基于HRA的鄰避區(qū)域焚燒污染風(fēng)險(xiǎn)評估

朱陽光,楊 潔,喬萌萌,周 芮,毛嘉玲,楊 成 (蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215009)

生活垃圾焚燒以減量化、無害化和熱能回收等優(yōu)點(diǎn)而被政府決策部門接受[1],但焚燒過程不可避免產(chǎn)生煙氣污染物,如氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、顆粒物(PM)、各類重金屬以及二噁英類(PCDD/Fs)等[2-4],會加重鄰避區(qū)域環(huán)境污染[5-6],危及鄰避居民健康安全[7-8].垃圾分類回收制度混亂無序,凈化工藝設(shè)備維護(hù)管理滯后,焚燒發(fā)電與供熱產(chǎn)能不足,煙囪口污染物持續(xù)超標(biāo)外排等,已經(jīng)凸顯我國焚燒廠運(yùn)營管理諸多不足[9].環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理對象、關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)等不明晰,導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)管理行為缺乏針對性,在控制失效下風(fēng)險(xiǎn)因子易轉(zhuǎn)換成環(huán)境污染事故[10].為保障鄰避居民健康安全,改善鄰避區(qū)域生態(tài)環(huán)境,優(yōu)化我國鄰避區(qū)域焚燒風(fēng)險(xiǎn)決策和提高風(fēng)險(xiǎn)管理效率,已刻不容緩.

根據(jù)美國化學(xué)工程師學(xué)會(AIChE)對風(fēng)險(xiǎn)值定義,即風(fēng)險(xiǎn)=F(概率,后果)[11],鄰避區(qū)域垃圾焚燒中存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),以焚燒設(shè)施發(fā)生事故概率與其造成風(fēng)險(xiǎn)受體后果損失的乘積來表征.事故樹分析法(FTA)描述事故發(fā)生從后果到原因的邏輯關(guān)系[12],可作為分析工具定量化估算焚燒事故概率.而焚燒事故造成鄰避區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)受體的后果損失,涉及健康[13]、環(huán)境[14]、經(jīng)濟(jì)[15]等方面,為便于理論分析、縮小研究主體范圍,本文側(cè)重于鄰避居民的健康損失來表征后果變量[16].而健康風(fēng)險(xiǎn)評估(HRA)則提供了這一技術(shù)方法[17],其主要特點(diǎn)是以風(fēng)險(xiǎn)度作為評價(jià)指標(biāo),利用毒理學(xué)、流行病學(xué)、環(huán)境測定和臨床資料為基礎(chǔ),定量化評估特定暴露人群的健康風(fēng)險(xiǎn)程度[18].鄰避區(qū)域垃圾焚燒與周邊人群健康風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系,國外學(xué)者通過實(shí)證研究已趨向成熟[19-22],研究拓展到大氣污染擴(kuò)散模型,廣泛應(yīng)用于區(qū)域復(fù)雜地形的有ADMS 模型[23]、AERMOD 模型[24]和 CALPUFF模型[25],在復(fù)雜氣象(如風(fēng)速、風(fēng)向)、復(fù)雜地形條件下等,模擬煙氣污染物濃度擴(kuò)散分布規(guī)律[26-27],結(jié)合 GIS技術(shù)可視化鄰避居民健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布圖[28-29].但研究模型分析受限于復(fù)雜、耗時,不便于企業(yè)及時預(yù)測鄰避居民健康風(fēng)險(xiǎn)及可接受性.國內(nèi)學(xué)者也已針對焚燒廠污染源相繼開展大量的健康風(fēng)險(xiǎn)評估[30-33],但研究內(nèi)容多集中于單一污染物,未能估算鄰避區(qū)域焚燒風(fēng)險(xiǎn)總體水平.企業(yè)不能及時預(yù)估焚燒風(fēng)險(xiǎn),無法以經(jīng)濟(jì)成本投入高效控制風(fēng)險(xiǎn).為便于企業(yè)在有限可利用資源下,以較少時間、成本投入,及時預(yù)估多種污染物引發(fā)下風(fēng)向鄰避區(qū)域內(nèi)的復(fù)合風(fēng)險(xiǎn),本文提出鄰避區(qū)域范圍定量化界定方法,構(gòu)建鄰避區(qū)域焚燒污染風(fēng)險(xiǎn)評估模型,并給出其可接受性標(biāo)準(zhǔn).以浙江省某市生活垃圾焚燒廠為例,科學(xué)估算其鄰避區(qū)域焚燒污染風(fēng)險(xiǎn),并提出控制措施應(yīng)對,以期為我國焚燒廠管理提供決策參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域位于浙江省某市城區(qū)內(nèi),區(qū)域地面氣象參數(shù)統(tǒng)計(jì)(包括風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫等)來源于中國氣象局全球地面站(臺站號58457)2016年逐日定時觀測數(shù)據(jù).該區(qū)域春夏季節(jié)盛行南西南風(fēng)(SSW),秋冬季節(jié)盛行正北風(fēng)(N),靜風(fēng)頻率為2.16% (＜0.5m/s),焚燒煙氣污染物擴(kuò)散受到季風(fēng)期內(nèi)主導(dǎo)風(fēng)向影響比較明顯.大氣穩(wěn)定度可由季風(fēng)期內(nèi)太陽高度角均值計(jì)算[34]、太陽輻射等級以及地面風(fēng)速查出[35-36].具體數(shù)值如表1.

