王文美,張 妍,荊博宇,張志揚(yáng),楊偉華,3,耿 靜

污水處理廠惡臭煩惱模擬評(píng)價(jià)及驗(yàn)證

王文美1,張 妍2,3*,荊博宇2,張志揚(yáng)2,楊偉華2,3,耿 靜2

(1.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300350；2.天津市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院,國(guó)家環(huán)境保護(hù)惡臭污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300191；3.天津迪蘭奧特環(huán)?？萍奸_(kāi)發(fā)有限公司,天津 300191)

對(duì)某污水處理廠有組織及無(wú)組織源進(jìn)行采樣調(diào)查,基于CALPUFF模型建立惡臭評(píng)價(jià)因子,對(duì)惡臭擾民進(jìn)行判定,并通過(guò)廠界樣品檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè)、居民問(wèn)卷調(diào)查3種方式對(duì)模型模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證.結(jié)果表明,該污水處理廠在各個(gè)方向上的惡臭防護(hù)距離為200～1450m,周邊8個(gè)居民區(qū)可引起惡臭煩惱;模型模擬得到的臭氣濃度及居民煩惱與驗(yàn)證結(jié)果一致性較好.

空氣質(zhì)量模型；問(wèn)卷調(diào)查；惡臭影響質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(OIC)；惡臭煩惱；防護(hù)距離

2018年中國(guó)城市污水年排放量為521.1億m3,城市污水處理廠數(shù)量為2321座,較2017年增加112座[1].污水處理廠內(nèi)部排污節(jié)點(diǎn)多,而這些排污節(jié)點(diǎn)多數(shù)為面源污染,其管理及收集處理大多不到位導(dǎo)致惡臭污染嚴(yán)重.并且,一般污水處理廠建設(shè)年限較早且規(guī)劃時(shí)距離城市較遠(yuǎn),但隨著城市的擴(kuò)張,周邊不乏有大規(guī)?；蚋邫n居住區(qū),其惡臭污染直接導(dǎo)致與周邊居民的矛盾激化引發(fā)投訴,不利于社會(huì)的安定和諧[2].

目前,我國(guó)城鎮(zhèn)污水惡臭管理主要依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)[3]、《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)[4]、《城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程》(CJJT 243-2016)[5]等,這些標(biāo)準(zhǔn)政策從排放源及廠界排放限值、惡臭處理設(shè)施設(shè)計(jì)、污水廠內(nèi)部設(shè)施管理等角度來(lái)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行管理.但對(duì)于惡臭擾民事件,涉及到敏感點(diǎn)的惡臭污染狀況,需考慮敏感點(diǎn)進(jìn)一步判定惡臭污染的環(huán)境影響[6].

歐洲、加拿大、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的惡臭影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則中推薦了CALPUFF作為惡臭法規(guī)模型,并分別驗(yàn)證了其在惡臭污染擴(kuò)散模擬評(píng)價(jià)中的有效性.CALPUFF為拉格朗日煙團(tuán)模型,可應(yīng)用于非穩(wěn)態(tài)及非均勻的氣象流場(chǎng).Sironi等[7]在調(diào)查了意大利北部4個(gè)煉油廠惡臭排放的基礎(chǔ)上,對(duì)比CALPUFF模型模擬結(jié)果及惡臭問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果,顯示其惡臭發(fā)生頻次的一致性可達(dá)86.5%;Laura等[8]對(duì)比了CALPUFF模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的惡臭發(fā)生頻率,同樣顯示兩者有較好的一致性.

我國(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)主要依據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》(HJ2.2-2018)[9],其中推薦的中小尺度空氣質(zhì)量模型包括CALPUFF模型,但導(dǎo)則中缺少惡臭評(píng)價(jià)因子相關(guān)規(guī)定,對(duì)于模型的可靠性及適用性方面研究仍較為欠缺.并且,對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)來(lái)說(shuō),我國(guó)也缺少相應(yīng)的惡臭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(OIC)來(lái)評(píng)判惡臭擾民情況[10].我國(guó)惡臭評(píng)價(jià)方法與質(zhì)量管理目標(biāo)的缺失造成無(wú)法科學(xué)評(píng)價(jià)污染的影響程度和影響范圍,也無(wú)法確定合理的安全防護(hù)距離,嚴(yán)重影響建設(shè)項(xiàng)目的科學(xué)選址與污染防控.

