我国环境影响评价VOCs模拟进展和展望

摘要：VOCs污染防治是目前我国大气污染治理的重点工作之一。本研究通过收集、整理、分析我国重点行业建设项目环评报告书，并与美国VOCs模拟研究现状进行对比，从模拟因子、评价标准、模拟程度等方面出发，分析建设项目环评VOCs模拟工作中存在问题，提出建议对策，旨在规范我国环境影响评价领域VOCs模拟。

挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds）简称VOCs，我国对其定义为“在标准状态下饱和蒸气压较高（标准状态下大于13.33Pa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物”[1]。VOCs对人体健康、大气环境等影响如下：（1）VOCs易与其他大气污染物发生光化学反应，产生臭氧（O3）等二次污染物[2,3]。（2）VOCs是大气细颗粒物（PM2.5）及二次有机气溶胶（SOA）主要前驱体[2,4,5]。（3）部分VOCs如卤代烃类，会与O3发生循环链式反应，破坏臭氧层[6]。（4）多环芳烃、卤代烃等VOCs具有一定致癌、致畸、致突变性[2,7,8]。

已有研究表明VOCs对人体呼吸、视觉等系统有刺激和毒害作用，也可通过食物链累积进入人体，诱发神经系统疾病[9]。如氯乙烯可诱发呼吸系统疾病，对二氯苯对人体具有致癌作用[10-11]。一些研究者开展了VOCs排放清单、模拟、成分谱等研究工作[12-14]，例如余宇帆等建立了2006年珠江三角洲地区重点行业和分城市的VOCs排放清单[6]；莫梓伟等综述了我国典型排放源VOCs成分谱组分特征，认为工业排放成分谱研究仍有所欠缺[12]；谢旻等利用Calgrid模拟了中国NOx和VOCs自然源排放排放在不同季节对对流层化学的影响，发现自然源排放模拟存在较大的不确定性[13]；李浩等研究结果表明，工业燃烧排放、生产工艺过程中的VOCs排放，是造成2013年夏季长三角区域高浓度O3的主要原因[14]。VOCs重点行业环境影响评价工作中，一般采用数学模型预测项目排放大气污染物对环境的影响，通过建模来模拟污染物在大气中输送、扩散、转化和清除等物理、化学机制[15]。2016年，全国地市级以上环评审批建设项目约5万多个，其中石化、化工、医药等VOCs排放项目约占8%，但较少有研究者分析我国环境影响评价VOCs模拟情况。

本研究介绍了环评项目中常用数值模型，收集石化、汽车制造、钢铁等重点行业建设项目环评报告书，分析其中VOCs模拟存在的问题，并结合当前环境管理要求提出对策建议。

1环评VOCs模拟相关模型

《环境影响评价技术导则大气环境》推荐了AERMOD、ADMS、CALPUFF等作为进一步预测模型，可模拟点源、面源、体源等，3种模型均可模拟VOCs一次污染情况，但仅有CALPUFF可模拟VOCs生成的SOA（表1），具体介绍如下。

1.1AERMOD

AERMOD（AMS/EPARegulatoryModel）是稳态烟羽模型，分为AERMOD(扩散模块)、AERMET(气象预处理模块)、AERMAP(地形预处理模块)等三大模块，可模拟大气污染物空间浓度分布，适用于模拟一次污染物（二氧化硫、二氧化氮、VOCs等一次污染物）[16]。

1.2ADMS

ADMS（AtmosphericDispersionModellingSystem）是三维高斯模式，基于Monin-Obukhov长度、边界层高度来定义边界层结构参数，在非稳定条件下垂直扩散使用了倾斜式的高斯模式，ADMS目前有多个版本（城市、环评、工业等），适用于模拟一次污染物[17]。

1.3CALPUFF

CALPUFF模式系统主要包括CALMET气象模式、CALPUFF扩散模式等，CALPUFF是拉格朗日烟团扩散模式，利用CALMET输出的气象场，模拟污染源排放污染物输送、扩散、沉降等过程，适用于从几公里到几百公里模拟。CALPUFF模式包含线性化学机制，可模拟二次硫酸盐和硝酸盐以及SOA的生成，当考虑VOCs二次化学反应时，可以选择以下三种组合情况：（1）甲苯、二甲苯、SOA；（2）α-蒎烯、β-蒎烯、SOA；（3）甲苯、二甲苯、α-蒎烯、β-蒎烯、SOA[18~20]。

2美国VOCs模拟研究进展

2.1美国VOCs定义

美国VOCs定义：“参与大气光化学反应的任何碳化合物，不包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、金属碳酸盐、碳酸铵、微光化学反应物质（美国环保署认为其光化学反应可忽略不计）”，美国环保署共指定了60种（类）微反应物质（截至2014年12月30日）。一些VOCs组分以及微反应物质，由于其有毒有害的特性，被归入HAPs（有害大气污染物）。美国未建立VOCs相关的环境质量标准，对其时空浓度分布也没有直接模拟要求，但构建了囊括VOCs危害特性管理的体系。