研究對象位于該區(qū)近郊內(nèi)(30°23'56″N,120°17'42″E),裝有2臺375t/d異重循環(huán)流化床生活垃圾焚燒爐,配2臺6MW汽輪發(fā)電機(jī)組,爐后配置2套SNCR脫硝+半干式脫酸+布袋除塵+活性炭吸附的煙氣凈化裝置.凈化后的煙氣經(jīng)組合式煙囪外排,內(nèi)有2個獨(dú)立排氣筒,內(nèi)徑1.9m,高度60m.煙氣流速為 18m/s,外排溫度 130℃,標(biāo)況下煙氣流量為125000Nm3/h,焚燒爐24h連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)營.根據(jù)該廠提供污染源自行監(jiān)測方案,對煙囪排放口污染因子濃度 SO2、NOx、PM 采取自動監(jiān)測方式,HCl、Cr、Cd、PCDD/Fs等委托其他公司進(jìn)行手工監(jiān)測,其中 SO2、NOx每日監(jiān)測 1次,顆粒物 1 次/月,HCl、Cr、Cd 為 1 次/季度,二噁英 1次/a.本文針對 2015-07-31～2016-08-01期間焚燒廠煙囪排放口污染物濃度外排進(jìn)行研究,濃度數(shù)據(jù)來源于浙江省企業(yè)自行監(jiān)測信息公開平臺.

表1 2016年研究區(qū)域氣象參數(shù)值Table 1 Meteorological parameter for study area in 2016

1.2 風(fēng)險(xiǎn)評估模型與方法

焚燒廠風(fēng)險(xiǎn)因子識別,針對煙囪口污染因子i(主要為 SO2、NO2、HCl、PM10、Cd、Cr、PCDD/Fs等)排放進(jìn)行研究.根據(jù)焚燒設(shè)施運(yùn)營狀況,本文比較兩類風(fēng)險(xiǎn)情景設(shè)置：RA(運(yùn)營達(dá)標(biāo)排放下的風(fēng)險(xiǎn)水平)以及 RB(煙氣凈化系統(tǒng)失效下超標(biāo)排放的風(fēng)險(xiǎn)水平)[37].這兩類風(fēng)險(xiǎn)類型下,污染物長期持續(xù)外排,引發(fā)下風(fēng)向鄰避居民健康損失累積效應(yīng).為明確受焚燒風(fēng)險(xiǎn)影響下的區(qū)域人群特征,需對鄰避區(qū)域范圍定量化界定,進(jìn)而構(gòu)建鄰避區(qū)域焚燒污染風(fēng)險(xiǎn)評估模型.根據(jù)各污染因子毒性參數(shù)選擇和在線監(jiān)測濃度數(shù)據(jù)收集,對RA、RB進(jìn)行表征,并分別提出控制措施,如圖1.

圖1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估框架Fig.1 Flow chart of environmental risk assessment

1.2.1 鄰避區(qū)域界定方法 本文主要考慮環(huán)境污染物對機(jī)體長期慢性或蓄積性作用,為保護(hù)研究區(qū)域內(nèi)(包括敏感人群等)機(jī)體經(jīng)各種途徑接觸污染物,而不致引起超出生理性健康損害變化.鄰避區(qū)域界定原理為：在研究區(qū)域不同氣象條件下,預(yù)測焚燒廠高架點(diǎn)源下風(fēng)向各點(diǎn)污染物濃度,以超出居民區(qū)日平均最高容許濃度的最遠(yuǎn)距離范圍作為依據(jù)[38].根據(jù)鄰避區(qū)域內(nèi)氣象條件,選擇高斯模型對煙氣污染物擴(kuò)散進(jìn)行模擬[39],以污染源擴(kuò)散至地面濃度模擬值的空間分布規(guī)律界定鄰避區(qū)域范圍(圖2).

式(1)為煙氣污染物濃度擴(kuò)散模型理論公式,式(2)表征鄰避區(qū)域邊界判定條件.

圖2 鄰避區(qū)域范圍界定框Fig.2 Defined boundary for NIMBY area

選擇污染因子NO2為基準(zhǔn)界定,為超標(biāo)期內(nèi)平均濃度值.,以2014年浙江省某市居民區(qū)NO2年均濃度值表示[41].

1.2.2 RA表征方法 焚燒廠正常運(yùn)營與達(dá)標(biāo)排放期間,污染因子 i在不同氣象條件下造成鄰避區(qū)域k內(nèi)居民健康風(fēng)險(xiǎn)損失為：

1.2.3 RA控制方法 RA表征焚燒污染源排放造成鄰避居民健康風(fēng)險(xiǎn)損失水平.由于我國垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)與歐美國家存在一定差距

[42-44],而鄰避居民作為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體,即使污染因子 i排放均已達(dá)國標(biāo),卻因污名化效應(yīng)而對焚燒源長期持續(xù)排放擔(dān)憂恐懼,結(jié)果在未來仍有可能影響企業(yè)與政府決策穩(wěn)定性,其根源控制在于有效降低焚燒廠自身輻射出的風(fēng)險(xiǎn)水平[45].因而在焚燒設(shè)施正常運(yùn)營時,企業(yè)在自身經(jīng)濟(jì)投入可承受下,應(yīng)盡可能降低煙囪污染物排放口濃度

[46],以達(dá)到RA最優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)可接受水平.

