北京市垃圾集中處理產業區大氣環境容量預測

張 婧

（北京市朝陽區生態環境監測中心 北京 100125）

引言

近年來，北京市城市規模不斷擴大，城市垃圾越來越多。2015 年，北京市城市生活垃圾產生量最大為790.3 萬噸、建筑垃圾1000 萬噸、醫療廢物3 萬噸、餐廚垃圾95 萬噸、污泥200 萬噸[1]。北京市某循環經濟產業園擁有衛生填埋場、生活垃圾焚燒廠（兩期）、餐廚垃圾處理廠、醫療廢物處理廠、再生水廠、燃氣熱電廠（京能熱電廠和神華熱電廠）等企業，形成了集固廢處理、再生資源循環利用、熱電供應、環保科教功能于一體的示范園區。隨著城市的進一步擴展，垃圾產生量日益增加，不增加焚燒設施，垃圾得不到處理，增加焚燒設施，現有環境容量又不足，如何解決此問題，值得深思。

1 園區概況

北京某循環經濟產業園規劃范圍約266.8 公頃。園區現有產污企業10 家，現有廢氣排放源20 個（6 個停用），在建廢氣排放源28 個。通過歷年監督監測數據顯示，園區內各企業有組織廢氣污染物均可做到達標排放，監測期間園區廠界惡臭污染物偶見超標，主要出現在5～9 月，具有明顯的季節性，超標原因是氨、硫化氫等惡臭污染物隨著溫度的升高，釋放的速度加快所致。

經估算，產業區總量控制污染因子為：顆粒物、NOx、SO2排放量為分別為21.16t/a、1005.92t/a、16.54t/a。

2 產業區環境容量預測與分析

采用AERMOD 模型預測現有項目及疊加擬規劃建設的垃圾焚燒項目后的大氣環境貢獻值，采用年參照清除率法、A-P 值法計算大氣環境容量，引用例行監測數據分析產業區是否有環境容量。

3 大氣環境貢獻值預測

3.1 模型

參照文獻[2]采用Aermod 模型進行大氣環境影響貢獻值預測。

3.2 氣象資料

通州區氣象站1995-2014 年統計資料：NW～NNW～N 累年風向頻率最大，為29%，累年風向玫瑰見圖1。年平均風速2.8m/s，年最大風速為16.4m/s；累年平均氣溫13.4℃，極端最高氣溫為41.9℃，極端最低氣溫為-15.7℃。累年年平均降水量515.21mm；累年年平均相對濕度51.9%，累年年平均日照數2390.1h。

圖1 通州區氣象站（1995～2014年）風向玫瑰圖

（1）溫度統計量

2014 年月平均溫度情況見表1。

由表1 可看出，2014 年平均氣溫為14.7℃，其中7月的月均氣溫最高，為28.7℃，12 月的月均氣溫最低，為0.1℃。

表1 2014年月平均溫度 單位：℃

（2）風速統計量

2014 年月平均風速隨月份變化情況見表2。

表2 2014年平均風速的月變化 單位：m/s

由表2 可看出，2014 年平均風速為2.4m/s，其中5月平均風速最大，為3.3m/s；10 月的平均風速最小，為1.9 m/s。

由表2 和圖2 可看出，2014 年四季小時平均風速在1.5m/s 和3.8m/s 之間，其中最大平均風速為3.8m/s，出現在春季16 時、17 時；最小平均風速為1.5m/s，出現在秋季3 時、4 時、5 時。全年四季小時平均風速的日變曲線軌跡相似，其中季小時平均風速較大值均出現在春季，季小時平均風速較小值均出現在秋季。

圖2 2014年各季小時平均風速的日變化曲線圖 單位：m/s

（3）風向、風頻

①年均風頻的月變化統計量

2014 年4 月份出現SSW 風向頻率最大，為33.33%；12 月份靜風頻率最大，為6.45%。

②年均風頻的季變化統計量

所收集氣象資料年均風頻的季變，2014 年各季及全年風玫瑰見圖3。春、夏、秋、冬和全年風向最大頻率分別為20.65%、10.87%、15.38%、16.85%、12.91%。靜風在四季及全年出現頻率分別為1.08%、3.23%、1.09%、2.22%、1.92%。

圖3 2014年風向玫瑰圖

③主導風向

該區域全年S～SSW～SW 風向頻率之和為25%，小于30%該區域全年主導風向不明顯。

4 大氣環境影響預測

4.1 預測因子的選取

根據產業園工業特點，確定本次評價預測因子為：PM10、PM2.5、SO2、氮氧化物（以NO2計）、二噁英。

4.2 預測范圍

以園區集束煙囪為中心、半徑為3km 的圓形區域。并以E 向為坐標系的X 軸，N 向為坐標系的Y 軸。

4.3 預測結果

通過預測，現有污染源，大氣環境影響貢獻值在所有預測因子中NO2占標率最大，NO2最大地面小時質量濃度為25.88μg/m3，占標準值的12.94%；NO2最大地面日平均質量濃度為3.47μg/m，占標準值的4.34%；NO2最大地面年平均質量濃度為0.125μg/m3，占標準值的0.312%，其次為SO2、PM10，現有項目NO2、SO2最大地面小時濃度圖見圖4、圖5。

