建設項目環境影響評價中二次PM2.5影響預測方法比較研究

易愛華，陳陸霞，李颯

(1.生態環境部環境工程評估中心，北京 100012；2.國家環境保護環境影響評價數值模擬重點實驗室，北京 100012；3.北京尚云環境有限公司，北京 100081)

近年來，大氣細顆粒物PM2.5的污染問題，已逐漸成為關乎民生的重要議題[1-2]。隨著PM2.5被增設為《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)基本項目，建設項目/規劃項目環境影響評價工作也逐步開始了PM2.5的達標評價[3]。新修訂的《環境影響評價技術導則 大氣環境》(HJ 2.2—2018)(以下簡稱大氣導則)中明確提出“當建設項目/規劃項目排放的SO2和NOx年排放總量大于或等于500t/a時，評價因子應增加二次污染物PM2.5”。至此，PM2.5達標評價正式成為建設項目/規劃項目環境影響評價工作的重要內容之一[4]。

為解決建設項目環境影響評價中二次PM2.5影響預測問題，大氣導則在參考美國新源許可PM2.5影響預測方法[5]的基礎上，提出了多方案組合的二次PM2.5預測方法。當采用CALPUFF做進一步影響分析時，可選擇模型模擬法預測二次PM2.5；當采用其他中小尺度模型做進一步影響分析時，則可利用系數法快速計算二次PM2.5。

1 大氣導則推薦二次PM2.5預測方法

大氣導則要求“當建設項目/規劃項目排放的SO2和NOx年排放總量大于或等于500 t/a時，評價因子應增加二次污染物PM2.5”，同時規定對于規劃項目，當SO2和NOx年排放總量大于或等于2000 t/a時，應采用網格模型預測二次PM2.5；對于建設項目和SO2+NOx年排放總量小于2000 t/a的規劃項目，二次PM2.5預測方法有模型模擬法和系數法。新修訂導則推薦二次PM2.5預測方法見表1。

表1 二次污染物預測方法

2 模型模擬法介紹

大氣導則推薦的模型模擬法預測二次PM2.5根據預測模型的不同可以細分為兩種方法，一種是基于CMAQ、CAMx等區域光化學網格模型復雜的大氣物理和大氣化學轉化機制，精準預測二次PM2.5的方法；一種是基于CALPUFF簡單的化學轉化機制預測二次PM2.5的方法。考慮到CMAQ、CAMx等區域光化學建模過程較為復雜、專業水平要求較高、預測周期相對較長等特點，大氣導則中規定網格模型模擬法僅適用于SO2+NOx≥2000t/a的規劃項目環境影響評價。建設項目環境影響評價過程中的模型模擬法則指CALPUFF模型模擬法，通過簡單的化學轉化機制模擬二次PM2.5的輸送、轉化過程，預測二次PM2.5。

根據A User’s Guide for the CALPUFF Dispersion Model(Version5)，CALPUFF預測二次PM2.5的化學轉化機制主要有以下三種[6]：

(3)自定義。允許用戶自定義24小時循環的化學轉化速率，但這一轉化速率只隨時間變化，在空間上是不變的。

實際模型模擬過程中，關于二次PM2.5的計算，用戶可以根據當地的濕度條件、空氣氧化性等選擇MESOPUFF Ⅱ機制、RIVAD/ARM3機制中的一種，用于模擬二次PM2.5的轉化情況。一般地，模式中默認選項為MESOPUFF Ⅱ機制。

3 系數法介紹

大氣環境中的PM2.5按其來源主要分為兩類：一類是污染源直接排放的細顆粒物，稱為一次PM2.5；另一類是通過大氣中的化學過程使原來的氣態組分氧化而產生的細粒子，主要包括硫酸鹽、硝酸鹽和一些有機化合物，稱為二次PM2.5[7]。已有研究成果表明，PM2.5中二次顆粒物占有相當大的比重，而NOx和SO2作為二次顆粒物的前體物，在其生成過程中發揮著重要作用[8-9]。研究數據顯示，空氣細粒子組分中，硫酸鹽約占41%以上，硝酸鹽約占18%以上[10-15]。因此，研究空氣中SO2向硫酸鹽、NO2向硝酸鹽的轉化系數，即可簡單估算二次PM2.5濃度。