圖3 凈化工藝參數(shù)Fig.3 Parameters of purification system

為便于企業(yè)有效管理RA,以可接受的經(jīng)濟(jì)成本投入,達(dá)到國標(biāo)下最優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)水平.根據(jù)相關(guān)資料參考與焚燒行業(yè)調(diào)查等數(shù)據(jù)收集[47-49],整理出可達(dá)新標(biāo)下的 7類煙氣凈化設(shè)備,如半干式反應(yīng)脫硫塔(PS1)、SNCR脫硝噴射(PS2)、SCR催化反應(yīng)器(PS3)、鈣堿法濕式脫硫塔(PS4)、臭氧脫硝(PS5)、活性炭吸附(PS6)、布袋除塵器(PS7).不同工藝設(shè)備參數(shù)取值如圖3.結(jié)合余熱鍋爐出口風(fēng)險(xiǎn)因子 i濃度值,算出.以值為縱坐標(biāo),相應(yīng)煙氣凈化成本作為橫坐標(biāo)繪制曲線圖來分析.

1.2.4 RB表征方法 本文將煙氣凈化系統(tǒng)失效后果與事故發(fā)生概率乘積來表征以該焚燒廠2015-7-31～2016-8-1全年運(yùn)營期內(nèi),污染因子實(shí)測數(shù)據(jù)超標(biāo)的頻率表征.為真實(shí)有效反映超標(biāo)期內(nèi)各污染因子i排放對鄰避居民健康損失效應(yīng)貢獻(xiàn)程度,構(gòu)建 βiw因子,風(fēng)險(xiǎn)水平值以表征,

圖4 40座焚燒廠污染物新舊標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)率Fig.4 Pollutants ratio exceedance over old and new standard from 40 incinerators

1.2.5 RB控制思路 由式(4)得出,RB與焚燒廠規(guī)模以及煙氣凈化工藝有關(guān).因此,企業(yè)在針對RB控制時,根據(jù)所選的焚燒爐設(shè)備及其煙氣凈化工藝,需滿足 max RB≤RA*.若 RB＞RA*,即意味著此煙氣凈化系統(tǒng)污染因子 i類風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超標(biāo).若 B類事故風(fēng)險(xiǎn)一旦發(fā)生,造成的鄰避區(qū)域環(huán)境污染難以在短時間內(nèi)得到修復(fù).此時,企業(yè)需根據(jù)煙氣監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)與現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)營狀況,及時找出工藝系統(tǒng)故障原因,并進(jìn)行針對性維護(hù),以降低其故障發(fā)生概率.

1.3 鄰避區(qū)域人群呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn)評估癌物因子i對人體致癌強(qiáng)度系數(shù),[mg/(kg·d)]-1.針對非致癌物HCl、PM10,尚未給出攝入RfD值,但根據(jù) IARC給出暴露參考濃度 RfC(HCl)=0.02mg/m3,RfC(PM10)=0.05mg/m3,根據(jù)式(7)來分別計(jì)算 HCl、PM10參考劑量以及對人體非致癌物劑量-效應(yīng)值

人體暴露焚燒煙氣的途徑主要有 3種,包括呼吸道、消化道(經(jīng)口暴露)和皮膚暴露,而其中呼吸暴露是廠外空氣敏感人群接觸污染源最為直接的暴露途徑[31].人體對污染因子i(SO2、NO2、HCl、PM10、Cd、Cr)健康風(fēng)險(xiǎn)暴露途徑主要為呼吸攝取,二噁英為食物攝取和呼吸攝取2種[51].以選取的MSWI為研究對象,開展鄰避區(qū)域人群呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn)評估.

1.3.1 暴露模型 根據(jù)目前國內(nèi)外常用的呼吸暴露量化方法[52-53],兒童和成人經(jīng)呼吸攝入非致癌物的量 ADDi與致癌物的量 LADDi,分別按以下公式計(jì)算：

式中：ADDi為非致癌物因子i的單位體重日均暴露劑量,mg/(kg·d);LADDi為基于生命周期的致癌物因子i經(jīng)呼吸途徑終生日均暴露量, mg/(kg·d);ci'(x)為鄰避區(qū)域大氣污染物濃度值, mg/m3;IRinh為攝取速率,m3/d;EF為暴露頻率,d/a; ED為暴露年限,a; BW為人群平均質(zhì)量, kg; AT為平均作用時間,d.

1.3.2 劑量-效應(yīng)參數(shù)選擇 根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)[54],將污染物 SO2、NO2、HCl、PM10劃為非致癌物,Cd、Cr、PCDD/Fs劃為致癌物.

對于非致癌物的毒性評估采用參考劑量RfDi表述,為非致癌物因子 i在呼吸攝取暴露途徑下的參考劑量,mg/(kg·d);致癌物的毒性評估采用致癌斜率因子 SFi表述,為由動物推算出來致

表2 鄰避區(qū)域人群呼吸暴露參數(shù)值Table 2 Exposure parameter values of human inhalation in NIMBY area

1.3.3 風(fēng)險(xiǎn)表征 非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)以Rn進(jìn)行表征,致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)以 Rc進(jìn)行表征[59],計(jì)算公式如下：

式中：10-4為個體非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)終生最大可接受水平[30].分別為非致癌物與致癌物因子i對人體健康風(fēng)險(xiǎn)劑量-效應(yīng)值, m3/(mg·a).評估模型相關(guān)參數(shù)取值如表2～表3.

