尹勤，劉明，孫文杰，潘峰，仝紀(jì)龍

(1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州　730000； 2.蘭州大學(xué)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中心，甘肅蘭州　730000)

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應(yīng)用臭氣強(qiáng)度計(jì)算化工污水處理裝置衛(wèi)生防護(hù)距離方法探討

尹勤1，劉明1，孫文杰1，潘峰2，仝紀(jì)龍2

(1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州730000； 2.蘭州大學(xué)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中心，甘肅蘭州730000)

化工企業(yè)污水處理裝置無(wú)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(diǎn)。因此，該類項(xiàng)目衛(wèi)生防護(hù)距離的確定也是環(huán)評(píng)工作的重點(diǎn)。以蘭州某石化公司化工污水處理裝置為例，在確定無(wú)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(jì)算惡臭污染物以《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ 36—79)中的一次最高容許濃度作為標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)的衛(wèi)生防護(hù)距離為400 m，以臭氣強(qiáng)度為1.5級(jí)時(shí)的污染物濃度作為標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)為1 400 m，并與《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離》(SH 3093—1999)給出的900 m進(jìn)行對(duì)比，確定采用1 400 m作為該項(xiàng)目的衛(wèi)生防護(hù)距離進(jìn)行管理。

臭氣強(qiáng)度；化工污水處理裝置；AERMOD模式；衛(wèi)生防護(hù)距離

《中華人民共和國(guó)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(yíng)者在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中產(chǎn)生惡臭氣體的，應(yīng)當(dāng)科學(xué)選址，設(shè)置合理的防護(hù)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(guó)大氣污染防治法》，控制惡臭污染物對(duì)大氣的污染，保護(hù)和改善環(huán)境，國(guó)家制訂《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—93)。此標(biāo)準(zhǔn)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(wú)組織排放源的廠界濃度限值。但是，根據(jù)韋伯-費(fèi)希納(Weber-Fechner)公式，惡臭給人的感覺(jué)量(惡臭強(qiáng)度I)與對(duì)人的刺激量(惡臭物質(zhì)濃度C)的對(duì)數(shù)成正比[1]。因此，在實(shí)際情況中，往往惡臭污染物廠界濃度達(dá)標(biāo)，但位于衛(wèi)生防護(hù)距離之外的周邊居民點(diǎn)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(wú)組織排放污染源相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目所在地全年氣象資料，采用AERMOD大氣預(yù)測(cè)模式計(jì)算以《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ 36—79)(以下簡(jiǎn)稱TJ 36—79)中規(guī)定的一次最高容許濃度作為標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)的環(huán)境防護(hù)距離。然后結(jié)合污染物濃度與臭氣強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，提出以臭氣強(qiáng)度為1.5級(jí)時(shí)污染物濃度作為標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)的環(huán)境防護(hù)距離。并與《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離》(SH 3093—1999)(以下簡(jiǎn)稱SH 3093—1999)[2]中給出的距離進(jìn)行對(duì)比分析，選取更為合理的防護(hù)距離，以期為今后開(kāi)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(qiáng)度限值

日本《惡臭防治法》規(guī)定，將臭氣強(qiáng)度與其濃度相結(jié)合，確定臭氣強(qiáng)度的限制標(biāo)準(zhǔn)值。大量采用歸納法計(jì)算得出的數(shù)據(jù)表明，惡臭的濃度和強(qiáng)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(qiáng)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(duì)分子質(zhì)量。

我國(guó)臭氣強(qiáng)度測(cè)定采用日本的6級(jí)強(qiáng)度測(cè)試法，將人對(duì)氣體的嗅覺(jué)感覺(jué)劃分為0～5級(jí)，如表1所示[6]。其中，臭氣強(qiáng)度1級(jí)是可以嗅出氣味存在的檢測(cè)閾值，臭氣強(qiáng)度2級(jí)是能夠辨認(rèn)氣味性質(zhì)特征的認(rèn)定閾值。臭氣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定，既要考慮人們對(duì)惡臭氣味的忍受程度，也要考慮產(chǎn)生惡臭的污水廠的實(shí)現(xiàn)程度。因此，確定無(wú)組織排放的臭氣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1.5級(jí)較為合理。

