建设项目环境影响评价中二次PM2.5影响预测方法比较研究

易爱华，陈陆霞，李飒

(1.生态环境部环境工程评估中心，北京 100012；2.国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室，北京 100012；3.北京尚云环境有限公司，北京 100081)

近年来，大气细颗粒物PM2.5的污染问题，已逐渐成为关乎民生的重要议题[1-2]。随着PM2.5被增设为《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)基本项目，建设项目/规划项目环境影响评价工作也逐步开始了PM2.5的达标评价[3]。新修订的《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2—2018)(以下简称大气导则)中明确提出“当建设项目/规划项目排放的SO2和NOx年排放总量大于或等于500t/a时，评价因子应增加二次污染物PM2.5”。至此，PM2.5达标评价正式成为建设项目/规划项目环境影响评价工作的重要内容之一[4]。

为解决建设项目环境影响评价中二次PM2.5影响预测问题，大气导则在参考美国新源许可PM2.5影响预测方法[5]的基础上，提出了多方案组合的二次PM2.5预测方法。当采用CALPUFF做进一步影响分析时，可选择模型模拟法预测二次PM2.5；当采用其他中小尺度模型做进一步影响分析时，则可利用系数法快速计算二次PM2.5。

1 大气导则推荐二次PM2.5预测方法

大气导则要求“当建设项目/规划项目排放的SO2和NOx年排放总量大于或等于500 t/a时，评价因子应增加二次污染物PM2.5”，同时规定对于规划项目，当SO2和NOx年排放总量大于或等于2000 t/a时，应采用网格模型预测二次PM2.5；对于建设项目和SO2+NOx年排放总量小于2000 t/a的规划项目，二次PM2.5预测方法有模型模拟法和系数法。新修订导则推荐二次PM2.5预测方法见表1。

表1 二次污染物预测方法

2 模型模拟法介绍

大气导则推荐的模型模拟法预测二次PM2.5根据预测模型的不同可以细分为两种方法，一种是基于CMAQ、CAMx等区域光化学网格模型复杂的大气物理和大气化学转化机制，精准预测二次PM2.5的方法；一种是基于CALPUFF简单的化学转化机制预测二次PM2.5的方法。考虑到CMAQ、CAMx等区域光化学建模过程较为复杂、专业水平要求较高、预测周期相对较长等特点，大气导则中规定网格模型模拟法仅适用于SO2+NOx≥2000t/a的规划项目环境影响评价。建设项目环境影响评价过程中的模型模拟法则指CALPUFF模型模拟法，通过简单的化学转化机制模拟二次PM2.5的输送、转化过程，预测二次PM2.5。

根据A User’s Guide for the CALPUFF Dispersion Model(Version5)，CALPUFF预测二次PM2.5的化学转化机制主要有以下三种[6]：

(3)自定义。允许用户自定义24小时循环的化学转化速率，但这一转化速率只随时间变化，在空间上是不变的。

实际模型模拟过程中，关于二次PM2.5的计算，用户可以根据当地的湿度条件、空气氧化性等选择MESOPUFF Ⅱ机制、RIVAD/ARM3机制中的一种，用于模拟二次PM2.5的转化情况。一般地，模式中默认选项为MESOPUFF Ⅱ机制。

3 系数法介绍

大气环境中的PM2.5按其来源主要分为两类：一类是污染源直接排放的细颗粒物，称为一次PM2.5；另一类是通过大气中的化学过程使原来的气态组分氧化而产生的细粒子，主要包括硫酸盐、硝酸盐和一些有机化合物，称为二次PM2.5[7]。已有研究成果表明，PM2.5中二次颗粒物占有相当大的比重，而NOx和SO2作为二次颗粒物的前体物，在其生成过程中发挥着重要作用[8-9]。研究数据显示，空气细粒子组分中，硫酸盐约占41%以上，硝酸盐约占18%以上[10-15]。因此，研究空气中SO2向硫酸盐、NO2向硝酸盐的转化系数，即可简单估算二次PM2.5浓度。