基于此,本研究對(duì)某污水處理廠點(diǎn)源、面源等所有排放源進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè),基于惡臭污染為感官污染且具有瞬時(shí)性特點(diǎn),應(yīng)用CALPUFF模型建立惡臭評(píng)價(jià)因子,基于德國(guó)OIC模擬并計(jì)算某污水廠惡臭防護(hù)距離及對(duì)周邊居民區(qū)的擾民影響.在此基礎(chǔ)上,利用周界樣品檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè)、居民問(wèn)卷調(diào)查3種方式,驗(yàn)證模型模擬結(jié)果的可靠性.

1 材料與方法

1.1 污水處理廠簡(jiǎn)介

該污水處理廠占地面積約29.5萬(wàn)m2,設(shè)計(jì)處理能力為40萬(wàn)m3/d,收水面積為7441hm2,服務(wù)人口約111萬(wàn)人,工廠企業(yè)約730家.該污水處理廠的臭氣來(lái)源有格柵、沉砂池、初級(jí)池、曝氣池、二級(jí)池和污泥脫水間,其中,格柵和污泥脫水間的氣體通過(guò)煙囪收集并采用等離子工藝處理.

1.2 污染源監(jiān)測(cè)方法

調(diào)查某污水廠的惡臭源排放節(jié)點(diǎn),細(xì)格柵和污泥脫水間排放筒作為點(diǎn)源,采用SOC-01 型采樣裝置在采樣點(diǎn)進(jìn)行“肺法”取樣(天津迪蘭奧特環(huán)?？萍奸_(kāi)發(fā)有限公司),采用便攜式煙氣含濕量檢測(cè)儀測(cè)量煙氣出口溫度及速度(青島明華電子儀器有限公司);沉砂池、初沉池、曝氣池、二沉池作為面源,采用自主研發(fā)的風(fēng)洞法采樣器進(jìn)行采樣,該采樣器的設(shè)計(jì)依據(jù)德國(guó)VDI 3880標(biāo)準(zhǔn)[11-12].

采樣集中在2018年5～7月春夏季,每個(gè)設(shè)施分別采集6次,采集時(shí)間跨越08:00～18:00不同時(shí)段.為避免采樣袋本底VOCs干擾,采樣前用樣品氣體將采樣袋清洗2次.采樣完成后在24h 內(nèi)將所有樣品送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析.利用三點(diǎn)比較式臭袋法[13]計(jì)算臭氣濃度.

1.3 模型方法

1.3.1 源惡臭排放率 點(diǎn)源和面源惡臭排放率的計(jì)算方法[14]分別如公式(1)、(2)所示.

1=×(1)

式中:1為點(diǎn)源惡臭排放率,OU/s;為臭氣濃度,OU/m3;為煙氣出口速率,m3/s;2為面源惡臭排放率,OU/s;為出口風(fēng)量,m3/s;1為風(fēng)洞表面積,m2;為設(shè)施總面積,m2.

我國(guó)的臭氣濃度單位是無(wú)量綱,歐洲及澳洲等很多國(guó)家和地區(qū)使用OU/m3作為臭氣濃度單位,而這2個(gè)單位都表示是稀釋到嗅覺(jué)閾值的稀釋倍數(shù)[15],所以其代表的物理含義一致.為方便計(jì)算,將臭氣濃度單位設(shè)定為OU/m3.