表3 煙氣污染物毒性參數(shù)Table 3 Toxic parameters for flue gas pollutants

2 結(jié)果與討論

2.1 鄰避區(qū)域范圍界定

圖5 污染物地面軸線濃度擴(kuò)散趨勢Fig.5 Diffusion trend of pollutants in ground axis concentration

對鄰避區(qū)域范圍進(jìn)行定量化界定,如圖5,分為兩類：工商業(yè)區(qū),春夏季節(jié)盛行南西南風(fēng)(SSW),范 圍 為 xSSW∈[663m,1760m], ySSW∈[-150m,150m]. ρa(bǔ)=0.0015 人/m2,Sa=3.29×105m2;居民區(qū),秋冬季節(jié)盛行正北風(fēng)(N),范圍 xN∈ [930m,2280m],yN∈[-125m,125m]; ρa(bǔ)=0.004 人/m2, Sa=3.375×105m2.具體空間分布區(qū)域如圖6.

圖6 鄰避區(qū)域?qū)嶋H范圍界定Fig.6 Actual boundary for NIMBY area

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果

根據(jù)該焚燒廠 2015-07-31～2016-08-01期間煙氣污染物濃度在線監(jiān)測結(jié)果,如圖7,在達(dá)標(biāo)期內(nèi),污染因子 PM10、SO2、NO2濃度值接近于新標(biāo)準(zhǔn)(GB 18485-2014)濃度限值,HCl濃度值較標(biāo)準(zhǔn)低很多, Cd、Cr缺乏有效監(jiān)測數(shù)據(jù),二噁英檢測濃度值為0.021ng/m3(達(dá)標(biāo)).

圖8中,超標(biāo)期內(nèi)PM10與酸性氣體(SO2、HCl)超標(biāo)情況嚴(yán)重,在春夏季超標(biāo)率分別為 51.9%和76.5%;秋冬季分別為54.9%和67.6%,與圖4中數(shù)據(jù)相比,已遠(yuǎn)超平均水平,說明該焚燒廠半干式脫硫塔與布袋除塵系統(tǒng)運(yùn)營中存在嚴(yán)重失效故障.

由于該廠對 HCl、Cd、Cr、二噁英等污染因子實(shí)時在線檢測設(shè)備缺乏,相應(yīng)超標(biāo)期內(nèi)濃度數(shù)據(jù)無法收集,本文采用超出標(biāo)準(zhǔn)(GB 18485-2014)限值一倍的濃度值計(jì)算.由式(1)可計(jì)算超標(biāo)期內(nèi)各污染因子沿下風(fēng)口鄰避區(qū)域內(nèi)地面濃度均值,如表4.針對不同氣象條件下SSW、N,以NO2為例,模擬煙氣污染物經(jīng)大氣擴(kuò)散至鄰避區(qū)域地面濃度分布規(guī)律,如圖9.

圖7 運(yùn)營期內(nèi)煙氣污染物濃度動態(tài)變化Fig.7 Dynamic changes of pollutant concentrations during operating periods

圖8 煙氣污染物超標(biāo)率Fig.8 Ratio exceedance of gas pollutants

針對Cd、Cr、二噁英在超標(biāo)期內(nèi)超標(biāo)率PBi計(jì)算處理,因污染因子超標(biāo)均屬于活性炭吸附系統(tǒng)出現(xiàn)失效故障所致,本文以圖4中重金屬超標(biāo)率最大值來估算,以7.83%的Hg超標(biāo)率來表征.

表4 不同情境下煙氣污染物濃度值(mg/m3)Table 4 Concentration of pollutants in different situations(mg/m3)

圖9 污染物地面濃度大氣擴(kuò)散分布規(guī)律模擬Fig.9 Simulation of pollutant ground concentration distribution by atmospheric dispersion

2.3 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

根據(jù)圖10,其中,RA1→PS1+PS2+PS6+PS7;RA2→PS1+PS3+PS6+PS7; RA3→PS1+PS5+PS6+PS7; RA4→PS3+PS4+PS6+PS7; RA5→PS4+PS5+PS6+PS7; RA6→PS2+PS4+PS6+PS7.企業(yè)在經(jīng)濟(jì)成本可承受區(qū)間[a,b]內(nèi),可根據(jù)自身焚燒垃圾成分,以及煙氣污染物的指標(biāo)去除要求,選擇達(dá)到最優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)水平的煙氣凈化組合工藝.

圖10 RA與Δc(投入)之間關(guān)系Fig.10 RA and Δc(invest) relationship diagram

由于RB＞RA*,SO2、HCl、顆粒物濃度超標(biāo)嚴(yán)重,說明該焚燒廠半干式脫硫塔與布袋除塵系統(tǒng)存在嚴(yán)重失效故障.這兩類設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)營狀況應(yīng)重點(diǎn)被監(jiān)管,并針對故障原因及時維護(hù)與管理.

