崔克強(qiáng) 呂連宏 羅宏

惡臭污染預(yù)測(cè)的新方法

崔克強(qiáng) 呂連宏 羅宏

介紹了惡臭污染預(yù)測(cè)的一個(gè)新方法。惡臭污染的最主要特征量是關(guān)心點(diǎn)上1 h時(shí)間段是否發(fā)生惡臭（惡臭時(shí)）及全年惡臭時(shí)出現(xiàn)的頻率。通過(guò)對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)周邊地區(qū)惡臭時(shí)狀況分析，可以判斷惡臭的影響范圍可以到2 000 m以外。一個(gè)典型工業(yè)惡臭的煙囪排放周邊地區(qū)惡臭時(shí)狀況分析表明，惡臭影響的范圍在1 800 m以外。

惡臭；惡臭時(shí)； 拉格朗日計(jì)算方法

惡臭污染是僅次于噪聲的6大公害之一，有關(guān)惡臭污染的來(lái)源、形成、特點(diǎn)和規(guī)律、主要排放方式及國(guó)內(nèi)外惡臭污染的主要概況和防治措施荊治嚴(yán)[1]已作過(guò)介紹。劉詠[2]就城市景觀河道惡臭污染做了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，研究我國(guó)城市景觀河道惡臭污染現(xiàn)狀，找到了主要污染因子，并就治理技術(shù)提出了一些解決方案。袁學(xué)銘[3]介紹了畜禽養(yǎng)殖行業(yè)惡臭污染的特性及控制技術(shù)。王亙等[4]做了國(guó)內(nèi)外惡臭污染控制方面的研究。王海英等[5]介紹了石家莊市惡臭污染現(xiàn)狀檢測(cè)與分析的情況。林玉環(huán)等[6]完成了九江市“11·29”大氣惡臭事故的評(píng)價(jià)報(bào)告。

惡臭污染的定量分析，特別是惡臭物質(zhì)對(duì)周圍的影響范圍需要通過(guò)模式計(jì)算確定。有關(guān)惡臭物質(zhì)擴(kuò)散計(jì)算的一些模塊，張曉嵐[7]曾做過(guò)介紹，其主要計(jì)算方法都是從高斯擴(kuò)散模型出發(fā)。本文主要介紹預(yù)測(cè)惡臭的一種新的思路和方法，回答一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中最關(guān)心的問(wèn)題，惡臭污染源周邊地區(qū)任何一點(diǎn)在上1 h到底是否發(fā)生了惡臭污染？也就是說(shuō)在這一點(diǎn)上惡臭時(shí)是否存在？一年中在這一點(diǎn)上發(fā)生惡臭時(shí)的小時(shí)次數(shù)，也就是惡臭時(shí)年發(fā)生率是多少？

1 惡臭時(shí)的預(yù)測(cè)

惡臭污染的預(yù)測(cè)，最基礎(chǔ)的是確認(rèn)惡臭時(shí)。如果1 h內(nèi)有超過(guò)6 min的時(shí)間惡臭物質(zhì)濃度大于1 OU，則該小時(shí)為惡臭時(shí)。也就是說(shuō)，需要預(yù)測(cè)并判斷在1 h內(nèi)是否有10 %以上的時(shí)間出現(xiàn)惡臭，如果是，則確認(rèn)該小時(shí)為惡臭時(shí)。惡臭預(yù)測(cè)的主要特征量為年惡臭小時(shí)發(fā)生的頻率。

由于惡臭小時(shí)的有效時(shí)段以6 min為基礎(chǔ)，用濃度的小時(shí)均值不能確認(rèn)惡臭小時(shí)。因此除了確定濃度的小時(shí)均值，還要確定1 h內(nèi)各個(gè)濃度出現(xiàn)的頻率f(c)，及發(fā)生的概率P0(c )。最終確定臭味出現(xiàn)的頻率：

概率P0(c )以“S-曲線”形式自動(dòng)確定，“S-曲線”符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布：

惡臭預(yù)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題是確認(rèn)1 h內(nèi)各個(gè)濃度出現(xiàn)的頻率f(c)。描述其特性的主要特征量為：

