某研究院濃縮技術(shù)研發(fā)中心事故狀態(tài)下氟化物大氣環(huán)境影響預(yù)測方法研究

張逸茹

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2020）01-155-02

摘 要 本文根據(jù)國家環(huán)境影響評價(jià)的相關(guān)法規(guī)及評價(jià)導(dǎo)則，結(jié)合項(xiàng)目的周邊環(huán)境概況及項(xiàng)目所涉及的物料，選取并優(yōu)化了適合本院xfs號(hào)lx機(jī)項(xiàng)目事故狀態(tài)下的大氣擴(kuò)散預(yù)測模型。為院xfs號(hào)lx機(jī)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)前期本底的特征污染物監(jiān)測、環(huán)境影響評價(jià)中事故狀態(tài)下大氣污染物預(yù)測及該項(xiàng)目建成后日常環(huán)境監(jiān)測布點(diǎn)等提供技術(shù)支持；同時(shí)，為XX院號(hào)a機(jī)項(xiàng)目煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃定提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 事故狀態(tài)下 氟化物環(huán)境影響 預(yù)測方法

一、本項(xiàng)目污染源分析

xfs號(hào)lx機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目主要從事lx分離性能、壽命考核和可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)按不提取產(chǎn)品設(shè)計(jì)，24小時(shí)常年運(yùn)轉(zhuǎn)，其試驗(yàn)物料為氟化物，設(shè)計(jì)為百公斤級。設(shè)施排放污染物主要為大氣污染物，排放的污染物經(jīng)99%高效過濾器處理后，經(jīng)排氣筒集中后有組織的排放，類比院現(xiàn)有的設(shè)施，產(chǎn)生的大氣污染物在正常工況下能夠做到達(dá)標(biāo)排放。

從環(huán)評角度來說，非正常工況、事故狀況下對周邊環(huán)境的影響分析既是環(huán)境影響評價(jià)不可缺少的部分，又是核相關(guān)行業(yè)中公眾及科研人員關(guān)注的重中之重。

經(jīng)過前期與國家相關(guān)部門的咨詢與溝通，根據(jù)《國防科技工業(yè)軍用核設(shè)施安全監(jiān)管分類辦法》我院不排除預(yù)計(jì)采用的介質(zhì)的核素x低于Ⅲ類閥值，應(yīng)按低于Ⅲ類進(jìn)行管理。但該辦法第十三條規(guī)定：對于操作和貯存ab6的軍工核設(shè)施，分類時(shí)應(yīng)考慮ab6的化學(xué)毒性，故國家相關(guān)部門決定對我院本項(xiàng)目采用Ⅲ類安全監(jiān)管。故本文涉及到ab6的研究重點(diǎn)為其化學(xué)毒性方面的預(yù)測分析。重點(diǎn)針對氟化物的化學(xué)毒性開展預(yù)測分析。

二、事故狀況下氟化物的大氣環(huán)境影響預(yù)測

xfs號(hào)lx機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)物料為百公斤級，本研究假定在線物料量為600kg，參考《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 征求意見稿》中泄漏液體蒸發(fā)量估算值，泄漏液體物質(zhì)為極易揮發(fā)物質(zhì)時(shí)，蒸發(fā)量占泄露量的百分比為90～100%。在xfs號(hào)lx機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目中，物料在一定壓力下運(yùn)行，物料在料罐中運(yùn)行時(shí)處于氣體狀態(tài)，根據(jù)環(huán)境影響評價(jià)偏保守原則，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重事故時(shí)假定物料瞬時(shí)全部泄露，那么事故狀態(tài)下的污染源強(qiáng)可設(shè)定為600kg。

（一）采用無毒氟化物的環(huán)境影響預(yù)測評價(jià)

由《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—大氣環(huán)境》（HJ/T2.2-2008）可知，對于小于1小時(shí)短期非正常排放，可采用SCREEN3估算模式進(jìn)行預(yù)測。按預(yù)測模式的模擬現(xiàn)實(shí)可分為點(diǎn)源、面源、線源、體源四種類別。本研究的事故排放為面源排放，事故排放物料量以600kg計(jì)，試驗(yàn)中心建筑面積為18337 m2，占地面積為14181 m2。本項(xiàng)目擬建于試驗(yàn)中心大廳（大廳為一層結(jié)構(gòu)），排放高度以10m計(jì)，長度為148m，寬度為96m。

估算模式所需的面源參數(shù)有：

1.面源排放速率：42.3g/s？m2；

2.排放高度：10m；

3.長度：148m，寬度96m。

本項(xiàng)目距污染源中心點(diǎn)5km內(nèi)的范圍內(nèi)均為平原，為簡單地形，故不需要考慮提供地形參數(shù)；周圍也無建筑物可能導(dǎo)致建筑物下洗，不需要提供建筑物參數(shù)，同時(shí)本項(xiàng)目距離海岸或?qū)掗熕w岸邊較遠(yuǎn)，不會(huì)導(dǎo)致岸邊熏煙，不需要提供岸邊熏煙參數(shù)。