为说明区域达到平衡状态下硫酸盐/二氧化硫、硝酸盐/二氧化氮浓度比例关系，大气导则编制组基于李洋等人的研究思路，利用CAMx模型对转化系数进行了再次计算，并与全国部分组份站二次PM2.5成分分析结果进行了比对验证。同时为简化计算过程、统一估算方法，最终确定转换系数取全国统一值，即取SO2转化系数φSO2=0.58、取NO2转化系数φNO2=0.44。系数法计算二次PM2.5最终计算公式详见公式(1)。

C二次PM2.5=φSO2×CSO2+φNO2×CNO2

(1)

式中：C二次PM2.5为PM2.5二次污染物质量浓度，μg/m3；φSO2、φNO2为SO2、NO2浓度换算为PM2.5浓度的系数；CSO2、CNO2为SO2、NO2的预测质量浓度，μg/m3。

4 两种方法对比分析

4.1 基本情况概述

大气导则提出的模型模拟法和系数法为建设项目二次PM2.5影响预测提供了有效的解决方案。但大气导则对两种方法的差异性并没有给出具体说明，目前科研论文中也缺乏有关两种方法预测结果差异水平的研究。为了进一步说明系数法中SO2和NOx转化系数的合理性，验证两种方法在预测同一项目时预测结果的差异性，为实际工作中技术人员选择合适的二次PM2.5预测方法提供指导，本文分别采用模型模拟法、系数法预测了不同地区SO2、NOx年排放总量≥500t/a的三个项目(项目基本情况见表2)二次PM2.5环境影响，并对预测结果进行了差异性分析。

表2 项目基本情况表

4.2 差异性分析

分别采用AERMOD系数法和CALPUFF模型模拟法预测二次PM2.5浓度，并做差值分析(差值=系数法预测值-模型模拟法预测值，正值代表AERMOD系数折算预测结果大于CALPUFF模拟预测结果，下同)。

差值分析结果表明，所选项目二次PM2.5日均浓度差值范围为0.04μg/m3～4.75μg/m3，差值占标率最大值为6.33%，最小值为0.05%；二次PM2.5年均浓度差值范围为0.02μg/m3～0.82μg/m3，占标率最大值为2.35%，最小值为0.06%。差值均为正值，表明AERMOD系数法预测结果较CALPUFF模型模拟法计算结果偏保守。

表3 各项目二次PM2.5日均浓度预测结果 单位：μg/m3

表4 各项目二次PM2.5年均浓度预测结果 单位：μg/m3

图1 二次PM2.5日均浓度比值分析图

图2 二次PM2.5年均浓度比值分析图

将AERMOD系数法和CALPUFF模型模拟法预测二次PM2.5浓度结果做比值分析[比值=(系数法预测值-模型模拟法预测值)/模型模拟法预测值，比值越大代表AERMOD系数折算预测结果与CALPUFF模拟预测结果差异越大，下同]。

比值分析结果表明，所选项目二次PM2.5日均浓度比值均值为2.25，最大值为5.16，最小值为0.08；二次PM2.5年均浓度比值均值为10.71，最大值为26.22，最小值为0.89。同一项目同一敏感点处二次PM2.5年均浓度比值普遍大于日均浓度比值，两种方法在预测二次PM2.5日均浓度时差异较小。

5 小 结

大气导则在参考美国新源许可PM2.5影响预测方法的基础上，提出了多方案组合的二次PM2.5预测方法。当采用CALPUFF做进一步影响分析时，可选择模型模拟法预测二次PM2.5，共有MESOPUFF Ⅱ、RIVAD/ARM3和自定义三种转化机制可选择；当采用其他中小尺度模型做进一步影响分析时，则可利用系数法快速计算二次PM2.5。大气导则最终确定SO2转化系数为0.58、NO2转化系数为0.44。分别采用模型模拟法和系数法预测了不同地区SO2、NOx年排放总量≥500 t/a的三个项目二次PM2.5环境影响。结果表明，AERMOD系数法计算结果较CALPUFF模型模拟法计算结果偏保守，在预测二次PM2.5日均浓度时，AERMOD系数法与CALPUFF模型模拟法的比值范围为0.08～5.16，均值为2.35；在预测二次PM2.5年均浓度时两种方法比值范围为0.89～26.22，均值为10.71；两种方法在预测二次PM2.5日均浓度时差异较小。