石化企业在生产过程中一般都会排放出复杂的有毒、有害气体，这些气体以两种形式排除，分别为：有组织排放(高架源排放)和无组织排出。其中无组织排放大气污染物虽然量很低，但是由于其排放高度低，污染物直接进入大气层呼吸带，在其下风向会出现地面浓度超标的污染带，对周围居民产生明显的影响，危害程度较大[1-3]。因此，在石化企业厂区外设置一定宽度的卫生防护距离，可以降低有害气体对居住区的影响，保证职工、居民的安全和身体健康。
2008年，国家环境保护局颁布的标准HJ2.2-2008《环境影响评价技术导则-大气环境》(以下简称新大气导则)首次提到了“大气环境防护距离”的概念。它是指为保护人群健康，减少正常排放条件下大气污染物对居住区的环境影响，在项目厂界以外设置的环境防护距离[4]。但是，新大气导则却没有明确指出大气环境防护距离与卫生防护距离的关系以及在实际环评工作中的取舍原则，这就给石化企业的建设、环评单位对项目的环境影响评价以及环境保护部门的项目审批带来麻烦。而且，现有计算卫生防护距离的方法和标准存在一定的局限与不足，不能合理确定石化企业的卫生防护距离。针对这一问题，本文对石化企业卫生防护距离和大气环境防护距离进行深入研究，对二者的计算方法、原理等方面进行比较，为石化企业卫生防护距离的合理设置提供理论依据。
目前，我国石化企业卫生防护距离计算的方法有两种：一种是公式计算法；另一种是标准法，包括国家标准和行业标准。
(1) 公式计算法。根据GB/T 13201-1991《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》规定，卫生防护距离的计算公式为[5]：
式中: Cm为标准浓度限值；L 为工业企业所需卫生防护距离，m；r 为有害气体无组织排放源所在生产单元的等效半径，m。根据该生产单元占地面积S(m2)计算；A、B、C、D为卫生防护距离计算系数，无因次。根据工业企业所在地区近五年平均风速及工业企业大气污染源构成类别从表中查取；QC为工业企业有害气体无组织排放量可以达到的控制水平。
(2) 标准法。目前，我国工业企业卫生防护距离标准已经形成一个体系，包括国家标准和行业标准，覆盖了17个行业，共颁布了31项卫生防护距离标准[6-7]。下文中表 2和表 4引用了石化企业的行业标准SH 3093-1999《石油化工企业卫生防护距离》，该标准的距离也是根据公式(1)计算得出的[8]。
大气环境防护距离计算模式是基于SCREEN3的估算模式，采用了单源高斯烟羽扩散模式，适合模拟小尺度范围内流场一致的气态污染物的传输与扩散[9]。大气环境防护距离计算的原理是：计算不同气象条件下无组织排放源下风向各点的预测浓度，将最远超标距离作为确定大气环境防护距离的依据[10]。污染物的浓度计算公式如下：
式中：C 为接受点的污染物落地质量浓度，mg/m3；Q 为污染源排放强度，g/s；U 为排气筒出口处的风速，m/s；δy、δz 分别为y和z方向扩散参数，m；z 为接受点离地面的高度，m；He为排气筒有效高度，m；h 为混合层高度，m；k 为烟羽从地面到混合层之间的反射次数，一般≤4。
卫生防护距离与大气环境防护距离计算方法不同，因此需要的参数也不尽相同，表 1对二者所需的计算参数进行了对比。从表 1可以看出，二者计算参数设定有以下不同：
(1) 标准浓度限值不同。卫生防护距离计算的标准浓度限值采用GB 3095-1996规定的二级标准1小时平均浓度值(mg/m3)和TJ 36-1979规定的居住区一次最高容许浓度限值(mg/m3)。大气环境防护距离的标准浓度限值优先满足厂界标准的前提下，执行上述两个标准。但是，部分污染物的厂界标准的浓度限值严于GB 3095-1996、TJ 36-1979的浓度限值，如：苯的厂界标准(GB 16297-1996)浓度限值为0.40 mg/m3，而在GB 3095-1996中规定的浓度限值为2.40 mg/m3。因此，按更为严格的标准浓度限值计算出的大气环境防护距离，更能保证居民区污染物浓度不超标，确保居民的身体健康。