經(jīng)估算模式SCREEN3預(yù)測計(jì)算，使用無毒氟化物作為物料時(shí)，當(dāng)本項(xiàng)目發(fā)生突發(fā)事故瞬間泄露時(shí)，本項(xiàng)目事故排放在E類穩(wěn)定度下，污染物在下風(fēng)向的最大落地濃度為286500m g/m3，距離事故源為163m。本項(xiàng)目最近的環(huán)境敏感目標(biāo)東南方向3km處的軍糧城居民聚集區(qū)的環(huán)境濃度為8284m g/m3。

由上述預(yù)測結(jié)果可知，應(yīng)在下風(fēng)向163m處設(shè)點(diǎn)監(jiān)測，由于冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，春季和秋季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，則應(yīng)在本項(xiàng)目東南、西北及東北163m左右處結(jié)合周邊監(jiān)測可達(dá)性設(shè)點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，由于全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，因此還應(yīng)該在本項(xiàng)目下風(fēng)向163m左右處加密監(jiān)測；本項(xiàng)目的環(huán)境敏感目標(biāo)位軍糧城居民聚集區(qū)，因此應(yīng)在軍糧城居民聚集區(qū)設(shè)點(diǎn)監(jiān)測。

（二）采用有毒氟化物時(shí)的環(huán)境影響預(yù)測評價(jià)

1.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型及優(yōu)化

若使用介質(zhì)為有毒物質(zhì)，則該物質(zhì)泄漏后的后果計(jì)算，應(yīng)使用《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/T169-2004）中的有毒有害物質(zhì)在大氣中的擴(kuò)散相關(guān)規(guī)定。由于本項(xiàng)目物料泄漏屬于嚴(yán)重事故，故必須在短期內(nèi)得到控制，不會(huì)存在長時(shí)間排放問題，故采用多煙團(tuán)模式。該模型模擬機(jī)理簡單，易于理解，運(yùn)算量較小，可以模擬瞬時(shí)泄露，由于提出時(shí)間早，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多，因而較為成熟，并且具有使用方便、計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值能較好吻合等特點(diǎn)，使其得到廣泛的應(yīng)用。

使用該模式的變型，可以計(jì)算多煙團(tuán)釋放對環(huán)境的疊加影響。由于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)污染源一般為瞬時(shí)源或者為突發(fā)源，不同的預(yù)測時(shí)刻下，煙團(tuán)與計(jì)算點(diǎn)的相對坐標(biāo)不同，需要根據(jù)預(yù)測時(shí)刻對煙團(tuán)坐標(biāo)進(jìn)行修正，采用修正模型，通過對時(shí)間變量的控制，就可以很好的解決該問題，并解決了在預(yù)測時(shí)刻時(shí)部分煙團(tuán)是否釋放的問題。進(jìn)一步增強(qiáng)了計(jì)算的合理性和準(zhǔn)確性。

穩(wěn)定度提級按照《制定地方大氣污染物排放保準(zhǔn)的技術(shù)方法》（GB/T3840-91） 中附錄D 的規(guī)定：

①平原地區(qū)農(nóng)村及城市遠(yuǎn)郊區(qū)的擴(kuò)散參數(shù)選取，A、B、C 級穩(wěn)定度由表D1 和表D2 直接查算，D、E 和F 級穩(wěn)定度則需向不穩(wěn)定方向提半級后查算。

②工業(yè)區(qū)或城區(qū)中點(diǎn)源的擴(kuò)散參數(shù)選取，工業(yè)區(qū)A 和B 級不提級，C 級升到B 級，D、E 和F 級向不穩(wěn)定方向提一級后查算。

③丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，其擴(kuò)散參數(shù)選取方法同城市工業(yè)區(qū)。

X、Y、Z方向的擴(kuò)散參數(shù)σX、、σy及σz的選取對預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因此參數(shù)的正確選擇對整個(gè)預(yù)測的準(zhǔn)確度產(chǎn)生關(guān)鍵影響，能為企業(yè)能夠科學(xué)、準(zhǔn)確、有效的制定應(yīng)急預(yù)案提供有效的參考和指導(dǎo)。風(fēng)速和大氣穩(wěn)定度影響了X、Y、Z方向的擴(kuò)散參數(shù)，而風(fēng)速對大氣穩(wěn)定度又起到一定的決定作用。通常假設(shè)σx、等于σy，因?yàn)樵冢╔，Y）平面內(nèi)氣流的擾動(dòng)和湍流擴(kuò)散能力相差不多，近乎相等。大氣污染物的擴(kuò)散與穩(wěn)定度狀況密切相關(guān)，本評價(jià)用云量和太陽高度角確定太陽輻射等級數(shù)，再由太陽輻射等級與地面風(fēng)速劃分穩(wěn)定度等級。

