陳陸霞,易愛華

(1．北京尚云環(huán)境有限公司，北京 100081; 2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心，北京 100012；3．國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境影響評價(jià)數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012)

排氣筒(或煙囪)是企業(yè)向大氣排放污染物的主要排放口。高的煙囪設(shè)置可以增加煙氣抬升有效高度，從而有利于污染物的稀釋擴(kuò)散[1]，但工程造價(jià)也會(huì)隨著高度的抬升顯著增加[2-3]。有研究表明，煙囪每升高一米，單位工程造價(jià)增加0.95萬元[4]。同時(shí)煙囪越高，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)、煙囪結(jié)構(gòu)的要求也越高。

建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為項(xiàng)目開工建設(shè)之前，由于對工程情況及地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)不足，或項(xiàng)目自身規(guī)模變化的影響，往往存在著實(shí)際建設(shè)中降低煙囪高度的可能性。根據(jù)原環(huán)境保護(hù)部辦公廳在《關(guān)于印發(fā)制漿造紙等十四個(gè)行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目重大變動(dòng)清單的通知》(環(huán)辦環(huán)評〔2018〕6號)中明確提出，當(dāng)排氣筒高度降低10%及以上時(shí)，屬于建設(shè)項(xiàng)目發(fā)生了重大變更。這就意味著當(dāng)排氣筒高度降低10%及以上時(shí)，建設(shè)單位需要重新報(bào)批環(huán)境影響評價(jià)文件。

目前關(guān)于排氣筒高度變化的影響分析多集中于高度按一定數(shù)值增加的單個(gè)項(xiàng)目正向研究，例如陳建平、劉榮、張培等人[5-7]分析了硫酸項(xiàng)目、火電項(xiàng)目不同高度排氣筒產(chǎn)生的污染物對環(huán)境的影響，結(jié)果均表明污染物最大落地濃度隨排氣筒高度增加而遞減，但是遞減率并不相同。為充分論證排氣筒高度變化對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，本文收集了13個(gè)重點(diǎn)行業(yè)共計(jì)18份環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告，在相同的氣象、地形、地表和污染源參數(shù)下，分為低架源、中架源和高架源，按照高度降低5%、10%、20%、30%設(shè)置不同高度排氣筒，以網(wǎng)格點(diǎn)污染物最大小時(shí)濃度和最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離為考察指標(biāo)，分析說明兩項(xiàng)指標(biāo)對排氣筒高度變化的敏感性，以期從環(huán)保角度對排氣筒高度的設(shè)置提供科學(xué)依據(jù)。

1 排放源劃分

污染源按照排放高度可分為低架源、中架源、高架源。根據(jù)《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法(GB/T 3840—1991)中5.1.4、5.1.8和5.1.9的定義，幾何高度低于30m的排氣筒排放或無組織排放源為低架源，幾何高度大于等于30m但小于100m的排氣筒為中架源，幾何高度大于等于100m的排放源為高架源。

結(jié)合污染物排放擴(kuò)散影響，本次以排氣筒高度≥100m的排放源為高架源，30m≤排氣筒高度<100m的排氣筒為中架源，排氣筒高度<30m的排氣筒或無組織排放源為低架源，并以此為基礎(chǔ)開展相關(guān)研究工作。

2 研究方法

2.1 模擬模型

本次模擬研究采用《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2018)推薦模型AERMOD[8-11]。該模型自2008年引入我國并逐漸成為局地尺度模擬研究推薦的法規(guī)模型。本次研究基于AERMOD，對已收集到的18份環(huán)評報(bào)告主要排放源網(wǎng)格點(diǎn)最大小時(shí)濃度和最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)與污染源的距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 參數(shù)選擇

為簡化參數(shù)設(shè)置，減小參數(shù)變化對預(yù)測結(jié)果的影響，地表類型確定為0°～360°草地覆蓋，地表特征參數(shù)根據(jù)《AERMET用戶手冊》(《AERMET USER GUIDE》)以年為周期自動(dòng)選取，正午反照率為0.29，波文比為0.925，粗糙度為0.04025m。評價(jià)范圍為邊長≤15 km時(shí)，預(yù)測網(wǎng)格設(shè)置為500m間隔；邊長>15 km時(shí)，預(yù)測網(wǎng)格為1000m間隔。