德國(guó)在其大氣清潔法規(guī)范的拉格朗日擴(kuò)散模式[8]基礎(chǔ)上增加了惡臭擴(kuò)散計(jì)算的方法和模塊[9]。由于德國(guó)拉格朗日擴(kuò)散計(jì)算方法比較先進(jìn)，并且在德國(guó)各個(gè)州有惡臭污染排放的相關(guān)項(xiàng)目審批中得到很好的應(yīng)用，因而本文將利用德國(guó)開(kāi)發(fā)的拉格朗日擴(kuò)散模式并通過(guò)2個(gè)個(gè)例說(shuō)明惡臭污染源周邊區(qū)域惡臭時(shí)發(fā)生的狀況。

2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)周邊地區(qū)惡臭時(shí)狀況分析

在眾多的惡臭污染源中，畜禽養(yǎng)殖業(yè)所造成的惡臭污染是可觀的一部分。畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生了大量的糞尿、廢棄物和有機(jī)廢水等污染。據(jù)報(bào)道，1個(gè)萬(wàn)只養(yǎng)雞場(chǎng)年產(chǎn)糞便360 t，1個(gè)百頭養(yǎng)牛場(chǎng)年產(chǎn)糞便680 t，1個(gè)千頭養(yǎng)豬場(chǎng)年產(chǎn)糞便達(dá)2 000 t。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的惡臭物質(zhì)大上百種，其中濃度較高，對(duì)人畜影響最大的惡臭氣體主要是氨和硫化氫。

我們選擇華中某地的一個(gè)豬飼養(yǎng)場(chǎng)，其豬圈占地大約為120×200 m2， 其惡臭總釋放量為12 000 OU/s。擴(kuò)散計(jì)算我們用德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的拉格朗日擴(kuò)散模式Austal2000G，預(yù)測(cè)計(jì)算區(qū)域我們?nèi)? 000 m×4 000 m，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)距取20 m。

圖1給出了計(jì)算區(qū)域內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)上惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率，也就是預(yù)測(cè)的一年中各網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)上發(fā)生的惡臭小時(shí)之和除以一年中小時(shí)總數(shù)8 760 h。在當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向東北風(fēng)和次主導(dǎo)風(fēng)向西南風(fēng)的下風(fēng)向都出現(xiàn)惡臭時(shí)年均頻率較高的區(qū)域。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于15 %的高頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源800 m的地方。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于10 %的頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源1 200 m的地方。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于5 %的頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源2 000 m的地方。

圖1 年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（總釋放量為12000 OU/s，單位為%）

圖2和圖3為當(dāng)考慮豬飼養(yǎng)場(chǎng)惡臭總釋放量分別減為8 000和4 000 OU/s時(shí)計(jì)算區(qū)域內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)上惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率。當(dāng)總釋放量減為8 000 OU/s時(shí)，惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于15 %的高頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源600 m的地方。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于10 %的頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源900 m的地方。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于5 %的頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源1 600 m的地方。

當(dāng)總釋放量減為4 000 OU/s時(shí)，惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于15 %的高頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源400 m的地方。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于10 %的頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源600 m的地方。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于5 %的頻率區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在距離源1 000 m的地方。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)惡臭污染的排放標(biāo)準(zhǔn)差異比較大。在德國(guó)惡臭污染的指標(biāo)值是惡臭時(shí)的年均頻率。當(dāng)關(guān)心點(diǎn)的惡臭時(shí)的年均頻率大于6 %時(shí)，惡臭排放源所屬企業(yè)有義務(wù)改進(jìn)、減少惡臭排放，并對(duì)受害者進(jìn)行賠償。

圖2 年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（總釋放量為8 000 OU/s，單位為%）

圖3 年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（總釋放量為4 000 OU/s，單位為%）

通過(guò)我們以上計(jì)算家禽飼養(yǎng)場(chǎng)惡臭污染的排放是不可避免的，有必要像美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)一樣，建立居民區(qū)要保證離開(kāi)飼養(yǎng)場(chǎng)一定的防護(hù)距離。