為說明區域達到平衡狀態下硫酸鹽/二氧化硫、硝酸鹽/二氧化氮濃度比例關系，大氣導則編制組基于李洋等人的研究思路，利用CAMx模型對轉化系數進行了再次計算，并與全國部分組份站二次PM2.5成分分析結果進行了比對驗證。同時為簡化計算過程、統一估算方法，最終確定轉換系數取全國統一值，即取SO2轉化系數φSO2=0.58、取NO2轉化系數φNO2=0.44。系數法計算二次PM2.5最終計算公式詳見公式(1)。

C二次PM2.5=φSO2×CSO2+φNO2×CNO2

(1)

式中：C二次PM2.5為PM2.5二次污染物質量濃度，μg/m3；φSO2、φNO2為SO2、NO2濃度換算為PM2.5濃度的系數；CSO2、CNO2為SO2、NO2的預測質量濃度，μg/m3。

4 兩種方法對比分析

4.1 基本情況概述

大氣導則提出的模型模擬法和系數法為建設項目二次PM2.5影響預測提供了有效的解決方案。但大氣導則對兩種方法的差異性并沒有給出具體說明，目前科研論文中也缺乏有關兩種方法預測結果差異水平的研究。為了進一步說明系數法中SO2和NOx轉化系數的合理性，驗證兩種方法在預測同一項目時預測結果的差異性，為實際工作中技術人員選擇合適的二次PM2.5預測方法提供指導，本文分別采用模型模擬法、系數法預測了不同地區SO2、NOx年排放總量≥500t/a的三個項目(項目基本情況見表2)二次PM2.5環境影響，并對預測結果進行了差異性分析。

表2 項目基本情況表

4.2 差異性分析

分別采用AERMOD系數法和CALPUFF模型模擬法預測二次PM2.5濃度，并做差值分析(差值=系數法預測值-模型模擬法預測值，正值代表AERMOD系數折算預測結果大于CALPUFF模擬預測結果，下同)。

差值分析結果表明，所選項目二次PM2.5日均濃度差值范圍為0.04μg/m3～4.75μg/m3，差值占標率最大值為6.33%，最小值為0.05%；二次PM2.5年均濃度差值范圍為0.02μg/m3～0.82μg/m3，占標率最大值為2.35%，最小值為0.06%。差值均為正值，表明AERMOD系數法預測結果較CALPUFF模型模擬法計算結果偏保守。

表3 各項目二次PM2.5日均濃度預測結果 單位：μg/m3

表4 各項目二次PM2.5年均濃度預測結果 單位：μg/m3

圖1 二次PM2.5日均濃度比值分析圖

圖2 二次PM2.5年均濃度比值分析圖

將AERMOD系數法和CALPUFF模型模擬法預測二次PM2.5濃度結果做比值分析[比值=(系數法預測值-模型模擬法預測值)/模型模擬法預測值，比值越大代表AERMOD系數折算預測結果與CALPUFF模擬預測結果差異越大，下同]。

比值分析結果表明，所選項目二次PM2.5日均濃度比值均值為2.25，最大值為5.16，最小值為0.08；二次PM2.5年均濃度比值均值為10.71，最大值為26.22，最小值為0.89。同一項目同一敏感點處二次PM2.5年均濃度比值普遍大于日均濃度比值，兩種方法在預測二次PM2.5日均濃度時差異較小。

5 小 結

大氣導則在參考美國新源許可PM2.5影響預測方法的基礎上，提出了多方案組合的二次PM2.5預測方法。當采用CALPUFF做進一步影響分析時，可選擇模型模擬法預測二次PM2.5，共有MESOPUFF Ⅱ、RIVAD/ARM3和自定義三種轉化機制可選擇；當采用其他中小尺度模型做進一步影響分析時，則可利用系數法快速計算二次PM2.5。大氣導則最終確定SO2轉化系數為0.58、NO2轉化系數為0.44。分別采用模型模擬法和系數法預測了不同地區SO2、NOx年排放總量≥500 t/a的三個項目二次PM2.5環境影響。結果表明，AERMOD系數法計算結果較CALPUFF模型模擬法計算結果偏保守，在預測二次PM2.5日均濃度時，AERMOD系數法與CALPUFF模型模擬法的比值范圍為0.08～5.16，均值為2.35；在預測二次PM2.5年均濃度時兩種方法比值范圍為0.89～26.22，均值為10.71；兩種方法在預測二次PM2.5日均濃度時差異較小。