1.3.2 空氣質(zhì)量模型 CALPUFF 模型是美國(guó)EPA 支持開(kāi)發(fā)并推薦的,為非穩(wěn)態(tài)三維拉格朗日煙團(tuán)模式,可利用三維氣象場(chǎng)模擬排放源大氣污染物的傳輸、擴(kuò)散、干濕沉降等過(guò)程[16-17],不同國(guó)家和地區(qū)推薦使用該模型進(jìn)行氣味擴(kuò)散的模擬[18-19],該模型是我國(guó)大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則中推薦的法規(guī)模型.其中,煙團(tuán)污染物濃度到環(huán)境點(diǎn)濃度如公式(3)、(4)所示.

式中:為地面臭氣濃度,OU/m3;是煙團(tuán)中惡臭源強(qiáng),OU/s;是煙團(tuán)中順風(fēng)方向高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差,m;為側(cè)風(fēng)方向高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差,m;為垂直方向高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差,m;a為順風(fēng)方向上煙團(tuán)中心到環(huán)境點(diǎn)的距離,m;c為側(cè)風(fēng)方向上煙團(tuán)中心到環(huán)境點(diǎn)的距離,m;是高斯方程的垂直項(xiàng),m-1;H為煙團(tuán)中心點(diǎn)到地面的有效高度,m;為混合層高度,m.

1.3.3 氣象數(shù)據(jù) 采用氣象數(shù)值模式WRF生成氣象數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)[20-21],該數(shù)據(jù)為2018年全年小時(shí)數(shù)據(jù),其精度為1km,包括風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、溫度、相對(duì)濕度、總云量和低云量.距地面10m垂直高度下,該污水廠所在地2018年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟?S)及西北(WN),全年年均風(fēng)速為3.71m/s,靜風(fēng)頻率(風(fēng)速小于0.5m/s)為1.61%,約141h,其風(fēng)玫瑰圖如圖1所示.

1.3.4 其它參數(shù) 根據(jù)環(huán)評(píng)導(dǎo)則規(guī)定和模型特點(diǎn),確定預(yù)測(cè)范圍為以細(xì)格柵排氣筒為中心點(diǎn),邊長(zhǎng)為32km的矩形區(qū)域.為了準(zhǔn)確描述各污染源及敏感點(diǎn)的位置,定量污染程度,對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行嵌套網(wǎng)格處理,其中最小網(wǎng)格為50m×50m.

圖1 2018年天津風(fēng)玫瑰

模擬計(jì)算區(qū)域包括居民區(qū)和工業(yè)區(qū),采用1km精度的GLCC格式數(shù)據(jù)對(duì)土地利用類(lèi)型進(jìn)行分析;并且,考慮復(fù)雜地形對(duì)空氣擴(kuò)散的影響,采用90m精度的SRTM格式數(shù)據(jù)對(duì)地形進(jìn)行分析.

1.3.5 惡臭防護(hù)距離判定 利用空氣質(zhì)量模型模擬惡臭影響,若進(jìn)一步確定惡臭防護(hù)距離,需結(jié)合惡臭影響質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(OIC)[22].我國(guó)只有惡臭排放標(biāo)準(zhǔn),環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定主要考慮的是健康風(fēng)險(xiǎn),缺乏針對(duì)惡臭感官擾民風(fēng)險(xiǎn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).

國(guó)外OIC一般是利用臭氣濃度+惡臭發(fā)生頻率的方式[23].德國(guó)對(duì)于其居民區(qū)及混合區(qū)制定 OIC為= 1OU/m3,= 90%,其中,為臭氣濃度;為可接受的惡臭發(fā)生頻率,即全年超過(guò)臭氣濃度1OU/m3的頻率大于10%即為超標(biāo)[24];除此之外,利用峰/均值因子=4將利用空氣質(zhì)量模型得到的1h平均環(huán)境臭氣濃度轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)峰值濃度,使得符合惡臭污染發(fā)生瞬時(shí)性特點(diǎn)[25].本研究引用德國(guó)OIC計(jì)算惡臭防護(hù)距離,判定居民是否受污水惡臭煩惱.