表1臭氣強(qiáng)度分級(jí)

Table 1The classification of odor strength

臭氣強(qiáng)度(級(jí))012345表示方法無(wú)臭勉強(qiáng)可感覺(jué)出的氣味(檢測(cè)閾值)稍可感覺(jué)出的氣味(認(rèn)定閾值)易感覺(jué)出的氣味較強(qiáng)的氣味(強(qiáng)臭)強(qiáng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.2 mg/m3，H2S的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.01 mg/m3。根據(jù)韋伯定理，計(jì)算惡臭污染物環(huán)境質(zhì)量濃度限值與臭氣強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度限值/級(jí)臭氣物質(zhì)濃度與臭氣強(qiáng)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(cè)模式及模式參數(shù)選取

模式采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2008)推薦的進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式AERMOD模式。該模式將最新的大氣邊界層和大氣擴(kuò)散理論應(yīng)用到空氣污染擴(kuò)散模式中，適合無(wú)組織排放源的擴(kuò)散特點(diǎn)，更能反映污染物的實(shí)際擴(kuò)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(cè)采用的地面常規(guī)氣象數(shù)據(jù)來(lái)自蘭州市52 889氣象觀測(cè)站臺(tái)2015年逐日逐次氣象的觀測(cè)數(shù)據(jù)，站臺(tái)所在地理位置為103.88°E、36.05°N，位于東8時(shí)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(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北方向，平均風(fēng)速為1.2 m/s。

高空氣象數(shù)據(jù)采用的是距項(xiàng)目所在地31 km的榆中氣象觀測(cè)站高空氣象資料，符合《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)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(guó)科學(xué)院國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)值。確定無(wú)組織排放面源源強(qiáng)的方法較多。崔積山[13]等利用地面濃度反推法，分別對(duì)兩處石化企業(yè)污水處理廠的面源無(wú)組織排放源強(qiáng)進(jìn)行了計(jì)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(qiáng)[14]。地面濃度反推法以高斯模式為理論基礎(chǔ)，無(wú)組織排放源強(qiáng)的計(jì)算公式為：

地面濃度反推法計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。通過(guò)計(jì)算可知，該化工污水處理裝置NH3和H2S的無(wú)組織排放源強(qiáng)分別為0.162 kg/h和0.015 kg/h；項(xiàng)目污染源排放高度為5 m，無(wú)組織面源面積為4 516 m2。

2.2預(yù)測(cè)方案

該項(xiàng)目位于蘭州市西固區(qū)的化工園區(qū)，預(yù)測(cè)區(qū)域以排放源(化工污水處理裝置)所在點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，預(yù)測(cè)范圍為5 km×5 km，計(jì)算最終輸出的受無(wú)組織排放面源影響的評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)各預(yù)測(cè)網(wǎng)格點(diǎn)的小時(shí)平均濃度最大值，并繪制小時(shí)平均最高濃度等值線圖，通過(guò)結(jié)合評(píng)價(jià)區(qū)域污染物濃度限值，進(jìn)而確定衛(wèi)生防護(hù)范圍，從而得出衛(wèi)生防護(hù)距離[15]。

表3地面濃度反推法計(jì)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(duì)比分析

3.1計(jì)算結(jié)果

根據(jù)AREMOD模式計(jì)算結(jié)果，輸出NH3和H2S的小時(shí)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(xiàng)目區(qū)以外區(qū)域的NH3濃度不會(huì)超標(biāo)。而在臭氣強(qiáng)度限值下，該項(xiàng)目區(qū)以外區(qū)域的NH3濃度不會(huì)超標(biāo)。