2.4 不確定性分析

2.4.1 毒性參數(shù)取值的不確定性 毒性參數(shù)RfDinh、SFinh在不同國家及地區(qū)存在著差異;環(huán)境中不同類型污染因子對鄰避居民健康毒性效應(yīng),模型以相加作用簡化處理,而實(shí)際可能存在更為復(fù)雜的拮抗或協(xié)同作用機(jī)理[65],均會對健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果造成一定影響.

2.4.2 區(qū)域參數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)取值的不確定性 如參數(shù)ρk、C(i,j)w(x,y,0)等在下風(fēng)口分布呈現(xiàn)區(qū)域性差異,當(dāng)?shù)厝丝诮y(tǒng)計(jì)資料匱乏,人群居住生活模式復(fù)雜多變.為便于模型風(fēng)險(xiǎn)分析進(jìn)行簡化,均采用平均值處理.對煙氣凈化工藝設(shè)備成本取值,源自于焚燒企業(yè)調(diào)研出的設(shè)備清單統(tǒng)計(jì),然而不同企業(yè)不同區(qū)域?qū)ο嗤に囋O(shè)備的市場價(jià)格也不盡相同,均會對結(jié)果產(chǎn)生影響.

2.5 討論

2.5.1 模型的精確度與適用性論證 垃圾焚燒廠在選址時,因其環(huán)境污染屬性,會選擇遠(yuǎn)離人口密集型居民區(qū)和環(huán)境敏感型生態(tài)區(qū),認(rèn)為煙囪高度大于鄰避區(qū)域內(nèi)建筑物高度的 2.5倍,無需考慮建筑物下洗作用.針對連續(xù)點(diǎn)源小尺度大氣擴(kuò)散(＜10km),一般只需考慮大氣的擴(kuò)散稀釋作用,可不考慮污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化等過程[66].通過大量小尺度擴(kuò)散實(shí)驗(yàn),特別是在平原或較平坦地區(qū)實(shí)驗(yàn)表明,污染物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散濃度基本接近正態(tài)分布[67].針對鄰避區(qū)域小尺度內(nèi)(＜10km)焚燒煙氣污染物擴(kuò)散,如研究對象地處平原地帶,鄰避區(qū)域內(nèi)以村莊、民房等低層建筑物為主,不同季風(fēng)期平均風(fēng)速均＞2m/s等,適用于環(huán)評導(dǎo)則93推薦的高斯擴(kuò)散模擬[68].環(huán)境數(shù)學(xué)模型構(gòu)建,需要同時具備精確度和簡單實(shí)用性,而這兩者之間呈反比關(guān)系[69].高斯模型對氣象資料要求低,求解簡單,利于企業(yè)快捷應(yīng)用.為論證其有效性,與已被認(rèn)可的AERMOD模型相比較,在簡單地形下,與實(shí)測值吻合度較好[70].在復(fù)雜地形下(不考慮建筑物下洗),采用地形修正項(xiàng)等可保證精確度要求[71].在處理對流條件浮力煙羽、垂直擴(kuò)散以及混合層相互作用等方面,AERMOD模型模擬精確度相對更高,能更好反映污染物的實(shí)際擴(kuò)散

[72].但對氣象資料要求高,求解復(fù)雜,企業(yè)應(yīng)用困難.當(dāng)實(shí)際存在少數(shù)焚燒廠(考慮建筑物下洗)情況,93導(dǎo)則推薦模型基本不再適用,而AERMOD模型仍具備較高精確預(yù)測性[73].此時如何在保證精確度下,將其有效引入且簡化求解過程,有待進(jìn)一步研究.

2.5.2 模型的實(shí)際應(yīng)用探討 研究對象選擇RA1的凈化組合工藝,產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)值接近 RA*,如圖10.在國內(nèi)已有應(yīng)用成熟的凈化工藝設(shè)備選擇上,仍有很大潛力空間(RA下降),與我國焚燒業(yè)內(nèi)行情相符.低價(jià)競爭、垃圾供應(yīng)不足導(dǎo)致產(chǎn)能低下等,致使企業(yè)在滿足國標(biāo)下,盡可能降低設(shè)施監(jiān)管成本,這與本文提出 RA控制方法(以最優(yōu)化可接受風(fēng)險(xiǎn)水平確定經(jīng)濟(jì)投入成本)相悖,不利于 RA有效控制.地方政府應(yīng)引導(dǎo)良性競爭,給予合理補(bǔ)貼費(fèi)用,制定優(yōu)惠政策支持,激勵企業(yè)今后投入更多成本,維護(hù)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)管理.

由式(4)得,企業(yè)針對 RB可控變量為,焚燒設(shè)施實(shí)際運(yùn)營下當(dāng) max RB≤RA*,運(yùn)營期內(nèi) PBtotal、Cφ(i,j)處于較低水平,主要與非正常運(yùn)營如點(diǎn)火開爐、設(shè)備維修等系統(tǒng)因素有關(guān),無法避免,為可容許范疇.若 RB＞RA*,則 PBtotal、Cφ(i,j)處于較高水平,主要與工藝設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常、監(jiān)管失效等人為因素有關(guān),期間排放造成鄰避居民風(fēng)險(xiǎn)損失不可接受,容易引發(fā)鄰避居民不滿情緒.超標(biāo)期內(nèi)一系列指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù),可轉(zhuǎn)化為下風(fēng)向鄰避居民風(fēng)險(xiǎn)損失值,意味著RB評估模型可作為紐帶橋梁,連接企業(yè)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀況與鄰避居民態(tài)度變化趨勢,可為地方政府對兩者兼管的一種有效預(yù)警指示,值得深入研究.