1.4 模型驗(yàn)證方法

1.4.1 廠界采樣監(jiān)測(cè) 采樣集中在2018年5～6月春夏季,按照《惡臭污染環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 905-2017)[26]的方法進(jìn)行采樣,采樣點(diǎn)位如圖2所示.當(dāng)感受到惡臭污染發(fā)生事件時(shí),采用無(wú)動(dòng)力瞬時(shí)采樣瓶取樣(天津迪蘭奧特環(huán)保科技開(kāi)發(fā)有限公司),共采集樣品2個(gè).采樣完成后在24h內(nèi)將所有樣品送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析.利用三點(diǎn)比較式臭袋法[13]計(jì)算臭氣濃度.

1.4.2 敏感點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)評(píng)估區(qū)為從周界邊緣至評(píng)估區(qū)域外邊界的距離為1000m的圓形區(qū)域.監(jiān)測(cè)區(qū)域細(xì)化為邊長(zhǎng)為250m的網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格為正方形,每個(gè)網(wǎng)格的4個(gè)角作為惡臭敏感點(diǎn)位,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位如圖2所示.在規(guī)定的網(wǎng)格點(diǎn)位,基于臭氣強(qiáng)度對(duì)惡臭影響特征進(jìn)行記錄描述.評(píng)估人員在指定點(diǎn)位測(cè)量10min,每10s記錄1次,感知惡臭的情況[27].嗅探監(jiān)測(cè)集中在2018年7月,每個(gè)點(diǎn)位共監(jiān)測(cè)6次.其中臭氣強(qiáng)度利用日本6級(jí)強(qiáng)度表示法表示,具體為:0級(jí)-無(wú)臭;1級(jí)-剛好能感覺(jué)到臭氣,不能確定;2級(jí)-微弱的臭氣,能確定;3級(jí)-明顯的臭氣;4級(jí)-強(qiáng)烈的臭氣;5級(jí)-非常強(qiáng)烈的臭氣.

為驗(yàn)證空氣質(zhì)量模型模擬結(jié)果,將臭氣強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為臭氣濃度.其中濃度強(qiáng)度的關(guān)系式引用耿靜等[28]對(duì)惡臭污染所有典型行業(yè)的679個(gè)樣品臭氣強(qiáng)度和臭氣濃度的測(cè)試結(jié)果,如公式(5)所示.

=0.5893ln-0.78772=0.99965 (5)

式中:為臭氣強(qiáng)度;為臭氣濃度,是將氣體稀釋到嗅覺(jué)閾值的稀釋倍數(shù).

圖2 污水處理廠廠界監(jiān)測(cè)點(diǎn)B及居民區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位S1～S43分布

1.4.3 居民問(wèn)卷調(diào)查 人群對(duì)該污水處理廠惡臭干擾進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查[29-31].調(diào)查問(wèn)卷內(nèi)容包括兩個(gè)部分,第一部分為一般性社會(huì)人口數(shù)據(jù),包括年齡、性別、住址、本小區(qū)居住時(shí)間,第二部分為環(huán)境壓力因素調(diào)查,包括居住環(huán)境滿意度以及污染來(lái)源調(diào)查,如噪聲、交通、餐飲、垃圾、污水等.若污染來(lái)源有污水,問(wèn)卷調(diào)查還包括:臭氣強(qiáng)度等級(jí),具體分級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)一致;惡臭干擾等級(jí),具體為:0級(jí)-無(wú)干擾;1級(jí)-輕微干擾;2級(jí)-一般干擾;3級(jí)-嚴(yán)重干擾;4級(jí)-非常嚴(yán)重的干擾.將惡臭干擾等級(jí)2～4級(jí)作為受到惡臭干擾,計(jì)算人群受惡臭干擾比例,進(jìn)行惡臭煩惱評(píng)價(jià).

問(wèn)卷調(diào)查時(shí)間為2018年7月,采取面對(duì)面調(diào)查方式,對(duì)該污水廠周邊1.1km范圍內(nèi)共計(jì)17個(gè)小區(qū)居民進(jìn)行調(diào)查,如圖3所示.由于污水廠北側(cè)500m外無(wú)居民,無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行人群效應(yīng)的調(diào)查.