2.2VOCs光化学反应模拟

美国较为关注VOCs光化学过程（尤其是臭氧生成）的模拟，常用的光化学模型有CMAQ、CAMx，均属于第三代空气质量模型，在污染模拟中可考虑各种污染现象。

2.3HAPs模拟及健康风险评估

美国重点关注有毒有害挥发性有机物在大气中的浓度时空分布、环境健康风险。大气浓度分布通常采用AERMOD、CALPUFF等模型模拟，模拟考虑干沉降、湿沉降参数，模拟结果用于环境健康风险评估，美国人体健康风险评价导则（HHRAP）中根据AERMOD、CALPUFF模拟的大气中污染物浓度、干湿沉降结果，考虑多种途径进入人体，进行全面健康风险评估。

3我国重点行业环评VOCs模拟研究进展

本研究收集了27本石化行业、汽车制造、钢铁等建设项目报告书，对评价等级、评价标准、数值模型、模型参数等内容进行研究，并重点分析环评中VOCs模拟存在的一些问题。

3.1石化行业环评VOCs模拟剖析

石化行业涉及的有机物质种类繁多，在开采、炼制、生产和运输等环节均有VOCs产生。石化企业管阀件和接口的跑冒滴漏、石化产品储罐运输、有机废水冷却呼吸等过程均会形成无组织VOCs排放[21-22]。本研究对11本石化项目环评报告进行分析，发现该类项目大气影响以二级评价为主，VOCs模拟因子主要选取非甲烷总烃（NMHC）和甲醇，常用模型为AERMOD，石化项目环评均对VOCs进行了一次模拟，但均未分析VOCs二次反应生成SOA的情况。

3.2汽车制造行业环评VOCs模拟剖析

汽车生产主要包括冲压、焊装、涂装、总装4个环节，VOCs污染主要产生于涂装环节。常用涂装工艺为“前处理+电泳+密封+中涂+面涂+烘干”，其中前处理工序是对车身表面进行彻底清洁。电泳工序用于在车身内外涂装底漆，所用的油漆量最大，但多采用水性环保漆，VOCs产生量很小。中途、面涂工序中一般采用传统溶剂型漆，在喷漆和烘干过程中会造成大量溶剂挥发，VOCs产生严重[23]。

本研究针对11本汽车制造环评报告进行分析，发现大部分汽车制造环评对大气环境进行三级评价，使用最多的模型为ADMS、AERMOD；二甲苯、NMHC是常用VOCs模拟因子，很多项目中未模拟苯、酮类等污染因子（模拟因子漏项）；不同报告书中选用的空气质量标准存在较大差异，其中《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）是使用最多的环境质量标准，但该标准制定时间过于久远（1979年）、限值过松（例如二甲苯限值过高、缺少NMHC限值），导致对标价值不大，且不少报告书在评价过程中使用了以色列、前苏联等地区的标准；汽车制造项目环评均对VOCs进行了一次模拟，但均未分析VOCs二次反应生成SOA的情况。

3.3钢铁行业环评VOCs模拟剖析

长流程钢铁企业工序较多，焦化、烧结、热轧、冷轧等工序均排放VOCs，成分谱有所不同[24]，焦化VOCs以乙烷、乙烯、苯等为主，烧结VOCs以甲苯、苯、二甲苯、乙苯等为主[25]，热轧VOCs以甲苯、二甲苯、苯、乙苯等为主，冷轧VOCs以甲苯、二甲苯、苯、乙苯等为主[26]。

本研究对5本钢铁行业环评报告书（均为长流程钢铁项目）分析，发现我国钢铁环评较少模拟VOCs一次污染情况，也未对VOCs二次反应产生SOA情况进行分析。

4环境影响评价VOCs模拟研究的不足及展望

4.1本研究发现同类行业环评选用的VOCs模拟因子、环境质量标准均存在一定差异，钢铁项目较少模拟VOCs一次污染物，所分析27本石化、汽车、钢铁项目环评均未模拟VOCs二次反应生成SOA情景，此外一些VOCs属于恶臭物质，相关环评报告书也未考虑模拟企业排放恶臭对周围环境影响。

4.2建议对建设项目环评VOCs的排放因子、成分谱、环境质量标准进行规范，开展VOCs模拟方法标准化应用研究，特别是加强VOCs在环评工作二次污染模拟研究，进一步推进VOCs环境人体健康工作。

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第一作者：陈金胜(1993-)，男，安徽安庆人，硕士，主要研究方向为工业源VOCs治理。

通信作者：伯鑫，高工。boxinet@gmail.com

致谢：本课题得到环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项经费的资助。