北京市垃圾集中处理产业区大气环境容量预测

张 婧

（北京市朝阳区生态环境监测中心 北京 100125）

引言

近年来，北京市城市规模不断扩大，城市垃圾越来越多。2015 年，北京市城市生活垃圾产生量最大为790.3 万吨、建筑垃圾1000 万吨、医疗废物3 万吨、餐厨垃圾95 万吨、污泥200 万吨[1]。北京市某循环经济产业园拥有卫生填埋场、生活垃圾焚烧厂（两期）、餐厨垃圾处理厂、医疗废物处理厂、再生水厂、燃气热电厂（京能热电厂和神华热电厂）等企业，形成了集固废处理、再生资源循环利用、热电供应、环保科教功能于一体的示范园区。随着城市的进一步扩展，垃圾产生量日益增加，不增加焚烧设施，垃圾得不到处理，增加焚烧设施，现有环境容量又不足，如何解决此问题，值得深思。

1 园区概况

北京某循环经济产业园规划范围约266.8 公顷。园区现有产污企业10 家，现有废气排放源20 个（6 个停用），在建废气排放源28 个。通过历年监督监测数据显示，园区内各企业有组织废气污染物均可做到达标排放，监测期间园区厂界恶臭污染物偶见超标，主要出现在5～9 月，具有明显的季节性，超标原因是氨、硫化氢等恶臭污染物随着温度的升高，释放的速度加快所致。

经估算，产业区总量控制污染因子为：颗粒物、NOx、SO2排放量为分别为21.16t/a、1005.92t/a、16.54t/a。

2 产业区环境容量预测与分析

采用AERMOD 模型预测现有项目及叠加拟规划建设的垃圾焚烧项目后的大气环境贡献值，采用年参照清除率法、A-P 值法计算大气环境容量，引用例行监测数据分析产业区是否有环境容量。

3 大气环境贡献值预测

3.1 模型

参照文献[2]采用Aermod 模型进行大气环境影响贡献值预测。

3.2 气象资料

通州区气象站1995-2014 年统计资料：NW～NNW～N 累年风向频率最大，为29%，累年风向玫瑰见图1。年平均风速2.8m/s，年最大风速为16.4m/s；累年平均气温13.4℃，极端最高气温为41.9℃，极端最低气温为-15.7℃。累年年平均降水量515.21mm；累年年平均相对湿度51.9%，累年年平均日照数2390.1h。

图1 通州区气象站（1995～2014年）风向玫瑰图

（1）温度统计量

2014 年月平均温度情况见表1。

由表1 可看出，2014 年平均气温为14.7℃，其中7月的月均气温最高，为28.7℃，12 月的月均气温最低，为0.1℃。

表1 2014年月平均温度 单位：℃

（2）风速统计量

2014 年月平均风速随月份变化情况见表2。

表2 2014年平均风速的月变化 单位：m/s

由表2 可看出，2014 年平均风速为2.4m/s，其中5月平均风速最大，为3.3m/s；10 月的平均风速最小，为1.9 m/s。

由表2 和图2 可看出，2014 年四季小时平均风速在1.5m/s 和3.8m/s 之间，其中最大平均风速为3.8m/s，出现在春季16 时、17 时；最小平均风速为1.5m/s，出现在秋季3 时、4 时、5 时。全年四季小时平均风速的日变曲线轨迹相似，其中季小时平均风速较大值均出现在春季，季小时平均风速较小值均出现在秋季。

图2 2014年各季小时平均风速的日变化曲线图 单位：m/s

（3）风向、风频

①年均风频的月变化统计量

2014 年4 月份出现SSW 风向频率最大，为33.33%；12 月份静风频率最大，为6.45%。

②年均风频的季变化统计量

所收集气象资料年均风频的季变，2014 年各季及全年风玫瑰见图3。春、夏、秋、冬和全年风向最大频率分别为20.65%、10.87%、15.38%、16.85%、12.91%。静风在四季及全年出现频率分别为1.08%、3.23%、1.09%、2.22%、1.92%。

图3 2014年风向玫瑰图

③主导风向

该区域全年S～SSW～SW 风向频率之和为25%，小于30%该区域全年主导风向不明显。

4 大气环境影响预测

4.1 预测因子的选取

根据产业园工业特点，确定本次评价预测因子为：PM10、PM2.5、SO2、氮氧化物（以NO2计）、二噁英。

4.2 预测范围

以园区集束烟囱为中心、半径为3km 的圆形区域。并以E 向为坐标系的X 轴，N 向为坐标系的Y 轴。

4.3 预测结果

通过预测，现有污染源，大气环境影响贡献值在所有预测因子中NO2占标率最大，NO2最大地面小时质量浓度为25.88μg/m3，占标准值的12.94%；NO2最大地面日平均质量浓度为3.47μg/m，占标准值的4.34%；NO2最大地面年平均质量浓度为0.125μg/m3，占标准值的0.312%，其次为SO2、PM10，现有项目NO2、SO2最大地面小时浓度图见图4、图5。