圖3 污水處理廠周邊問(wèn)卷調(diào)查居民區(qū)1#～17#分布

2 結(jié)果與分析

2.1 污染源源強(qiáng)參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響

污水處理廠的主要工藝包括預(yù)處理、生物處理和深度處理工藝.其中生物處理及深度處理整體臭氣排放相對(duì)預(yù)處理階段較少.因此,分別模擬污水處理廠全部惡臭發(fā)生源、除二沉池的惡臭發(fā)生源、除曝氣池和二沉池的惡臭發(fā)生源,模擬對(duì)周邊環(huán)境影響變化,如圖4所示.

由圖4可以看出,對(duì)比有無(wú)二沉池模擬前后,其對(duì)周邊的影響程度及影響范圍基本上沒(méi)有變化;對(duì)比有無(wú)曝氣池、二沉池模擬前后,其對(duì)周邊的影響程度及影響范圍明顯降低了.其中,曝氣池、二沉池的單位面積惡臭排放率分別為6876,1224OU/(m2×h),且曝氣池的總體面積(18500m2)為二沉池總體面積(2400m2)的7.7倍,相對(duì)較高惡臭排放速率使曝氣池對(duì)周邊敏感點(diǎn)的惡臭排放貢獻(xiàn)較大,而二沉池相反.Frechen[32]在1994～2003年間對(duì)德國(guó)不同規(guī)模、不同處理技術(shù)、不同工廠設(shè)計(jì)和不同操作條件的污水廠進(jìn)行調(diào)查并對(duì)其各個(gè)惡臭排放環(huán)節(jié)的惡臭源強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果表明,在德國(guó)13個(gè)污水廠中,其曝氣池的平均單位面積惡臭排放速率為510OU/(m2×h),最高單位面積惡臭排放速率為2113OU/(m2×h); Din?er等[33]于2018年對(duì)土耳其伊茲密爾城污水處理廠進(jìn)行采樣,該污水廠處理的污水為混合生活廢水和預(yù)處理工業(yè)廢水,處理能力為60萬(wàn)m3/d,其曝氣池單位面積惡臭排放速率高達(dá)45720OU/(m2×h),不同地域、不同類(lèi)型污水廠之間曝氣池單位面積惡臭排放速率差距較大,但總體來(lái)說(shuō)惡臭排放速率均不低.綜上所述,進(jìn)行污水處理廠的評(píng)價(jià)及管控時(shí),不止要關(guān)注惡臭較高的粗格柵、細(xì)格柵及沉砂池這些預(yù)處理階段,還要關(guān)注易被忽略的生物處理階段(如曝氣池).特別是城鎮(zhèn)污水廠處于敏感地區(qū)時(shí),其生物處理需進(jìn)行加蓋封閉和微負(fù)壓收集等措施,將臭氣集中收集后處理.

圖4 基于全年小時(shí)最大臭氣濃度,污水處理廠全部惡臭源、除二沉池的惡臭源、除曝氣池和二沉池的惡臭源對(duì)周邊的影響

2.2 模型模擬評(píng)價(jià)

利用CALPUFF模型模擬污水處理廠全部污染源的全年小時(shí)臭氣濃度,結(jié)合德國(guó)OIC判定居民是否受污水惡臭煩惱,如圖5所示.進(jìn)一步以風(fēng)向角度表示方向,以10°為增量總結(jié)污水廠不同方向的影響距離如圖6所示.

由圖5可知,對(duì)于污水廠東側(cè)1#～5#居民區(qū),惡臭發(fā)生頻率均低于10%,基本不受污水廠惡臭煩惱;對(duì)于污水廠北側(cè)6#～9#居民區(qū),惡臭發(fā)生頻率大多居于15%～50%,受惡臭煩惱較為嚴(yán)重;對(duì)于其西側(cè)及西南側(cè)10#～17#居民區(qū),10#、12#、15#、17#居民區(qū)惡臭發(fā)生頻率均在10%以上,受污水廠惡臭煩惱,11#、13#、14#、16#均有一小部分居民受到惡臭煩惱.總體來(lái)說(shuō),6#～10#、12#、15#、17#居民區(qū)均處于惡臭防護(hù)距離范圍內(nèi),均受到惡臭煩惱;11#、13#、14#、16#居民區(qū)一小部分區(qū)域?qū)儆趷撼舴雷o(hù)距離之內(nèi),可受到惡臭煩惱;1#～5#居民區(qū)不受惡臭煩惱.