2.5.3 研究展望 對鄰避區(qū)域范圍定量界定,如圖4,排除距離MSWI中心幾百米輻射范圍,說明該區(qū)域煙氣污染物擴(kuò)散對鄰避居民健康風(fēng)險(xiǎn)影響較小,提示該區(qū)域存在其他不同類型的焚燒污染風(fēng)險(xiǎn)源.因焚燒風(fēng)險(xiǎn)具備緩發(fā)性和突發(fā)性雙重屬性,為便于理論模型構(gòu)建,本文僅考慮焚燒風(fēng)險(xiǎn)的緩發(fā)性,其風(fēng)險(xiǎn)源對應(yīng)煙氣凈化系統(tǒng)失效產(chǎn)生煙氣污染物,體現(xiàn)在下風(fēng)向鄰避居民健康損失長期累積效應(yīng).而實(shí)際焚燒風(fēng)險(xiǎn)源還包括有毒氣體如氨氣等泄露爆炸事故,飛灰、底灰、垃圾滲濾液等危廢泄露外排,會對下風(fēng)向幾百米范圍內(nèi)環(huán)境和居民損害很大,此類風(fēng)險(xiǎn)源具有突發(fā)性,有必要對此進(jìn)一步研究,以豐富和完善鄰避區(qū)域尺度內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)模型理論與實(shí)際應(yīng)用性.

3 結(jié)論

3.1 結(jié)合焚燒設(shè)施運(yùn)營狀況,將焚燒風(fēng)險(xiǎn)細(xì)分為 RA與 RB.為有效評估污染物擴(kuò)散影響,得到鄰避區(qū)域范圍定量化界定方法,構(gòu)建鄰避區(qū)域焚燒污染風(fēng)險(xiǎn)評估模型,并給出其可接受性標(biāo)準(zhǔn),即RA≤ RA*,RB≤RA*.

3.2 對鄰避區(qū)域范圍進(jìn)行定量化界定,分為兩類：(a)工商業(yè)區(qū),春夏季節(jié)盛行南西南風(fēng)(SSW),范圍xSSW∈[663m, 1760m], ySSW∈[-150m, 150m];(b)居民區(qū),秋冬季節(jié)盛行正北風(fēng)(N),范圍 xN∈[930m,2280m], yN∈[-125m,125m].

3.3 2015-7-31～2016-8-1焚燒廠運(yùn)營期間,顆粒物與酸性氣體(SO2、HCl)濃度超標(biāo)情況嚴(yán)重.春夏季超標(biāo)率分別為 51.9%和 76.5%;秋冬季分別為54.9%和67.6%.

3.5 針對 RA控制,根據(jù) 6類煙氣凈化工藝組合與相應(yīng)Δc(投入)估算,能夠?yàn)榉贌龔S以可接受成本投入,選擇最優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)水平的工藝類型.針對 RB控制,半干式脫硫塔與布袋除塵設(shè)備運(yùn)營狀況應(yīng)該重點(diǎn)被監(jiān)管,并針對故障原因及時維護(hù)與管理.

[1] Mikic M, Naunovic Z. A sustainability analysis of an incineration project in Serbia [J]. Waste Management & Research, 2013,31(11)：1102-1109.

[2] 齊 麗,任 玥,李 楠,等.垃圾焚燒廠周邊大氣二噁英含量及變化特性—以北京某城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠為例 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2016,36(4)：1000-1008.

[3] Bretzel F, Calderisi M. Contribution of a municipal solid waste incinerator to the trace metals in the surrounding soil [J].Environmental Monitoring and Assessment, 2011,182(1)：523-533.

[4] Koehler A, Peyer F, Salzmann C, et al. Probabilistic and technology -specific modeling of emissions from municipal solid-waste incineration [J]. Environmental Science &Technology, 2011,45(8)：3487-3495.

[5] Rimmer D L, Vizard C G, Pless-mulloli T, et al. Metal contamination of urban soils in the vicinity of a municipal waste incinerator： one source among many [J]. Science of the Total Environment, 2006,356：207-216.

[6] Hu X, Zhang Y, Ding Z, et al. Bioaccessibility and health risk of arsenic and heavy metals ( Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn and Mn) in TSP and PM2.5in Nanjing, China [J]. Atmospheric Environment,2012,57(12)：146-152.

[7] Karlsson K, Viklander M, Scholes L, et al. Heavy metal concentrations and toxicity in water and sediment from stormwater ponds and sedimentation tanks [J]. Journal of Hazardous Materials, 2010,178 ：612-618.

[8] Zheng N, Liu J, Wang Q, et al. Health risk assessment of heavymetal exposure to street dust in the zinc smelting district,Northeast of China [J]. Science of the Total Environment, 2010,408(4)：726-733.

[9] 張英民,尚曉博,李開明,等.城市生活垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀與管理對策 [J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2011,20(2)：389-396.

[10] 楊 潔.典型環(huán)境污染事故發(fā)生機(jī)制研究 [D]. 南京：南京大學(xué),2010.

[11] Center for Chemical Process Safety. Guidelines for chemical process quantitative risk analysis [M]. 2nded. New York：American Institute of Chemical Engineers, 2000：395-455.