本研究的事故排放為面源排放，而上述優(yōu)化后的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模式為點(diǎn)源排放模式，因此應(yīng)繼續(xù)對模式進(jìn)行優(yōu)化，本研究對于面源采用虛擬點(diǎn)源進(jìn)行修正，也就是把面源看作由無數(shù)個(gè)點(diǎn)源組成。通過對擴(kuò)散參數(shù)的修正來計(jì)算面源，擴(kuò)散參數(shù)修正公式如下：

ay=ay+ ls /4.3

az=az+h/2.15

式中： ls——面源邊長，m；

H——面源高度，m。

2.模型所需氣象資料

項(xiàng)目所在地多年統(tǒng)計(jì)氣象資料：年平均風(fēng)速4.2m /s、最大風(fēng)速15.3m /s、盛行風(fēng)向SW、年平均氣溫12.2℃、極端最高氣溫40.9℃、極端最低氣溫-15.3℃、年平均相對濕度63.7%、年平均日照時(shí)數(shù)2770.4h。大氣穩(wěn)定度以D類為主。

3.氣象條件的選擇

氣象條件的選擇主要考慮不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件和出現(xiàn)頻率較高的氣象條件。因此本次環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測選取風(fēng)速4.2m /s，SW方向，分別計(jì)算穩(wěn)定度B、D、E情況下，事故排放對周圍環(huán)境的影響。

4.預(yù)測結(jié)果

本文分別預(yù)測了有風(fēng)條件下，穩(wěn)定度為B、D、E的氣象條件下，事故發(fā)生后5分鐘、10分鐘、20分鐘、25分鐘的氟化物各距離落地濃度。

本文以假定的毒理特性指標(biāo)來模擬其事故排放的各距離落地濃度分布。其中，假定半致死濃度為10000m g/m3，短時(shí)間接觸濃度為50 m g/m3。

預(yù)測結(jié)果表明：事故排放的氟化物最大落地濃度超過短時(shí)間接觸容許濃度50m g/m3的下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離為7000m，出現(xiàn)在有風(fēng)、E類穩(wěn)定度下。氟化物最大落地濃度超過短時(shí)間接觸容許濃度50m g/m3的最大面積為25分鐘 B類穩(wěn)定度下風(fēng)向時(shí)10.49km2的區(qū)域，此區(qū)域應(yīng)劃為煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)；氟化物最大落地濃度超過半致死濃度的最遠(yuǎn)距離為下風(fēng)向至事故裝置點(diǎn)1160m范圍內(nèi)，出現(xiàn)在10分鐘時(shí)有風(fēng)、E類穩(wěn)定度下。區(qū)域最大為D類穩(wěn)定度下的0.17km2。因而發(fā)生氟化物泄露事故后將會(huì)影響到本廠區(qū)及相鄰的的企業(yè)、居住區(qū)，在此范圍內(nèi)不應(yīng)有居民區(qū)。應(yīng)根據(jù)不同時(shí)間不同濃度對應(yīng)的最遠(yuǎn)距離設(shè)定事故狀態(tài)下的應(yīng)急監(jiān)測點(diǎn)，按照濃度分布，在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)設(shè)置本底及常規(guī)監(jiān)測點(diǎn)。當(dāng)事發(fā)時(shí)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)時(shí)，距離本項(xiàng)目最近的環(huán)境敏感目標(biāo)，東南方向3km距離處的軍糧城居住聚集區(qū)的落地濃度最大為3437.97m g/m3。

三、結(jié)語

通過本文研究，得到了XXX研究院濃縮技術(shù)研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目事故狀態(tài)下氟化物大氣環(huán)境影響預(yù)測方法，氟化物的最大落地濃度及濃度最大分布區(qū)域，為環(huán)境影響評價(jià)前本底監(jiān)測、運(yùn)營期的常規(guī)監(jiān)測及事故發(fā)生后應(yīng)急監(jiān)測布點(diǎn)的空間分布提供依據(jù)，為該項(xiàng)目煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃定提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]國防科技工業(yè)軍用核設(shè)施安全監(jiān)管辦公室.國防科技工業(yè)軍用核設(shè)施安全監(jiān)管分類辦法[s].軍核監(jiān)[2011]8號(hào).

[2]李時(shí)蓓，戴文楠.對環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測中不利氣象條件的研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2007（5）：26- 30.