圖5 基于德國(guó)惡臭影響質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠及周邊全年惡臭發(fā)生頻率

圖6 基于德國(guó)惡臭影響質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠不同方向防護(hù)距離

由圖6可知,該污水處理廠在各個(gè)方向上的惡臭防護(hù)距離在200～1450m之間,其中北側(cè)和南側(cè)受惡臭影響距離最遠(yuǎn),其防護(hù)距離超過(guò)1200m,而東側(cè)受惡臭影響距離最近,最近僅為200m.由圖1風(fēng)玫瑰圖可知,全年的盛行風(fēng)為南及西北風(fēng),全年風(fēng)向頻率最低為東風(fēng),防護(hù)距離遠(yuǎn)近與風(fēng)向密切相關(guān)[34].

2.3 模型驗(yàn)證

2.3.1 監(jiān)測(cè)驗(yàn)證 分別利用敏感點(diǎn)臭氣強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè)和周界臭氣濃度監(jiān)測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證.本研究對(duì)周界進(jìn)行臭氣濃度監(jiān)測(cè),說(shuō)明模型模擬的可靠性.采樣期間,共2次在廠界B1監(jiān)測(cè)點(diǎn)聞到氣味并進(jìn)行采樣測(cè)試,2次監(jiān)測(cè)臭氣濃度分別131、42.模型模擬監(jiān)測(cè)時(shí)刻廠界B1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的臭氣濃度小時(shí)值,耦合德國(guó)峰/均值因子得到模擬臭氣濃度瞬時(shí)值,分別為88、32,模擬結(jié)果與廠界監(jiān)測(cè)結(jié)果在數(shù)量級(jí)上基本一致.

為進(jìn)一步驗(yàn)證惡臭污染模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè),對(duì)比相同時(shí)間相同點(diǎn)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與嗅探監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).此次監(jiān)測(cè)在S11、S13、S15、S234個(gè)點(diǎn)位發(fā)現(xiàn)有來(lái)自污水處理廠的惡臭事件,嗅探到的最大臭氣強(qiáng)度分別為2.5級(jí)、3級(jí)、2級(jí)、3級(jí).利用公式5,將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)臭氣強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成臭氣濃度,S11、S13、S15、S23轉(zhuǎn)換后的臭氣濃度分別為265、671、113、671.

模型模擬嗅探監(jiān)測(cè)時(shí)刻S11、S13、S15、S23嗅探監(jiān)測(cè)點(diǎn)的臭氣濃度小時(shí)值,耦合德國(guó)峰/均值因子得到模擬臭氣濃度瞬時(shí)值,分別為232、236、164、296,模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè)結(jié)果在數(shù)量級(jí)上基本一致.

2.3.2 居民問(wèn)卷調(diào)查 調(diào)查共得到189份有效問(wèn)卷,其中被調(diào)查人員包括女性91人、男性98人,約36%調(diào)查者的年齡在18～45周歲之間,約64%調(diào)查者的年齡在45周歲以上.115位調(diào)查者在所住小區(qū)居住時(shí)間少于5年,35位調(diào)查者在所住小區(qū)居住時(shí)間在5～10年之間,39位調(diào)查者在所住小區(qū)居住時(shí)間超過(guò)10年.除了污水氣味,13名被調(diào)查者認(rèn)為受到噪聲影響,21名被調(diào)查者認(rèn)為受到垃圾氣味等其他環(huán)境壓力因素的影響.