2.3 案例選取

本研究以《關(guān)于印發(fā)制漿造紙等十四個(gè)行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目重大變動(dòng)清單的通知》(環(huán)辦環(huán)評〔2018〕6號)為基礎(chǔ)，從生態(tài)環(huán)境部網(wǎng)站選擇了制漿造紙、制藥、農(nóng)藥、化肥、紡織印染、制革、農(nóng)副食品加工、鋼鐵、煉焦化學(xué)、平板玻璃、水泥、銅鉛鋅冶煉、鋁冶煉等13個(gè)行業(yè)總計(jì)18份環(huán)評報(bào)告作為研究對象。按照排氣筒高度分，其中有低架源報(bào)告5份，中架源報(bào)告4份，高架源報(bào)告9份。案例選取基本情況見表1。

表1 案例基本情況一覽表

3 結(jié)果分析

3.1 排氣筒高度變化對污染物最大小時(shí)濃度的影響分析

以報(bào)告書中排氣筒高度為基準(zhǔn)，按5%的下降比例，預(yù)測不同下降高度后，污染物最大小時(shí)濃度變化率。用污染物最大小時(shí)濃度變化率來表征排氣筒高度變化對下風(fēng)向污染物最大小時(shí)濃度的影響，計(jì)算方法見公式(1)。

(1)

式中，Y:污染物最大小時(shí)濃度變化率，%；

Cio:原始高度排氣筒預(yù)測所得網(wǎng)格點(diǎn)污染物最大小時(shí)濃度，mg/m3；

Ci:排氣筒高度降低不同百分比后預(yù)測所得網(wǎng)格點(diǎn)污染物最大小時(shí)濃度，mg/m3。

低、中、高架源排氣筒高度降低不同百分比后污染物最大小時(shí)濃度變化率見圖1。

探討區(qū)塊鏈在應(yīng)用中的戰(zhàn)略價(jià)值，必須要解決區(qū)塊鏈技術(shù)普遍應(yīng)用的問題，究竟企業(yè)要采取什么戰(zhàn)略路徑，才能獲取區(qū)塊鏈紅利，不同行業(yè)區(qū)塊鏈的具體應(yīng)用一定不同。

由圖1可見，對于低架源、中架源和高架源，總體上當(dāng)排氣筒高度從原始降低至10%時(shí)，污染物最大小時(shí)濃度變化率基本呈線性增長；當(dāng)排氣筒高度降低超過10%時(shí)，污染物最大小時(shí)濃度增長率明顯加快；排氣筒高度降低超過20%時(shí)，污染物最大小時(shí)濃度增長率繼續(xù)增加，且增幅更大。

有兩種情況值得特別關(guān)注，分別是排氣筒高度較低(如案例1為15 m)和排氣筒高度較高(如案例17和案例18為150m)，此時(shí)污染物最大小時(shí)濃度變化率在排氣筒高度降低小于20%時(shí)增長比較平穩(wěn)，但當(dāng)排氣筒高度降低超過20%時(shí)，最大小時(shí)濃度變化率出現(xiàn)突增，因此當(dāng)排氣筒高度較低或較高時(shí)，降低比例超過20%應(yīng)當(dāng)引起重視。

3.2 排氣筒高度變化對污染物最大小時(shí)濃度出現(xiàn)距離的影響分析

以排氣筒高度5%的下降比例，預(yù)測不同下降高度后，污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)變化情況。以污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離的變化率來表征排氣筒高度變化對污染物最大小時(shí)濃度出現(xiàn)距離的影響。污染物最大小時(shí)濃度出現(xiàn)距離變化率見公式(2)。

(2)

式中，Q：污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離變化率，%；

Dio：原始高度排氣筒預(yù)測所得污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離，m；

Di：排氣筒高度降低不同百分比后污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離，m。

排氣筒高度變化對污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離的影響如圖2所示。從圖中可以看出，對低架源(如案例1到案例4，高度15m～20m)，隨著排氣筒高度降低，污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離幾乎沒有變化。對中、高架源，排氣筒高度變化會(huì)引起最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離的變化，但變化多出現(xiàn)在排氣筒高度降低20%以上時(shí)。

