尹勤，劉明，孫文杰，潘峰，仝紀龍

(1.蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州　730000； 2.蘭州大學環(huán)境質(zhì)量評價研究中心，甘肅蘭州　730000)

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應(yīng)用臭氣強度計算化工污水處理裝置衛(wèi)生防護距離方法探討

尹勤1，劉明1，孫文杰1，潘峰2，仝紀龍2

(1.蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州730000； 2.蘭州大學環(huán)境質(zhì)量評價研究中心，甘肅蘭州730000)

化工企業(yè)污水處理裝置無組織排放的惡臭氣體污染一直是環(huán)保部門及公眾關(guān)注的焦點。因此，該類項目衛(wèi)生防護距離的確定也是環(huán)評工作的重點。以蘭州某石化公司化工污水處理裝置為例，在確定無組織排放源相關(guān)參數(shù)及氣象資料的基礎(chǔ)上，采用AERMOD模式計算惡臭污染物以《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(TJ 36—79)中的一次最高容許濃度作為標準限值時的衛(wèi)生防護距離為400 m，以臭氣強度為1.5級時的污染物濃度作為標準限值時為1 400 m，并與《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護距離》(SH 3093—1999)給出的900 m進行對比，確定采用1 400 m作為該項目的衛(wèi)生防護距離進行管理。

臭氣強度；化工污水處理裝置；AERMOD模式；衛(wèi)生防護距離

《中華人民共和國大氣污染防治法》規(guī)定，企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者在生產(chǎn)經(jīng)營活動中產(chǎn)生惡臭氣體的，應(yīng)當科學選址，設(shè)置合理的防護距離，并安裝凈化裝置或者采取其他措施，防止排放惡臭氣體。為貫徹《中華人民共和國大氣污染防治法》，控制惡臭污染物對大氣的污染，保護和改善環(huán)境，國家制訂《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—93)。此標準分年限規(guī)定了8種惡臭污染物的一次最大排放限值、復(fù)合惡臭物質(zhì)的臭氣濃度限值及無組織排放源的廠界濃度限值。但是，根據(jù)韋伯-費希納(Weber-Fechner)公式，惡臭給人的感覺量(惡臭強度I)與對人的刺激量(惡臭物質(zhì)濃度C)的對數(shù)成正比[1]。因此，在實際情況中，往往惡臭污染物廠界濃度達標，但位于衛(wèi)生防護距離之外的周邊居民點處仍頻繁發(fā)生惡臭擾民事件。

本文以蘭州某石化公司化工污水處理廠為例，在確定該化工污水處理裝置無組織排放污染源相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目所在地全年氣象資料，采用AERMOD大氣預(yù)測模式計算以《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(TJ 36—79)(以下簡稱TJ 36—79)中規(guī)定的一次最高容許濃度作為標準限值時的環(huán)境防護距離。然后結(jié)合污染物濃度與臭氣強度的經(jīng)驗關(guān)系，提出以臭氣強度為1.5級時污染物濃度作為標準限值時的環(huán)境防護距離。并與《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護距離》(SH 3093—1999)(以下簡稱SH 3093—1999)[2]中給出的距離進行對比分析，選取更為合理的防護距離，以期為今后開展污水處理廠惡臭治理及環(huán)境管理措施提供參考[3-5]。

1　臭氣強度限值

日本《惡臭防治法》規(guī)定，將臭氣強度與其濃度相結(jié)合，確定臭氣強度的限制標準值。大量采用歸納法計算得出的數(shù)據(jù)表明，惡臭的濃度和強度的關(guān)系符合韋伯定律：

Y=klg (22.4·X/M)+A

式中，Y為臭氣強度(平均值)；X為惡臭的質(zhì)量濃度，mg/m3；k和A為常數(shù)，不同物質(zhì)取值不同；M為惡臭污染物的相對分子質(zhì)量。

我國臭氣強度測定采用日本的6級強度測試法，將人對氣體的嗅覺感覺劃分為0～5級，如表1所示[6]。其中，臭氣強度1級是可以嗅出氣味存在的檢測閾值，臭氣強度2級是能夠辨認氣味性質(zhì)特征的認定閾值。臭氣強度標準值的確定，既要考慮人們對惡臭氣味的忍受程度，也要考慮產(chǎn)生惡臭的污水廠的實現(xiàn)程度。因此，確定無組織排放的臭氣強度標準值為1.5級較為合理。

表1臭氣強度分級

Table 1The classification of odor strength

臭氣強度(級)012345表示方法無臭勉強可感覺出的氣味(檢測閾值)稍可感覺出的氣味(認定閾值)易感覺出的氣味較強的氣味(強臭)強烈的氣味(劇臭)

本文以NH3和H2S作為主要的惡臭污染物[7]。根據(jù)TJ 36—79中規(guī)定的居住區(qū)大氣中有毒有害物質(zhì)的一次最高容許濃度限值確定NH3的評價標準為0.2 mg/m3，H2S的評價標準為0.01 mg/m3。根據(jù)韋伯定理，計算惡臭污染物環(huán)境質(zhì)量濃度限值與臭氣強度限值的關(guān)系，如表2所示[8-9]。