由表1可知,對(duì)于污水廠東側(cè)1#～5#居民區(qū),平均臭氣強(qiáng)度等級(jí)為0且不受惡臭干擾;對(duì)于污水廠北側(cè)6#～9#居民區(qū),臭氣強(qiáng)度等級(jí)為2.5以上,可聞到較為明顯的污水氣味,惡臭干擾比例為33%～75%,受惡臭煩惱較為嚴(yán)重;對(duì)于其西側(cè)及西南側(cè)10#～17#居民區(qū),10#、11#、12#、15#、17#居民區(qū)平均臭氣強(qiáng)度等級(jí)為1.4～3.0,惡臭干擾比例29%～63%,均受到惡臭煩惱,16#居民區(qū)不受到惡臭干擾,13#、14#居民區(qū)平均臭氣強(qiáng)度等級(jí)僅為0.8,氣味較微弱,惡臭干擾比例僅為10%,這2個(gè)小區(qū)問(wèn)卷調(diào)查份數(shù)均為10份,惡臭煩惱比例均為10%,說(shuō)明僅有一人感受到污水廠的氣味并對(duì)其產(chǎn)生干擾.總體來(lái)說(shuō),1#～5#、16#居民區(qū)均不受污水廠惡臭煩惱,6#～12#、15#、17#居民區(qū)受到惡臭煩惱較為嚴(yán)重,13#、14#居民區(qū)可能有部分居民受到惡臭煩惱.總體來(lái)說(shuō),17個(gè)居民區(qū)中16個(gè)居民區(qū)的調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果與模型模擬均較為一致,說(shuō)明模型模擬結(jié)果可信度較高.

表1 被調(diào)查居民區(qū)的問(wèn)卷份數(shù)、平均臭氣強(qiáng)度等級(jí)以及惡臭干擾比例

不同的面源源強(qiáng)估算方法、氣象數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量模型、OICS等均會(huì)導(dǎo)致不同的惡臭污染影響結(jié)果,如Brancher等[35]利用德國(guó)、英國(guó)愛(ài)爾蘭、澳大利亞昆士蘭州的OIC進(jìn)行防護(hù)距離對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)不同的OICS在主導(dǎo)風(fēng)向上惡臭防護(hù)距離有所差距.因此,隨著惡臭擾民問(wèn)題愈發(fā)突出,亟需研究適合我國(guó)惡臭源、人群敏感性、地域特點(diǎn)等的惡臭污染模擬評(píng)價(jià)方法及惡臭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),為建設(shè)項(xiàng)目設(shè)置合理惡臭防護(hù)距離、惡臭擾民評(píng)價(jià)提供管理支撐.

2.4 不確定性分析

2.4.1 面源惡臭排放速率計(jì)算存在不確定性 本研究針對(duì)污水面源惡臭排放速率,采用的方法為德國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)方法——風(fēng)洞采樣法.面源源強(qiáng)采樣估算方法主要包括風(fēng)洞法、通量箱法和靜態(tài)箱法[36],這3種方法均是將采樣裝置置于面源表面,罩住一定的表面積,以一定速率向采樣器內(nèi)通入載氣使其與面源揮發(fā)的污染物均勻混合,然后再排氣進(jìn)行采樣的一種方法.但是由于每分鐘通入載氣的體積不同,其箱體的形狀不同等,可得到不同的惡臭源排放速率,均會(huì)導(dǎo)致惡臭源排放速率結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有一定誤差;并且,國(guó)標(biāo)方法《空氣質(zhì)量惡臭的測(cè)定三點(diǎn)比較式臭袋法》(GB/T 14675-1993)[13]為6名嗅辨員嗅辨得到臭氣濃度,嗅辨員的嗅覺(jué)敏感度不同可能會(huì)導(dǎo)致一定的差異;此外,輸入的惡臭污染源排放速率采用2018年5～7月6次實(shí)際監(jiān)測(cè)值,不能完全代表該污水處理廠長(zhǎng)期的惡臭排放量.