(2) 模拟污染源形状不同。卫生防护距离计算时，只是将无组织排放源假设成为一个圆形面源，再根据圆形的等效半径求得距离。实际上大多数的工业面源为矩形甚至长条形[11]，若简单将面源作为等效圆形处理是不科学的。而大气环境防护距离计算模式可以输入面源的实际长、宽，从而确定其形状；对于非矩形面源，将其折算成面积相等、形状相近的矩形(但不应将全部非矩形面源都折算成正方形面源，除非形状上接近正方形)，且要求面源的长、短边长比值不能超过10:1，超出这个限制的宜分成多个面源分别计算其大气环境防护距离[12]。
(3) 是否考虑污染源有效源高度。研究表明，由无组织排放源排出的大气污染物，有效源高度增大一倍，污染物的最大落地浓度就会减小2~3倍，因而污染物所需要的稀释距离也会相应减小[13]。计算卫生防护距离的各种方法都没有考虑无组织面源排放高度对卫生防护距离的影响。而大气环境防护距离计算模式需要输入有效源高度，范围为0~999 m，这是因为考虑了烟云抬升的情况，也可以处理如垃圾填埋场等无组织排放高度为负值的情况[14]。
(4) 考虑气象条件和地形条件不同。卫生防护距离计算时，仅考虑当地近五年的平均风速，不考虑其他气象条件和地形条件的影响。而大气环境防护距离计算模式内置13组风速(10 m高度处)和6种稳定度的组合，共54组气象条件情景，基本覆盖了所有可能发生的气象条件[15]。模型默认选择城市地形，还可以选择建筑物下洗和岸边熏烟的影响。
卫生防护距离是指正常生产条件下，散发无组织排放大气污染物的装置、“三废”处理设施等的边界至居住区边界的最小距离。大气环境防护距离是以污染源中心点为起点的控制距离，并结合厂区平面布置图，超出厂界以外的范围为项目大气环境防护区域。
卫生防护距离的取级规定为：在100 m以内时，级差为50 m；在100 m~1 000 m内时，级差为100 m；超过1 000 m时，级差为200 m。大气环境防护距离的取级原则为：在10 m~100 m内时，级差为10 m；在100 m~2 000 m内时，级差为50 m；超过2 000 m时，模型建议削减源强。
石化企业涉及工艺和装置较多，就其中一些典型装置用不同的方法计算其卫生防护距离和大气环境防护距离，并对计算结果进行比较，具体见表 2。
从表 2可以看出，大部分标准法查得卫生防护距离比其他两种方法计算出的距离大很多。这是因为标准法中的距离是根据90年代国内几个典型石化企业的生产情况求得，随着石化企业的发展，各生产单元无组织排放量已经得到大量削减[16]。如表 2中无组织排放出苯、苯乙烯的源强分别为0.073 kg/h、0.19 kg/h；而标准法中苯、苯乙烯的无组织排放源强分别为0.6179 kg/h、0.79 kg/h[8]，远远大于现阶段石化企业的排放量。因此，运用同样的方法(公式(1))，标准法查得的距离分别为：150 m、1 200 m，而公式法求得距离仅为：50 m、500 m。表 2中常减压装置标准法查得的卫生防护距离较其他方法较小，这是因为在SH 3093-1999《石油化工企业卫生防护距离》中没有涉及到该装置卫生防护距离的计算，而是规定标准中未涉及的装置卫生防护距离不得小于150 m，因此从保护人体健康的角度出发，确定常减压装置的卫生防护距离为150 m。
研究表明，卫生防护距离扩大一倍，须拆迁安置的控制范围扩大近三倍[17]。卫生防护距离计算结果取级级差较大，在一定情况下其取级原则不科学。如表 2中硫磺回收装置，运用公式法计算的距离为302.6 m，根据取级原则确定该装置的卫生防护距离为400 m，该距离比实际计算的距离大了近100 m。而大气环境防护距离计算模式在该计算结果范围的取级级差仅为50 m，在确保居民健康的前提下，所涉及拆迁范围小，节约了土地资源，同时也降低了企业的成本。