表2惡臭污染物環(huán)境質(zhì)量濃度限值與臭氣強度限值關(guān)系

Table 2The relationship between the environmental quality concentration limits of odor and the standard of odor strength

惡臭污染物名稱環(huán)境質(zhì)量濃度限值/(mg/m3)臭氣強度限值/級臭氣物質(zhì)濃度與臭氣強度的函數(shù)關(guān)系(x的單位為mg/m3)NH30.2(TJ36—79)1.400.2261.50y=1.67lg(22.4x/17)+2.38H2S0.01(TJ36—79)2.070.00251.50y=0.95lg(22.4x/34)+4.14

2　預(yù)測模式及模式參數(shù)選取

模式采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2008)推薦的進一步預(yù)測模式AERMOD模式。該模式將最新的大氣邊界層和大氣擴散理論應(yīng)用到空氣污染擴散模式中，適合無組織排放源的擴散特點，更能反映污染物的實際擴散規(guī)律[10-11]。

2.1模式參數(shù)的選取

(1)氣象數(shù)據(jù)。本次預(yù)測采用的地面常規(guī)氣象數(shù)據(jù)來自蘭州市52 889氣象觀測站臺2015年逐日逐次氣象的觀測數(shù)據(jù)，站臺所在地理位置為103.88°E、36.05°N，位于東8時區(qū)。根據(jù)地面氣象數(shù)據(jù)分析可知，該地區(qū)全年主導風向為東北方向，平均風速為1.2 m/s。

高空氣象數(shù)據(jù)采用的是距項目所在地31 km的榆中氣象觀測站高空氣象資料，符合《環(huán)境影響評價技術(shù)導則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2008)中關(guān)于高空氣象數(shù)據(jù)的使用規(guī)定。

(2)地形數(shù)據(jù)。地形高程采用中國科學院國際科學數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供的全球90 m×90 m的地形數(shù)據(jù)，如圖1所示[12]。

圖1　90 m×90 m地形數(shù)據(jù)Fig.1　90 m×90 m terrain data

(3)污染源參數(shù)及標準值。確定無組織排放面源源強的方法較多。崔積山[13]等利用地面濃度反推法，分別對兩處石化企業(yè)污水處理廠的面源無組織排放源強進行了計算。因此，采用地面濃度反推法確定本次化工污水處理裝置惡臭氣體源強[14]。地面濃度反推法以高斯模式為理論基礎(chǔ)，無組織排放源強的計算公式為：

地面濃度反推法計算參數(shù)見表3。通過計算可知，該化工污水處理裝置NH3和H2S的無組織排放源強分別為0.162 kg/h和0.015 kg/h；項目污染源排放高度為5 m，無組織面源面積為4 516 m2。

2.2預(yù)測方案

該項目位于蘭州市西固區(qū)的化工園區(qū)，預(yù)測區(qū)域以排放源(化工污水處理裝置)所在點為基準點，預(yù)測范圍為5 km×5 km，計算最終輸出的受無組織排放面源影響的評價區(qū)域內(nèi)各預(yù)測網(wǎng)格點的小時平均濃度最大值，并繪制小時平均最高濃度等值線圖，通過結(jié)合評價區(qū)域污染物濃度限值，進而確定衛(wèi)生防護范圍，從而得出衛(wèi)生防護距離[15]。

表3地面濃度反推法計算參數(shù)值

Table 3The calculated parameter values of the ground concentration reverse calculation method

污染物ρz0/(mg/m3)u10/(m/s)距離/mσz/mσy/mσy0/mH/mQc/(kg/h)NH30.055251.26792.859.9317.738.6730.162H2S0.0051.26792.859.9317.738.6730.015

3　結(jié)果對比分析

3.1計算結(jié)果

根據(jù)AREMOD模式計算結(jié)果，輸出NH3和H2S的小時濃度等值線圖，如圖2和圖3所示。

根據(jù)圖2，在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下，該項目區(qū)以外區(qū)域的NH3濃度不會超標。而在臭氣強度限值下，該項目區(qū)以外區(qū)域的NH3濃度不會超標。

根據(jù)圖3，在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下，濃度超過0.01 mg/m3處距離面源中心的最遠估算距離為320 m。而在臭氣強度限值下，濃度超過0.002 5 mg/m3處距離面源中心的最遠估算距離為1 280 m。

圖2　NH3濃度等值線圖Fig.2　NH3 concentration contour map

圖3　H2S濃度等值線圖Fig.3　H2S concentration contour map

《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》(GB/T 3840—91)規(guī)定，衛(wèi)生防護距離在100 m以內(nèi)時，級差為50 m；超過100 m，但小于或等于1 000 m時，級差為100 m；超過1 000 m以上，級差為200 m。因此，由圖2、圖3綜合分析可知，在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下，確定化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護距離為400 m；在臭氣強度限值下，確定化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護距離為1 400 m。

