nèi)容知識(shí)，希望對(duì)您有所幫助。

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　　大家都知道，隨著我國大多城市從煤煙型污染為主轉(zhuǎn)向煤煙型污染和光化學(xué)污染物共存，二次污染越來越嚴(yán)重，單純地控制一次顆粒物的排放有時(shí)很難達(dá)到預(yù)期效果。而現(xiàn)行大氣環(huán)評(píng)導(dǎo)則推薦的法規(guī)預(yù)測模式適合模擬一次污染物的傳輸及擴(kuò)散，難以處理復(fù)雜的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。結(jié)合美國環(huán)保署許可申請(qǐng)中有關(guān)PM2.5模擬的指南，提出我國下一步環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中一次及二次PM2.5的評(píng)估方法建議。對(duì)于一般大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)，可以采用有簡單化學(xué)機(jī)制的CALPUFF模式進(jìn)行預(yù)測;對(duì)于極少數(shù)污染源排放量非常大的項(xiàng)目，在條件滿足的情況下，可選用CMAQ等第三代光化學(xué)模式進(jìn)行預(yù)測。原文刊于《環(huán)境影響評(píng)價(jià)》2015年第6期。

　　《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—2012)將于2016年1月1日起實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)中新增了細(xì)顆粒物(PM2.5)指標(biāo)。近年來，以PM2.5為主導(dǎo)因素的區(qū)域灰霾現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，對(duì)公眾健康和城市景觀構(gòu)成巨大威脅，PM2.5也越來越受到廣大民眾的關(guān)注。

　　在PM2.5的來源中，除直接排放的一次粒子以外，由氣態(tài)前體物通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成的二次粒子也占了較大比例�，F(xiàn)行大氣環(huán)評(píng)導(dǎo)則推薦的預(yù)測模式，包括適用于小尺度的AERMOD、ADMS模式及中尺度的CALPUFF模式，適用于模擬一次污染物的傳輸與擴(kuò)散，但難以處理復(fù)雜的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。而以CMAQ為代表的光化學(xué)模式，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)軟硬件、技術(shù)人員等要求較高，不適合應(yīng)用于常規(guī)環(huán)評(píng)項(xiàng)目。目前還沒有完全適合戰(zhàn)略或區(qū)域環(huán)評(píng)的大氣評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則，也沒有推薦的適用于環(huán)評(píng)項(xiàng)目模擬二次污染物的區(qū)域空氣質(zhì)量模式，無法指導(dǎo)項(xiàng)目環(huán)評(píng)對(duì)PM2.5的轉(zhuǎn)化及臭氧的生成機(jī)理進(jìn)行預(yù)測與評(píng)價(jià)。本文結(jié)合美國環(huán)保署許可申請(qǐng)中的PM2.5模擬指南，圍繞我國環(huán)境影響評(píng)價(jià)中一次及二次PM2.5的評(píng)估問題進(jìn)行了探討，以期能對(duì)國內(nèi)環(huán)評(píng)工作的開展提供一些參考。

　　一，PM2.5的來源及組分

　　PM2.5可分為一次粒子和二次粒子，一次粒子從人為源或自然源直接排放，二次粒子在大氣中通過前體物間的化學(xué)反應(yīng)生成，或氣相污染物凝結(jié)或沉降到一次粒子上。二次PM2.5的前體物主要有NOx、SO2、NH3和VOCs。在城市區(qū)域內(nèi)，前體物形成的PM2.5是總PM2.5的重要組成部分，甚至可以超過一次源的貢獻(xiàn)。二次PM2.5的主要組分為硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等二次無機(jī)氣溶膠，以及氣態(tài)有機(jī)物經(jīng)大氣化學(xué)反應(yīng)形成的二次有機(jī)氣溶膠。硫酸鹽粒子比較穩(wěn)定;而硝酸鹽在氣粒之間轉(zhuǎn)化以維持化學(xué)平衡，當(dāng)溫度高于30℃時(shí)，大部分以氣態(tài)(如硝酸)形式存在，當(dāng)溫度低于15℃時(shí)，大部分以粒子形式存在。

　　朱憲磊等通過CMB化學(xué)質(zhì)量平衡源解析法得出，北京市二次硫酸鹽、硝酸鹽以及二次有機(jī)氣溶膠對(duì)PM2.5的年貢獻(xiàn)率可達(dá)15.6%～20.2%;包貞等采用類似方法得出杭州硫酸鹽和硝酸鹽對(duì)PM2.5的年貢獻(xiàn)率可達(dá)28.7%;李偉芳等研究得出天津冬季硫酸鹽和硝酸鹽對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率達(dá)24.9%。這些研究說明，二次氣溶膠對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率較大。另外，隨著我國除塵設(shè)備效率的提高，二次PM2.5在顆粒物中的占比相對(duì)增大，單純地控制顆粒物一次排放源有時(shí)很難達(dá)到預(yù)期效果。因此，在環(huán)評(píng)過程中進(jìn)行PM2.5評(píng)估時(shí)，將二次PM2.5包含在內(nèi)是很有必要的。