[12] Ugurlu O, Kose E, Yildirim U, et al. Marine accident analysis for collision and grounding in oil tanker using FTA method [J].Maritime Policy & Management, 2015,42(2)：163-185.

[13] Domingo J L, Rovira J, Vilavert L, et al. Health risks for the population living in the vicinity of an integrated waste management facility： screening environment pollutants [J].Science of the Total Environment, 2015,519(3)：363-370.

[14] Morselli L, Robertis C D, Luzi J, et al. Environmental impacts of waste incineration in a regional system (Emilia Romagna, Italy)evaluated from a life cycle perspective [J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,159：505-511.

[15] Udomsri S, Martin A R, Fransson T H. Economic assessment and energy model scenarios of municipal solid waste incineration and gas turbine hybrid dual-fueled cycles in Thailand [J]. Waste Management, 2010,30(7)：1414-1422.

[16] Mochungong P. Assessing health risks from sub-standard medical waste incineration： a site conceptual model [J]. Human &Ecological Risk Assessment, 2015,21(1)：129-134.

[17] 李如忠,潘成榮,陳 倩,等.銅陵市區(qū)表土與灰塵重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評估 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2012,32(2)：2261-2270.

[18] Reiley M C. Science, policy, and trends of metals risk assessment at EPA： How understanding metals bioavailability has changed metals risk assessment at US EPA [J]. Aquatic Toxicology, 2007,84(2)：292-298.

[19] Jin Y Q, Liu H M, Li X D, et al. Health risk assessment of PCDD/F emissions from municipal solid waste incinerators(MSWIs) in China [J]. Environmental Technology, 2012,33(22)：2539-2545.

[20] Johnson D R. Nanometer-sized emissions from municipal waste incinerators： a qualitative risk assessment [J]. Journal of Hazardous Materials, 2016,320：67-79.

[21] Zhou J Z, Wu S M, Pan Y, et al. Mercury in municipal solids waste incineration (MSWI) fly ash in China： Chemical speciation and risk assessment [J]. Fuel, 2015,158：619-624.

[22] Kao W Y, Ma H W, Wang L C, et al. Site-specific health risk assessment of dioxins and furans in an industrial region with numerous emission sources [J]. Journal of Hazardous Materials,2007,30：471-481.

[23] Carruthers D J, Seaton M D, Mchugh C A, et al. Comparison of the complex terrain algorithms incorporated into two commonly used local-scale Air Pollution Dispersion Models (ADMS and AERMOD) using a hybrid model [J]. Journal of the Air & Waste Management Association, 2011,61(11)：1227-1235.

[24] 李煜婷,金宜英,劉富強(qiáng). AERMOD模型模擬城市生活垃圾焚燒廠二噁英類物質(zhì)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(6)：985-992.

[25] Vassura I, Passarini F, Ferroni L, et al. PCDD/Fs atmosphere deposition fluxes and soil contamination close to a municipal solid waste incinerator [J]. Chemosphere, 2011,83：1360-1373.

[26] Basham J P, Whitwell I. Dispersion modeling of dioxin releases from the waste incinerator at Avonmouth, Bristol, UK [J].Atmospheric Environment, 1999,33：3405-3416.

[27] Ma X J, Jiang X G, Jin Y Q, et al. Dispersion modeling and health risk assessment of dioxin emissions from a municipal solid waste incinerator in Hangzhou, China [J]. Applied Physics &Engineering, 2012,13(1)：69-78.

[28] Chiueh, P T, Lo S L, Chang C L. A GIS-based system for allocating municipal solid waste incinerator compensatory fund[J]. Waste Management, 2008,28(12)：2690-2701.

[29] Chang, N B, Chang Y H, Chen H W. Fair fund distribution for a municipal incinerator using GIS-based fuzzy analytic hierarchy process [J]. Journal of Environmental Management, 2009,90(1)：441-454.

[30] 于云江.環(huán)境污染的健康風(fēng)險(xiǎn)評估與管理技術(shù) [M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2011：97-104.

[31] 劉 軍,趙金平,楊立輝,等.南方典型生活垃圾焚燒設(shè)施環(huán)境呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn)評估 [J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2016,25(3)：440-446.

[32] 齊劍英,張海龍,方建德,等.垃圾焚燒設(shè)施周邊環(huán)境空氣重金屬分布特征及呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn) [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(1)：113-118.

[33] 向明燈,楊 林,于云江,等.基于健康風(fēng)險(xiǎn)評估的垃圾焚燒電廠選址研究 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(S1)：165-171.

[34] 胡二邦.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)實(shí)用技術(shù)、方法 [M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社, 1999：105-106.

[35] 曾昭美,嚴(yán)中偉.近40年來中國云量變化的分析 [J]. 大氣科學(xué),1993,17(6)：688-696.

[36] GB/T 3840-1991 制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法[S].

[37] 白志鵬,王 珺,游 燕.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià) [M]. 北京：高等教育出版社, 2009：194-202.

[38] TJ/T 36-79工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) [S].

[39] 平 措.大氣污染擴(kuò)散長期模型的應(yīng)用研究 [D]. 天津：天津大學(xué), 2006.

[40] CH/T 245-71 工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) [S].

[41] 于 洲,劉壽東,王詠薇,等.杭州市2014年城區(qū)大氣污染物濃度變化特征觀測分布 [J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2016,16(16)：95-104.