综上所述，大气环境防护距离计算模式是基于先进大气扩散理论的模式，有更为严格的标准浓度限值，并且适用于石化企业的各种装置，计算过程中考虑了面源的形状、有效源高度以及更多的气象条件和地形条件的影响，计算结果取级也较科学。
某化肥厂以天然气为原料，主要生产产品为尿素和复合肥。改扩建工程主要涉及合成氨装置、尿素装置和液氨储罐。化肥厂厂区处于中高纬度地区温带半湿润和半干旱的季风气候区，主要气候特点是四季分明，季节变化明显。由当地气象局近30年的气象统计资料可知，该地区平均气温为9.0 ℃，平均风速为2.1 m/s，年主导风向为N。距离改扩建项目最近的环境敏感保护目标是在厂区NW方向600 m处的的居民区，以及厂区SE方向700 m处的居民区，其余环境保护目标与厂区的距离都在1 000 m以上。化肥厂的主要特征污染物就是NH3[18-19]，改扩建项目主要生产装置NH3无组织排放的清单见表 3。
根据表 3的数据，分别计算以上各装置的卫生防护距离和大气环境防护距离，并进行比较，结果见表 4。
新大气导则中推荐AERMOD模型作为进一步预测污染物扩散的模型。该模型由美国环保局联合美国气象学会共同研制开发，由于其能较好地反应污染物的实际扩散情况，被广泛应用于大气污染物的扩散模拟中[20-22]。本文使用AERMOD模型分别计算400 m、450 m和600 m距离处特征污染物NH3的最大浓度，计算结果如图 1所示。
由图 1可以看出，以TJ36-1979标准中规定的0.20 mg/m3作为NH3的浓度限值，400 m处NH3浓度超标，450 m、600 m处都没有出现NH3浓度超标的情况。为了避免土地资源浪费，最终确定化肥项目的卫生防护距离为450 m。
为了验证确定450 m的卫生防护距离的合理性，在厂区的上风向(1#)和下风向(2#、3#)监测大气中NH3的浓度，具体结果见表 5。
由表 5可以看出，50 m、450 m、600 m处现场大气监测中NH3浓度都没有超过0.20 mg/m3的标准，而且都较AERMOD模型预测的结果小。此外，在450 m的范围以内没有环境保护目标敏感点。这就表明设定450 m的卫生防护距离既可以满足保证人体健康的要求，又不会浪费国土资源。因此，该化肥项目的卫生防护距离设定为450 m是科学合理的。
经过多年的实践工作，现行卫生防护距离计算的方法和标准暴露出一些缺点和不足，如：源强统计结果较老，没有考虑无组织排放源的形状、高度以及当地气象条件和地形条件的影响等。而新大气导则提出的大气环境防护距离在标准浓度限值的选取、模拟污染源形状、是否考虑气象条件和地形条件等方面与卫生防护距离存在着差异，可以解决卫生防护距离计算方法存在的缺陷。大气环境防护距离计算模式凭借其独有的优势对卫生防护距离的计算进行完善与改进，已经慢慢被科研及环评工作者所认可。
目前用于计算卫生防护距离的方法和标准多为国家标准，而新大气导则仅为行业标准，大气环境防护距离的提出并没有否定卫生防护距离，二者并存的现象给实际的环评工作带来了麻烦。在目前的环评工作中，对于二者的选取主要有两种倾向：一是选取二者中最大值作为企业的防护距离；二是仍以卫生防护距离计算为主，大气环境防护距离计算仅作参考。这两种方法都不能很好地发挥新大气导则的作用，也不能从根本上解决卫生防护距离合理确定的问题。在现阶段的环评工作中，首先要认清现行方法和标准的缺陷，从项目的实际情况出发，充分考虑项目的特点、周边环境等因素，并且运用其他先进大气扩散模型以及现场实测数据确定合理的项目防护距离，而不是片面地选取任意一种方法得到的结果作为企业的防护距离，以确保企业的“经济效益、环境效益和社会效益”三效益同时实现。
2011, Vol. 40 Issue (4): 419-423
2011, Vol. 40 Issue (4): 419-423