　　二，二次PM2.5數(shù)值預(yù)測模式

　　二次污染物的生成源自多種物理和化學(xué)過程，物理過程如形成凝結(jié)核、冷凝和蒸發(fā)等，化學(xué)過程如氣相化學(xué)、液相化學(xué)等，真實(shí)大氣中的化學(xué)物種和化學(xué)反應(yīng)可達(dá)到百億和千億個(gè)。美國國家海洋和大氣局的NCARMasterMechanism包括了1855個(gè)化學(xué)物種和5405個(gè)反應(yīng)，而英國利茲大學(xué)的MasterChemicalMechanism(MCM)包括了6700個(gè)化學(xué)物種和16700個(gè)反應(yīng)。大多應(yīng)用于三維光化學(xué)模式中的化學(xué)機(jī)制都對(duì)化學(xué)物種進(jìn)行了分類重組，比較終的化學(xué)物種及化學(xué)反應(yīng)簡化到幾十到幾百個(gè)，常用的如根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行物種分類的CB(碳鍵)系列機(jī)制，根據(jù)分子進(jìn)行物種分類的SAPRC(加州大氣污染研究中心)系列機(jī)制。目前在國內(nèi)部分高校及科研單位已有應(yīng)用的三維光化學(xué)模式見表1，其中，CMAQ和CAMx為美國環(huán)保署推薦的用于區(qū)域顆粒物、臭氧及灰霾模擬的法規(guī)模式。CMAQ的核心化學(xué)傳輸模塊(CCTM)中，將顆粒物分為3種模態(tài)：艾特肯核模態(tài)(小于0.1微米)、積聚模態(tài)(0.1～2.5微米)、粗模態(tài)(2.5～10微米)，其中前兩種即為PM2.5。

　　我國大氣環(huán)評(píng)法規(guī)模式CALPUFF也包含了簡單的化學(xué)機(jī)制，如考慮硫酸鹽和硝酸鹽生成的化學(xué)機(jī)制MESOPUFFII和RIVAD/ARM3。這兩種機(jī)制均需使用O3和NH3的小時(shí)或月均背景濃度，結(jié)合SO2、NOx以及時(shí)空變化三維氣象條件，計(jì)算小時(shí)變化的轉(zhuǎn)化速率及化學(xué)平衡常數(shù)，而無須調(diào)用區(qū)域污染源排放清單。

　　三，美國大氣許可中的PM2.5評(píng)估方法

　　上述光化學(xué)模式較難在環(huán)評(píng)中大規(guī)模應(yīng)用。首先，這些模式對(duì)輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求較高，如區(qū)域多組分污染物排放清單，而目前我國還沒有建成可供這些模式直接使用的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域污染源排放清單，一般環(huán)評(píng)項(xiàng)目也只能獲取新建或改建污染源的排放參數(shù);其次，這些模式基本都在Unix/Linux系統(tǒng)下運(yùn)行，需要具備高性能并行計(jì)算機(jī)等硬件條件，還需對(duì)相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行為期半年以上的培訓(xùn)，而一般環(huán)評(píng)單位較少具備運(yùn)用這些模式的能力，環(huán)評(píng)費(fèi)用也很難支撐運(yùn)用這些模式;再次，這些模式的參數(shù)化方案比較復(fù)雜，控制參數(shù)也較多，對(duì)于參數(shù)的選取也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這給環(huán)評(píng)項(xiàng)目的復(fù)核帶來一定困難。

　　同樣，美國也遇到類似問題。美國環(huán)保署于2013年3月發(fā)布了環(huán)境許可申請(qǐng)中PM2.5模擬的征求意見稿，并于2014年5月發(fā)布了正式稿，給出了是否需要模擬一次或二次PM2.5的污染物比較小排放量標(biāo)準(zhǔn)、推薦模式及推薦模擬方法。

　　污染物比較小排放量

　　對(duì)于一次PM2.5，如果新建或改擴(kuò)建導(dǎo)致的一次PM2.5排放量小于10噸/年，則不需進(jìn)行一次PM2.5模擬，反之則需進(jìn)行模擬;如果PM2.5的前體污染物NOx和SO2排放量都小于40噸/年，則不需要進(jìn)行二次PM2.5模擬，反之若NOx和SO2排放量有任一個(gè)或者都大于40噸/年，則需要進(jìn)行二次模擬。

　　PM2.5評(píng)估方法

　　對(duì)于一次PM2.5的模擬，美國環(huán)保署仍舊推薦使用AERMOD、CALPUFF等法規(guī)模式模擬，如果一次二次PM2.5都需要模擬，一次PM2.5也可以選用可選模式如光化學(xué)模式CMAQ、CAMx模擬。