[42] GB/T 18485-2014 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn) [S].

[43] GB/T 18485-2001 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn) [S].

[44] 石德智.基于新型分類收集系統(tǒng)的生活垃圾焚燒過程污染物控制及其機(jī)理研究 [D]. 杭州：浙江大學(xué), 2009.

[45] 朱陽光.垃圾焚燒場的公眾可接受環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平研究 [D]. 蘇州：蘇州科技學(xué)院, 2014.

[46] 王 琪.我國生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與進(jìn)步 [J].環(huán)境保護(hù), 2014,42(19)：25-28.

[47] 短傳和,夏懷祥,等.選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝 [M].北京：中國電力出版社, 2011：18-131.

[48] 白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術(shù) [M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2009：295-374.

[49] 徐寶東.煙氣脫硫工藝手冊 [M[. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2012：1-134.

[50] 劉 茂.事故風(fēng)險(xiǎn)分析理論與方法 [M]. 北京：北京大學(xué)出版社,2011：27-36.

[51] Ma H W. Using stochastic risk assessment in setting information priorities for managing dioxin impact from a municipal waste incinerator [J]. Chemosphere, 2002,48(10)：1035-1040.

[52] Lee S J, Choi S D, Jin G Z, et al. Assessment of PCDD/F risk after implementation of emission reduction at a MSWI [J].Chemosphere, 2007,68(1)：856-863.

[53] Mari M, Nadal M, Ferré-Huguet N, et al. Monitoring PCDD/Fs in soil and herbage samples collected near a hazardous waste incinerator： health risks for the pollution living nearby [J]. Human& Ecological Risk Assessment, 2007,13(6)：1255-1270.

[54] IARC. Monograph on the evaluation of carcinogenic risks to humans [EB/OL]. http： // monograph. iarc.fr/.2013-06-07.

[55] Vilavert L, Nadal M, Schuhmacher M, et al. Concentrations of metals in soils in the neighborhood of a hazardous waste incinerator： assessment of the temporal trends [J]. Biological Trace Element Research, 2012,149(3)：435-442.

[56] US EPA. Soil screening guidance： technical background document [M]. Washington D.C ：Office of Solid Waste and Emergency Respond, 1996：21-22.

[57] Du Y R, Gao B, Zhou H D, et al. Health risk assessment of heavy metals in road dusts in urban parks of Beijing, China [J]. Procedia Environmental Sciences, 2013,18：299-309.

[58] 杭州市統(tǒng)計(jì)局.杭州市統(tǒng)計(jì)年鑒 [M]. 北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社,2016.

[59] Federico C, Gianluca I, Lorenzo L, et al. Health risk assessment of air emissions from a municipal solid waste incineration plant -a case study [J]. Waste Management, 2008,28(1)：885-895.

[60] IRIS. Integrated risk information system [EB/OL]. http：//www.epa.gov/iris, 2015.

[61] USEPA. Risk assessment guidance for superfund (RAGS)： part A[R]. Washington, DC： USEPA, 1989.

[62] Rabl A, Spadaro J V, Mcgavran P D. Health risks of air pollution from incinerators： a perspective [J]. Waste Management &Research, 1998,16(4)：365-388.

[63] Meneses M, Schuhmacher M, Domingo J L. Health risk assessment of emissions of dioxins and furans from a municipal waste incinerator： comparison with other emission sources [J].Environmental international, 2004,30(4)：481-489.

[64] Government of Japan. Information Brochure on Dioxins [EB/OL].http ：// www . env.go. jp/en/topic /doxins. Html/1999-2005.

[65] 廖志恒,孫家仁,吳 兌,等.基于不確定性分析的垃圾焚燒煙氣中重金屬的土壤沉積及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2014,35(6)：2264-2271.

[66] 張成才,陳繼祖,李紅偉.基于GIS和Surfer的工業(yè)點(diǎn)源大氣污染擴(kuò)散模擬 [J]. 安全與環(huán)境工程, 2009,16(5)：48-52.

[67] 蔣維楣,孫鑒濘,曹文俊,等.空氣污染氣象學(xué)教程 [M]. 北京：氣象出版社, 2010：86-217.

[68] HJ/T 2.2-1993 環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境 [S].

[69] 蔡建安,王詩生,郭麗娜.環(huán)境質(zhì)量評價(jià)與系統(tǒng)分析 [M]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2014：15-18.

[70] 國家環(huán)保總局環(huán)境工程評估中心.93版導(dǎo)則、AERMOD、ADMS三種模式對比驗(yàn)證試驗(yàn)-簡單地形[EB/OL]. http：//www.docin.com/p-72347120.html/. 2001.

[71] 劉鶴欣,羅 銳,冉小鵬,等.采用高斯模型的垃圾焚燒污染物環(huán)境監(jiān)測及布點(diǎn) [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2015,49(5)：147-154.

[72] 江 磊,黃國忠,吳文軍,等.美國 AERMOD 模型與中國大氣導(dǎo)則推薦模型點(diǎn)源比較 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2007,20(3)：44-51.

[73] 國家環(huán)保總局環(huán)境工程評估中心.建筑物下洗條件下 93版導(dǎo)則、AERMOD、ADMS三種模式對比驗(yàn)證試驗(yàn)[EB/OL]. http：//www.docin.com/p-15849716.html/.2002.