根據(jù)圖3，在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下，濃度超過(guò)0.01 mg/m3處距離面源中心的最遠(yuǎn)估算距離為320 m。而在臭氣強(qiáng)度限值下，濃度超過(guò)0.002 5 mg/m3處距離面源中心的最遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T 3840—91)規(guī)定，衛(wèi)生防護(hù)距離在100 m以內(nèi)時(shí)，級(jí)差為50 m；超過(guò)100 m，但小于或等于1 000 m時(shí)，級(jí)差為100 m；超過(guò)1 000 m以上，級(jí)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(hù)距離為400 m；在臭氣強(qiáng)度限值下，確定化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護(hù)距離為1 400 m。

3.2結(jié)果分析和比較

按照計(jì)算結(jié)果，SH 3093—1999中規(guī)定的衛(wèi)生防護(hù)距離、在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下，以及在臭氣強(qiáng)度限值下計(jì)算出的衛(wèi)生防護(hù)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(jì)算出的衛(wèi)生防護(hù)距離為400 m。由于TJ 36—79是于1979年11月1日正式實(shí)施，施行時(shí)間較長(zhǎng)，期間未對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)修訂。隨著時(shí)代進(jìn)步及工業(yè)企業(yè)技術(shù)發(fā)展，公眾對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度加強(qiáng)，工業(yè)企業(yè)裝置設(shè)備外排的污染物濃度要求進(jìn)一步提高，因此TJ 36—79規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值略顯滯后。

(2)在臭氣強(qiáng)度限值下計(jì)算出的衛(wèi)生防護(hù)距離為1 400 m。隨著時(shí)代的進(jìn)步，公眾的環(huán)境保護(hù)意識(shí)會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。本項(xiàng)目采用臭氣強(qiáng)度1.5級(jí)時(shí)污染物濃度作為標(biāo)準(zhǔn)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(wàn)t/a，當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)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(wàn)t/a之間，當(dāng)?shù)亟?年平均風(fēng)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(hù)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(hù)距離確定，尚未考慮地形條件對(duì)惡臭氣體無(wú)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(qiáng)度為1.5級(jí)時(shí)的污染物濃度作為標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，計(jì)算出化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護(hù)距離，以及SH 3093—1999對(duì)石化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)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(hù)距離。其中，在臭氣環(huán)境質(zhì)量濃度限值下計(jì)算出的衛(wèi)生防護(hù)距離為400 m；在臭氣強(qiáng)度限值下計(jì)算出的衛(wèi)生防護(hù)距離為1 400 m；SH 3093—1999給出的衛(wèi)生防護(hù)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(qiáng)度限值，通過(guò)采用AERMOD模式計(jì)算惡臭污染物在復(fù)雜地形條件下的衛(wèi)生防護(hù)距離值，以及SH 3093—1999給出的衛(wèi)生防護(hù)距離值，并從防止石油化工企業(yè)化工污水處理裝置無(wú)組織排放的惡臭污染物對(duì)居住區(qū)造成污染、保護(hù)人體健康角度出發(fā)，確定在臭氣強(qiáng)度限值下，采用AERMOD計(jì)算得出的1 400 m作為化工污水處理裝置的衛(wèi)生防護(hù)距離進(jìn)行防護(hù)管理。

(3)合理可行的石化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離的確定，需充分了解項(xiàng)目詳細(xì)情況及項(xiàng)目周邊環(huán)境情況，進(jìn)行綜合考慮。為推動(dòng)區(qū)域的合理規(guī)劃、促進(jìn)石化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)人體健康，化工污水處理廠需對(duì)無(wú)組織排放的惡臭污染物進(jìn)行惡臭綜合治理，有效減少惡臭污染物的無(wú)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?yàn)閼?yīng)用氣象類環(huán)境影響評(píng)價(jià)，Email：yinqlzu@163.com

潘峰(1968—)，男，甘肅蘭州人，教授，博士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)、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