3.2結(jié)果分析和比較

按照計算結(jié)果，SH 3093—1999中規(guī)定的衛(wèi)生防護距離、在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下，以及在臭氣強度限值下計算出的衛(wèi)生防護距離分別為900 m、400 m、1 400 m。由此可得出如下分析：

(1)在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下計算出的衛(wèi)生防護距離為400 m。由于TJ 36—79是于1979年11月1日正式實施，施行時間較長，期間未對該標準進行相應(yīng)修訂。隨著時代進步及工業(yè)企業(yè)技術(shù)發(fā)展，公眾對環(huán)境保護的重視程度加強，工業(yè)企業(yè)裝置設(shè)備外排的污染物濃度要求進一步提高，因此TJ 36—79規(guī)定的標準限值略顯滯后。

(2)在臭氣強度限值下計算出的衛(wèi)生防護距離為1 400 m。隨著時代的進步，公眾的環(huán)境保護意識會越來越強。本項目采用臭氣強度1.5級時污染物濃度作為標準限值，具有超前考慮因素。

(3)由于西固區(qū)該石化企業(yè)乙烯生產(chǎn)能力為46萬t/a，當?shù)啬昶骄L速為1.33 m/s，因此選用SH 3093—1999在乙烯生產(chǎn)規(guī)模在30～60萬t/a之間，當?shù)亟?年平均風速小于2.0 m/s條件下給出的900 m作為該石化企業(yè)化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護距離。該方法僅適用于地處平原、微丘陵地區(qū)的石油化工企業(yè)和其他裝備的衛(wèi)生防護距離確定，尚未考慮地形條件對惡臭氣體無組織排放的影響。

4　結(jié)論

(1)本文分別考慮以TJ 36—79中規(guī)定的污染物一次最高容許濃度和以臭氣強度為1.5級時的污染物濃度作為標準限值時，計算出化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護距離，以及SH 3093—1999對石化企業(yè)衛(wèi)生防護距離確定的要求，分別確定了蘭州某石化公司化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護距離。其中，在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下計算出的衛(wèi)生防護距離為400 m；在臭氣強度限值下計算出的衛(wèi)生防護距離為1 400 m；SH 3093—1999給出的衛(wèi)生防護距離為900 m。

(2)結(jié)合臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值和臭氣強度限值，通過采用AERMOD模式計算惡臭污染物在復(fù)雜地形條件下的衛(wèi)生防護距離值，以及SH 3093—1999給出的衛(wèi)生防護距離值，并從防止石油化工企業(yè)化工污水處理裝置無組織排放的惡臭污染物對居住區(qū)造成污染、保護人體健康角度出發(fā)，確定在臭氣強度限值下，采用AERMOD計算得出的1 400 m作為化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護距離進行防護管理。

(3)合理可行的石化企業(yè)衛(wèi)生防護距離的確定，需充分了解項目詳細情況及項目周邊環(huán)境情況，進行綜合考慮。為推動區(qū)域的合理規(guī)劃、促進石化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保護人體健康，化工污水處理廠需對無組織排放的惡臭污染物進行惡臭綜合治理，有效減少惡臭污染物的無組織排放量。

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Discussion on Calculating Chemical Sewage Treatment Plant Health Protection Distance by Using Odor Intensity

YIN Qin1, LIU Ming1, SUN Wen-jie1, PAN Feng2, TONG Ji-long2

(1.College Of Atmospheric Science, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2.Environmental Quality Assessment Research Center, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

Fugitive emissions of malodorous gas pollution from chemical sewage treatment devices are the focus of attention for environmental protection departments and the public. Therefore, the emphasis thing in these projects is to determine the health protection distance of the EIA work. Taking the chemical sewage treatment device project of a petrochemical industry company in Lanzhou as an example, based on determining the related parameters of unorganized emission sources and meteorological data, by using AERMOD model and the TJ 36-79 a maximum allowable concentration limits as standard this paper calculates the health protection distance for odor pollutants is 400 m, and when the concentration of pollutants in odor intensity at Level 1.5 as the standard limits is 1 400 m. In addition, these results are compared with 900 m from Health Protection Distance for Petrochemical Industry Enterprises (SH 3093-1999). Finally, 1 400 m is determined to be the health protection distance for management in this project.

odor intensity; chemical sewage treatment plant; AERMOD model; health protection distance

2016-08-01

尹勤(1993—)，女，江蘇南京人，碩士研究生，主要研究方向為應(yīng)用氣象類環(huán)境影響評價，Email：yinqlzu@163.com

潘峰(1968—)，男，甘肅蘭州人，教授，博士，主要研究方向為環(huán)境影響評價、環(huán)境管理與規(guī)劃，Email：22399@163.com

10.14068/j.ceia.2016.05.018

X823

A

2095-6444(2016)05-0069-04