图4 现有项目NO2小时浓度分布图 单位μg/m3（NO2小时环境质量标准值为200μg/m3）

图5 现有项目SO2小时浓度分布图 单位μg/m3（SO2小时环境质量标准值为500μg/m3）

叠加拟规划建设的垃圾焚烧三期项目后NO2占标率最大，最大地面小时质量浓度为46.48μg/m3，占标准值的23.24%；最大地面日平均质量浓度为7.08μg/m3，占标准值的8.85%；最大地面年平均质量浓度为0.354μg/m3，占标准值的0.886%，叠加拟规划建设的垃圾焚烧三期项目后NO2、SO2最大地面小时浓度图见图6、图7。

图6 叠加拟规划建设的垃圾焚烧项目后NO2小时浓度分布图 单位μg/m3（NO2小时环境质量标准值为200μg/m3）

图7 叠加拟规划建设的垃圾焚烧项目后SO2小时浓度分布图 单位μg/m3（SO2小时环境质量标准值为500μg/m3）

5 大气环境容量预测

基于年参照清除率法和A-P 值法确定北京市朝阳循环经济产业区大气环境容量。

5.1 年参照清除率法

北京地区环境大气污染物在100 日重现期年化参照清除率为2.63t/a[3]。

北京市某循环经济产业园占地面积266.8 公顷，2.668km2。根据计算，SO2的环境容量为4.2t/a；NO2的环境容量为2.8t/a。拟规划建设的垃圾焚烧项目SO2年排放量为120t/a，NO2年排放量为393.6t/a，NO2、SO2排放量均超过产业区的环境容量，不宜规划建设排放NOx、SO2、颗粒物类项目。

5.2 A-P值法

本次评价采用文献[4]中的A-P 值法计算产业区内污染物的环境容量。

针对环境空气评价范围进行计算，某污染物年剩余排放总量计算公式如下：

Qaki—总量控制区某功能区大气污染物的剩余排放总量，104t/a；

Aki—总量控制区某功能区内某大气污染物排放总量控制系数，104t/a·km2。

A —地理区域性总量控制系数。朝阳地区取值范围4.2～5.6×104km2/a，本次取下限4.2×104km2/a。

C0—GB3095-2012 等国家和地方有关大气环境质量标准所规定的与第i 功能区类别相应的年均浓度限值，SO2二级标准0.06mg/Nm3；NO2二级标准0.04mg/Nm3。

Ci—评价区实测浓度限值，mg/Nm3。本次评价取2013-2017 年朝阳区历行监测数据平均值，其中SO2为0.018mg/Nm3，NO2为0.058mg/Nm3。

Si—某功能区面积，本次计算取2.668km2。

S—总量控制区总面积，本次计算取2.668km2。

根据上述公式计算朝阳循环经济产业园SO2剩余环境容量为288t/a；NO2剩余环境容量为-123.4t/a。拟规划建设的垃圾焚烧项目SO2年排放量为120t/a，NO2年排放量为393.6t/a，不宜规划建设排放NOx项目。

5.3 例行监测数据对照法

朝阳区大气环境中NO2的年均浓度为0.051～0.064mg/Nm3，均值为0.058mg/Nm3；SO2的年均浓度为0.009～0.0297mg/Nm3，均值为0.018mg/Nm3；PM10 的年均浓度为0.082～0.124mg/Nm3，均值为0.103mg/Nm3[5]，其中NO2和PM10 的年均浓度超过文献[6]中的二级标准，区域环境质量现状超标，不宜规划建设排放NOx、SO2、颗粒物类项目。

5.4 承载区分析

基于年参照清除率法和A-P 法计算北京市朝阳循环经济产业区基本已无NO2、SO2剩余环境容量。在不考虑区域环境现状的情况下，某循环经济产业区已没有环境容量去建设排放NOx、SO2、颗粒物类项目，且环境质量现状中NO2和PM10 年均浓度超过文献[6]中的二级标准。

如建设拟规划建设的垃圾焚烧项目，所需NOx环境容量为393.6t/a。根据北京地区环境大气污染物在100 日重现期的年化参照清除率，如满足NOx的环境容量，需在产业园区外围划定150km2的承载区。

结语

采用Aermod 模型预测结果表明，现有项目污染因子中NO2占标率最大，NO2最大地面小时质量浓度为25.88μg/m3，占标准值的12.94%；叠加拟规划建设的垃圾焚烧项目后NO2占标率最大，最大地面小时质量浓度为46.48μg/m3，占标准值的23.24%。

采用年参照清除率法和A-P 法计算北京市某循环经济产业园区大气环境容量，计算结果表明区域内已无大气环境容量去建设拟规划建设的垃圾焚烧项目。如建设拟规划建设的垃圾焚烧三期项目，产业园区外围需划定150km2的承载区。

通过北京市公布的第二轮PM2.5 源解析结果显示，区域传输贡献约占28%-36%，本地污染排放贡献占64%-72%[7]。区域传输在污染过程中起着重要的作用，因此，应将京津冀作为一个整体。从整个区域进行二氧化氮和二氧化硫的消减，以便腾出更多的容量。从源解析的结果中还可以看出，主要污染源：移动源、扬尘源、工业源、生活面源和燃煤源分别占45%、16%、12%、12%和3%，农业及自然源等其他约占12%，移动源已经成为主要污染源。氮氧化物的主要来源为移动源，可以通过消减移动源来增加氮氧化物的容量。

焚烧前期采用的新的工艺，氮氧化物、二氧化硫的排放量很低，因此可以通过对焚烧一期进行升级改造，来降低一期、二期氮氧化物、二氧化硫的排放量，增加三期的环境容量。