　　對(duì)于二次PM2.5，根據(jù)前體污染物排放量的大小，可使用以下推薦方法：

　　(1)定性法：當(dāng)PM2.5前體物排放量僅少量超標(biāo)，監(jiān)測的PM2.5背景濃度較低，直接PM2.5排放量也較低或與一次、二次PM2.5在時(shí)間和空間上無相關(guān)性，從而一次PM2.5與背景濃度的疊加影響較大地低于PM2.5空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則一次和二次PM2.5疊加起來不超標(biāo)的可信度非常高，性質(zhì)上可定義為不超標(biāo)。

　　(2)定性/定量混合法：大多數(shù)情況下可能很難簡單判斷一次PM2.5、背景濃度以及二次的PM2.5疊加影響是否符合空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)新增前體污染物排放量較大時(shí)，可能需要使用定量分析二次PM2.5的濃度�？捎棉D(zhuǎn)化因子將PM2.5前體污染物排放等價(jià)成一定數(shù)量的直接排放PM2.5，轉(zhuǎn)化因子可能隨著地區(qū)不同而有差異。從而仍可以使用AERMOD、CALPUFF等法規(guī)模式模擬排放量疊加后的PM2.5總濃度，并分析是否超標(biāo)。

　　(3)光化學(xué)模式法：當(dāng)新增前體污染物排放量極大時(shí)，需要使用光化學(xué)模式法模擬二次PM2.5的影響。

　　四，美國PM2.5評(píng)估方法對(duì)我國的啟示

　　按照我國環(huán)評(píng)實(shí)際情況，若近期需要對(duì)PM2.5的預(yù)測評(píng)估作出要求，可參照美國環(huán)保署的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，從污染物比較小排放量和評(píng)估方法等角度進(jìn)行一定程度的借鑒。

　　污染物比較小排放量

　　污染物比較小排放量的制定與相關(guān)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，表3為中美兩國PM2.5的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。按照國內(nèi)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，中美標(biāo)準(zhǔn)的比較小比值為2.14，則直接排放的比較小排放量應(yīng)為21.4噸，NOx和SO2的比較小排放量應(yīng)為85.7噸。

　　除直接根據(jù)規(guī)定的污染物比較小排放量確定是否需進(jìn)行一次或二次PM2.5模擬外，也可應(yīng)用估算模式判斷是否需要進(jìn)行下一步詳細(xì)預(yù)測。

　　PM2.5評(píng)估方法

　　對(duì)于一次PM2.5的模擬，可仍舊使用大氣環(huán)評(píng)導(dǎo)則推薦的法規(guī)模式模擬。對(duì)于二次PM2.5，可應(yīng)用以下評(píng)估方法：

　　(1)轉(zhuǎn)化因子法：通過確定我國各地區(qū)的二次PM2.5前體物轉(zhuǎn)化因子，將前體物排放量換算為一次直接排放PM2.5，再使用現(xiàn)行導(dǎo)則推薦的AERMOD、ADMS、CALPUFF等法規(guī)模式模擬。轉(zhuǎn)化因子可通過分析光化學(xué)模式中前體物與模擬PM2.5各組分的相關(guān)性獲得。

　　(2)CALPUFF模式：由于二次PM2.5組分中相當(dāng)大的比例為二次生成的硫酸鹽和硝酸鹽，采用CALPUFF模式評(píng)估也基本能反映二次PM2.5的污染特征。第二屆火電行業(yè)環(huán)境保護(hù)研討會(huì)綜合現(xiàn)行主流大氣預(yù)測模式的特點(diǎn)及環(huán)評(píng)項(xiàng)目的可操作性，也建議目前采用CALPUFF模式進(jìn)行PM2.5預(yù)測計(jì)算。伯鑫等采用CALPUFF模式預(yù)測了京津冀地區(qū)火電企業(yè)的大氣污染影響，其中就包括二次生成的硫酸鹽和硝酸鹽，結(jié)果表明，SO2、NOx這些前體物減排后能大幅度減少PM2.5濃度。CALPUFF模式還包含后處理工具，可以將一次及二次PM2.5的預(yù)測濃度進(jìn)行逐時(shí)疊加，從而得到PM2.5的總濃度。CALPUFF中的模型參數(shù)較多，模式的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用研究可見前期研究成果。

　　(3)光化學(xué)模式：對(duì)于個(gè)別環(huán)評(píng)項(xiàng)目，如其污染物排放量非常大，且位于區(qū)域污染物排放清單比較完備的地區(qū)，可推薦選用CMAQ、CAMx等光化學(xué)模式進(jìn)行模擬。

　　作者簡介：王剛、吳成志，三捷環(huán)境工程咨詢(杭州)有限公司。

　　小編寄語：

　　沒有人是一帆風(fēng)順的，在做一件事情中總是充滿挑戰(zhàn)和艱難，不過這樣人生才更有意義，學(xué)習(xí)水處理知識(shí)也是如此，堅(jiān)持努力，總有一天您會(huì)掌握的更好更全面。

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