2.4.2 模型模擬存在不確定性 本研究利用 WRF模型計(jì)算氣象數(shù)據(jù),CALPUFF模型模擬環(huán)境惡臭影響.由于模型模擬本身在參數(shù)選取、模型計(jì)算等方面具有一定不確定性,會(huì)對(duì)模擬結(jié)果帶來(lái)影響[37].

2.4.3 受體人群不確定性 本研究利用189份居民調(diào)查問(wèn)卷驗(yàn)證居民受到的惡臭影響,這與調(diào)查人群的年齡、居住時(shí)間、對(duì)污水氣味敏感度、健康狀況等情況有關(guān),調(diào)查人群的樣本不能完全代表住在污水廠周邊所有人群的受污水干擾狀況.

3 結(jié)論

3.1 城鎮(zhèn)污水處理廠生物處理階段對(duì)周邊有一定惡臭影響,因此,在進(jìn)行污水處理廠評(píng)價(jià)或管控時(shí),應(yīng)盡可能考慮所有產(chǎn)臭單元對(duì)周邊的影響.若城鎮(zhèn)污水廠處于敏感地區(qū)時(shí),其污水生物處理過(guò)程需進(jìn)行加蓋封閉和微負(fù)壓收集等措施,將臭氣集中收集后處理.

3.2 模型模擬結(jié)果表明,該污水處理廠在各個(gè)方向上的惡臭防護(hù)距離為200～1450m,防護(hù)距離遠(yuǎn)近與風(fēng)向密切相關(guān).對(duì)于居民區(qū)來(lái)說(shuō),6#～10#、12#、15#、17#居民均受到惡臭煩惱;11#、13#、14#、16#居民區(qū)一小部分區(qū)域受到惡臭煩惱;1#～5#居民區(qū)不受惡臭煩惱.

3.3 通過(guò)周界樣品檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)測(cè)比對(duì)模型模擬的臭氣濃度結(jié)果,模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果較為一致;通過(guò)居民問(wèn)卷調(diào)查比對(duì)模型模擬結(jié)果,模型模擬的惡臭擾民結(jié)果較好,可信度較高;并且,隨著惡臭擾民問(wèn)題愈發(fā)突出,亟需研究適合我國(guó)惡臭源、人群敏感性、地域特點(diǎn)等的惡臭污染模擬評(píng)價(jià)方法及惡臭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),為建設(shè)項(xiàng)目設(shè)置合理惡臭防護(hù)距離、惡臭擾民評(píng)價(jià)提供管理支撐.

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Evaluation of odor annoyance from wastewater treatment plant with air dispersion model and its validation.

WANG Wen-mei1,ZHANG Yan2,3*,JING Bo-yu2,ZHANG Zhi-yang2,YANG Wei-hua2,3,GENG jing2

(1.School of Environmental Science &Engineering,Tianjin University,Tianjin300350,China；2.State Environmental Protection Key Laboratory of Odor Pollution Control,Tianjin Academy of Eco-environmental Sciences,Tianjin 300191,China；3.Tianjin Sinodour Environmental Technology Co.,Ltd.,Tianjin 300191,China).,2022,42(8)：3584～3590

The odor emission sources were sampled from a wastewater treatment plant,and the odor annoyances were simulated by air dispersion model and validated through plant boundary monitoring,on-site sniffing monitoring and questionnaire survey. The results showed that the separation distances of the wastewater treatment plant were 200～1450m around all directions and its eight surrounding residential areas were detected to have odor annoyance. The results simulated with air dispersion model have goodconsistency with those from monitoring results and residents’ evaluation. This study can provide technical support for standardization of odor pollution evaluation method and odor impact criterion in China.

air dispersion model；questionnaire survey；OIC；odor annoyance；separation distance

X703.5

A

1000-6923(2022)08-3584-07

2022-01-29

天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目(20JCZDJC00530)

* 責(zé)任作者,高級(jí)工程師,zhangyan_510@126.com

王文美(1983-),男,天津市人,高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事大氣污染防治工作.發(fā)表論文10余篇.