圖4 現有項目NO2小時濃度分布圖 單位μg/m3（NO2小時環境質量標準值為200μg/m3）

圖5 現有項目SO2小時濃度分布圖 單位μg/m3（SO2小時環境質量標準值為500μg/m3）

疊加擬規劃建設的垃圾焚燒三期項目后NO2占標率最大，最大地面小時質量濃度為46.48μg/m3，占標準值的23.24%；最大地面日平均質量濃度為7.08μg/m3，占標準值的8.85%；最大地面年平均質量濃度為0.354μg/m3，占標準值的0.886%，疊加擬規劃建設的垃圾焚燒三期項目后NO2、SO2最大地面小時濃度圖見圖6、圖7。

圖6 疊加擬規劃建設的垃圾焚燒項目后NO2小時濃度分布圖 單位μg/m3（NO2小時環境質量標準值為200μg/m3）

圖7 疊加擬規劃建設的垃圾焚燒項目后SO2小時濃度分布圖 單位μg/m3（SO2小時環境質量標準值為500μg/m3）

5 大氣環境容量預測

基于年參照清除率法和A-P 值法確定北京市朝陽循環經濟產業區大氣環境容量。

5.1 年參照清除率法

北京地區環境大氣污染物在100 日重現期年化參照清除率為2.63t/a[3]。

北京市某循環經濟產業園占地面積266.8 公頃，2.668km2。根據計算，SO2的環境容量為4.2t/a；NO2的環境容量為2.8t/a。擬規劃建設的垃圾焚燒項目SO2年排放量為120t/a，NO2年排放量為393.6t/a，NO2、SO2排放量均超過產業區的環境容量，不宜規劃建設排放NOx、SO2、顆粒物類項目。

5.2 A-P值法

本次評價采用文獻[4]中的A-P 值法計算產業區內污染物的環境容量。

針對環境空氣評價范圍進行計算，某污染物年剩余排放總量計算公式如下：

Qaki—總量控制區某功能區大氣污染物的剩余排放總量，104t/a；

Aki—總量控制區某功能區內某大氣污染物排放總量控制系數，104t/a·km2。

A —地理區域性總量控制系數。朝陽地區取值范圍4.2～5.6×104km2/a，本次取下限4.2×104km2/a。

C0—GB3095-2012 等國家和地方有關大氣環境質量標準所規定的與第i 功能區類別相應的年均濃度限值，SO2二級標準0.06mg/Nm3；NO2二級標準0.04mg/Nm3。

Ci—評價區實測濃度限值，mg/Nm3。本次評價取2013-2017 年朝陽區歷行監測數據平均值，其中SO2為0.018mg/Nm3，NO2為0.058mg/Nm3。

Si—某功能區面積，本次計算取2.668km2。

S—總量控制區總面積，本次計算取2.668km2。

根據上述公式計算朝陽循環經濟產業園SO2剩余環境容量為288t/a；NO2剩余環境容量為-123.4t/a。擬規劃建設的垃圾焚燒項目SO2年排放量為120t/a，NO2年排放量為393.6t/a，不宜規劃建設排放NOx項目。

5.3 例行監測數據對照法

朝陽區大氣環境中NO2的年均濃度為0.051～0.064mg/Nm3，均值為0.058mg/Nm3；SO2的年均濃度為0.009～0.0297mg/Nm3，均值為0.018mg/Nm3；PM10 的年均濃度為0.082～0.124mg/Nm3，均值為0.103mg/Nm3[5]，其中NO2和PM10 的年均濃度超過文獻[6]中的二級標準，區域環境質量現狀超標，不宜規劃建設排放NOx、SO2、顆粒物類項目。

5.4 承載區分析

基于年參照清除率法和A-P 法計算北京市朝陽循環經濟產業區基本已無NO2、SO2剩余環境容量。在不考慮區域環境現狀的情況下，某循環經濟產業區已沒有環境容量去建設排放NOx、SO2、顆粒物類項目，且環境質量現狀中NO2和PM10 年均濃度超過文獻[6]中的二級標準。

如建設擬規劃建設的垃圾焚燒項目，所需NOx環境容量為393.6t/a。根據北京地區環境大氣污染物在100 日重現期的年化參照清除率，如滿足NOx的環境容量，需在產業園區外圍劃定150km2的承載區。

結語

采用Aermod 模型預測結果表明，現有項目污染因子中NO2占標率最大，NO2最大地面小時質量濃度為25.88μg/m3，占標準值的12.94%；疊加擬規劃建設的垃圾焚燒項目后NO2占標率最大，最大地面小時質量濃度為46.48μg/m3，占標準值的23.24%。

采用年參照清除率法和A-P 法計算北京市某循環經濟產業園區大氣環境容量，計算結果表明區域內已無大氣環境容量去建設擬規劃建設的垃圾焚燒項目。如建設擬規劃建設的垃圾焚燒三期項目，產業園區外圍需劃定150km2的承載區。

通過北京市公布的第二輪PM2.5 源解析結果顯示，區域傳輸貢獻約占28%-36%，本地污染排放貢獻占64%-72%[7]。區域傳輸在污染過程中起著重要的作用，因此，應將京津冀作為一個整體。從整個區域進行二氧化氮和二氧化硫的消減，以便騰出更多的容量。從源解析的結果中還可以看出，主要污染源：移動源、揚塵源、工業源、生活面源和燃煤源分別占45%、16%、12%、12%和3%，農業及自然源等其他約占12%，移動源已經成為主要污染源。氮氧化物的主要來源為移動源，可以通過消減移動源來增加氮氧化物的容量。

焚燒前期采用的新的工藝，氮氧化物、二氧化硫的排放量很低，因此可以通過對焚燒一期進行升級改造，來降低一期、二期氮氧化物、二氧化硫的排放量，增加三期的環境容量。