3 工業(yè)惡臭的煙囪排放周邊地區(qū)惡臭時(shí)狀況分析

在工業(yè)上惡臭通常是通過(guò)煙囪排放的，我們國(guó)內(nèi)的情況一般是按排放量大小確定煙囪的高度。我們選擇一個(gè)典型的個(gè)例，計(jì)算一個(gè)煙囪50 m高、出口流速16.3 m/s、惡臭排放量分別為60 000 OU/s、40 000 OU/s和20 000 OU/s情況下年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（圖4～圖6）和年均惡臭物質(zhì)濃度分布。

結(jié)果表明，通過(guò)煙囪的高架排放惡臭所造成的年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率最大值明顯小得多，但高值區(qū)域明顯擴(kuò)大。惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于5 %的頻率區(qū)域在2 000 m以外（圖4～圖5）。當(dāng)總排放量減為20 000 OU/s， 惡臭時(shí)發(fā)生的年均頻率大于5 %的頻率區(qū)域在1 500 m以內(nèi)。

圖4 年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（總釋放量為60 000 OU/s）

圖5 年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（總釋放量為40000 OU/s）

4 結(jié)論

惡臭污染的問(wèn)題，越來(lái)越受到各國(guó)的重視。但在惡臭污染擴(kuò)散的定量評(píng)估方面沒(méi)有明確的方法和經(jīng)驗(yàn)。

本文介紹了惡臭污染預(yù)測(cè)的一個(gè)新方法。作為惡臭污染的最主要特征量是關(guān)心點(diǎn)上1 h時(shí)間段是否發(fā)生惡臭（惡臭時(shí)）及全年惡臭時(shí)出現(xiàn)的頻率。

通過(guò)對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)周邊地區(qū)惡臭時(shí)狀況分析，可以判斷惡臭的影響范圍可以到2 000 m以外。從而說(shuō)明在盡可能減小惡臭排放的情況下，居民區(qū)離開(kāi)禽飼養(yǎng)場(chǎng)是需要一定的防護(hù)距離。

圖6 年均惡臭時(shí)發(fā)生的頻率（總釋放量為20 000 OU/s）

一個(gè)典型工業(yè)惡臭的煙囪排放周邊地區(qū)惡臭時(shí)狀況分析表明，惡臭通過(guò)煙囪排放極大地減小了周邊地區(qū)全年惡臭時(shí)出現(xiàn)的頻率，但在惡臭排放量比較大的情況下，惡臭影響的范圍會(huì)在1 800 m以外。

[1] 荊治嚴(yán).惡臭與惡臭污染[J].環(huán)境科學(xué)叢刊，1990，11(4):1-11.

[2] 劉詠.我國(guó)城市景觀河道惡臭污染監(jiān)測(cè)及治理方法的初步研究[C].第二屆全國(guó)惡臭污染測(cè)試及控制技術(shù)研討會(huì)論文集，2005.

[3] 袁學(xué)銘.畜禽養(yǎng)殖行業(yè)惡臭污染控制新技術(shù)[C].第二屆全國(guó)惡臭污染測(cè)試及控制技術(shù)研討會(huì)論文集，2005.

[4] 王亙，王宗爽，王元?jiǎng)?，等，?guó)內(nèi)外惡臭污染控制技術(shù)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012,35(12):147-151.

[5] 王海英，郭琳.石家莊市惡臭污染現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)與分析[C].第二屆全國(guó)惡臭污染測(cè)試及控制技術(shù)研討會(huì)論文集，2005.

[6] 林玉環(huán)，莫旱宏，陳宗良.九江市“11·29”大氣惡臭事故評(píng)價(jià)報(bào)告[J].環(huán)境科學(xué)叢刊，1990(1):1-4.

[7] 張曉嵐.惡臭污染擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型[C].第二屆全國(guó)惡臭污染測(cè)試及控制技術(shù)研討會(huì)論文集，2005.

[8] VDI 3945 Blatt 3: Umweltmeteorologie: Atmosph?rische Ausbreitungsmodelle，Partikelmodell[S].

[9] VDI 3788 Blatt 1: Ausbreitung von Geruchstoffen in der Atmosph?re –Grundlagen[S].

X828

A

2095-6444-2014(01)-0046-03

羅宏，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院研究員；崔克強(qiáng)，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院副研究員；呂連宏，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院高級(jí)工程師。