同時(shí)，從圖2可見，當(dāng)排氣筒高度介于70m～110m時(shí)，如案例8～案例15，多數(shù)情況下排氣筒高度越低最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離越遠(yuǎn)；當(dāng)排氣筒高度介于30m～70m，如案例6～案例7，或于110m時(shí)，如案例16～案例18，排氣筒高度越低，最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離越近。

圖2 排氣筒高度變化對最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離影響分析Fig.2 Analysis of the influence of height variation on the maximum hourly concentration drop places

3.3 排氣筒高度優(yōu)化設(shè)置

分別將低架源、中架源和高架源，多個(gè)案例所得污染物最大小時(shí)濃度變化率和最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離變化率進(jìn)行平均，得到排氣筒高度降低百分比對應(yīng)的平均變化率，如圖3至圖4所示。

圖3 排氣筒高度變化與污染物最大小時(shí)濃度響應(yīng)關(guān)系Fig.3 Relationship between height variation and pollution maximum hourly concentration

圖4 排氣筒高度變化與污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離響應(yīng)關(guān)系Fig.4 Relationship between height variation and maximum hourly concentration drop places

圖3為污染物最大小時(shí)濃度平均變化率對排氣筒高度變化敏感性分析。從圖中可以看出，隨著排氣筒高度的降低，污染物最大小時(shí)濃度不斷增加。對中架源，污染物最大小時(shí)濃度與排氣筒高度變化的正相關(guān)性最好，線性方程為y=1.1417x-0.016，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9899，該線性方程可作為排氣筒高度優(yōu)化設(shè)置的參考依據(jù)。

圖4為污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離平均變化率對排氣筒高度變化敏感性分析。根據(jù)上述分析對于低架源，污染物最大小時(shí)濃度出現(xiàn)距離基本與排氣筒高度的變化無關(guān)；而對于中、高架源，污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)距污染源距離與排氣筒高度變化的相關(guān)性并不是很好，相關(guān)系數(shù)最高只有0.8581。

3.4 不確定性分析

本次模擬預(yù)測及結(jié)果分析基于已收集到的18份報(bào)告，受報(bào)告數(shù)量、有效性和代表性的限制，同時(shí)受模擬過程中所采用的模擬模型、氣象數(shù)據(jù)、地表類型、地表特征參數(shù)、網(wǎng)格間距設(shè)置的單一性影響，本次預(yù)測模擬結(jié)果及對結(jié)果所做的各項(xiàng)分析具有一定的不確定性。

4 結(jié)論與建議

排氣筒高度的設(shè)置在考慮工程設(shè)計(jì)、行業(yè)規(guī)范相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，為保證污染物達(dá)標(biāo)排放，切不可隨意降低排氣筒高度。當(dāng)?shù)图茉?、中架源和高架源均為排氣筒高度降低超過10%時(shí)，污染物最大小時(shí)濃度增長率明顯加快；排氣筒高度降低超過20%時(shí)，污染物最大小時(shí)濃度增長率顯著增大。尤其是排氣筒高度較低和較高時(shí)，降低比例超過20%，應(yīng)該引起重視。

基于本次研究設(shè)置的特定氣象、地形、地表、網(wǎng)格間距，結(jié)果顯示低架源時(shí)污染物最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)與污染源距離基本與排氣筒高度變化無關(guān)；對中架源和高架源，排氣筒高度變化會(huì)引起最大小時(shí)濃度落地點(diǎn)與污染源距離的變化，但變化多出現(xiàn)在排氣筒高度降低20%以上時(shí)。

中架源的污染物最大小時(shí)濃度與排氣筒高度變化的相關(guān)性最好，線性方程為y=1.1417x-0.016，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9899。在滿足污染物達(dá)標(biāo)排放的前提下，可結(jié)合該線性方程對排氣筒高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化。同時(shí)，企業(yè)可將合理規(guī)劃后節(jié)約的資金用于其他污染防治設(shè)施的安裝、維護(hù)和保障運(yùn)行等方面，統(tǒng)籌兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。