朱劍秋 陳金勝 任翔宇# 朱 晶 樓 劼 張志豪,3

(1.浙江省環(huán)境科技有限公司,浙江 杭州 311121;2.浙江求實(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司,浙江 杭州 311121;3.浙江智慧云環(huán)境科技有限公司,浙江 杭州 310030)

惡臭是指一切能刺激嗅覺(jué)器官而引起人們不愉悅感覺(jué)以及損害生活環(huán)境的異味氣體[1-2]。惡臭污染不僅對(duì)人體健康造成傷害,同時(shí)也會(huì)影響社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3-4]。2018、2019、2020年“全國(guó)生態(tài)環(huán)境信訪投訴舉報(bào)管理平臺(tái)”接到的惡臭(異味)投訴舉報(bào)分別有15.3萬(wàn)、11.1萬(wàn)、9.8萬(wàn)件,占環(huán)境問(wèn)題總投訴量的21.5%、20.8%和22.1%,是當(dāng)前公眾投訴最強(qiáng)烈的環(huán)境問(wèn)題之一[5]?？傮w看來(lái),近些年盡管全國(guó)大力開(kāi)展工業(yè)企業(yè)惡臭異味的管控及整治,但相關(guān)投訴占比仍處于高位。

我國(guó)目前的惡臭標(biāo)準(zhǔn)主要是從臭氣濃度方面對(duì)污染產(chǎn)生單位進(jìn)行約束,缺少對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)異味強(qiáng)度和發(fā)生頻率的相關(guān)要求[6-8]。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有考慮到不同惡臭物質(zhì)的自然特征,并不是以人的“可接受性”為準(zhǔn)則,這也是“達(dá)標(biāo)性異味污染”的原因所在。有些污染物在極低濃度下異味刺激仍然強(qiáng)烈,多種未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限量的污染物在相互疊加作用下異味刺激也不容忽視[9-11]。在異味投訴中存在較多數(shù)量的“達(dá)標(biāo)投訴”,即企業(yè)自身廢氣排放達(dá)標(biāo),但依然對(duì)周邊居民造成異味困擾。實(shí)際案例中即使認(rèn)定了責(zé)任企業(yè),但由于缺乏技術(shù)支撐,無(wú)法確定治理到何種程度可以解決問(wèn)題,因此整治效果往往較差。

不同行業(yè)產(chǎn)業(yè)排放的惡臭物質(zhì)種類(lèi)差異大,采用單一的惡臭污染治理技術(shù)方法,往往無(wú)法滿足企業(yè)復(fù)雜的生產(chǎn)工況,從而導(dǎo)致惡臭氣體難治理、難評(píng)估、方案難決策等問(wèn)題。由于惡臭物質(zhì)嗅閾值低,在達(dá)到現(xiàn)有的排放標(biāo)準(zhǔn)情況下,也需要進(jìn)一步綜合研究提出深度惡臭治理方案,才能滿足惡臭控制要求。企業(yè)如何篩選出最適合自身排放特征、治理效果最優(yōu)、能徹底解決周邊居民異味困擾的惡臭治理技術(shù)具有重要研究意義。已有研究多采用單一惡臭強(qiáng)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則作為治理技術(shù)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)[12-13],但并不能全面剖析存在的問(wèn)題。實(shí)際情況中需要結(jié)合企業(yè)自身惡臭治理工藝、排放特征及惡臭影響現(xiàn)狀,并需要兼顧企業(yè)周邊環(huán)境敏感點(diǎn)受影響程度與相關(guān)國(guó)家政策管控要求,選擇合適的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與方法。因此,建立一套涵蓋多角度的惡臭治理技術(shù)綜合評(píng)估體系對(duì)于企業(yè)量化評(píng)估不同治理技術(shù)的實(shí)施效果,科學(xué)選擇惡臭治理技術(shù)具有重要意義。

針對(duì)上述問(wèn)題,本研究創(chuàng)新性地采用惡臭擴(kuò)散模型與德國(guó)異味發(fā)生頻率控制標(biāo)準(zhǔn)建立了惡臭污染影響定量評(píng)價(jià)方法,同時(shí)結(jié)合“減污降碳協(xié)同管控”政策制定了一套評(píng)估賦分體系,從惡臭治理效率、環(huán)境改善效果、減污降碳水平以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本4個(gè)方面對(duì)惡臭治理技術(shù)實(shí)施效果進(jìn)行量化并差異化評(píng)分。為驗(yàn)證方法的科學(xué)性與可操作性,使用上述方法對(duì)某染料企業(yè)尾氣惡臭進(jìn)行不同情景下的預(yù)測(cè)評(píng)估,篩選得出最優(yōu)的惡臭異味管控辦法,有效解決了“達(dá)標(biāo)性異味擾民”整治目標(biāo)不明確的問(wèn)題。

1 基于定量模擬的惡臭治理技術(shù)評(píng)估體系

1.1 評(píng)估指標(biāo)選取

企業(yè)在設(shè)計(jì)惡臭治理技術(shù)方案時(shí),不僅要考慮治理技術(shù)的治理效果,還要關(guān)注是否會(huì)對(duì)周邊環(huán)境敏感點(diǎn)產(chǎn)生影響;同時(shí)結(jié)合實(shí)際,治理技術(shù)還應(yīng)響應(yīng)國(guó)家“減污降碳協(xié)同管控”政策方針,實(shí)現(xiàn)環(huán)保和節(jié)能減排的雙重目標(biāo),并最終確保其在經(jīng)濟(jì)投入和環(huán)境效益之間取得平衡。通過(guò)上述4個(gè)方面來(lái)評(píng)估企業(yè)惡臭整治效果,可全面、客觀地評(píng)估企業(yè)整治惡臭問(wèn)題的效果和成本,利于其合理規(guī)劃并實(shí)施環(huán)保治理措施,并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

1.1.1 惡臭治理效率指標(biāo)

惡臭治理效率以總惡臭排放強(qiáng)度(TOER)的削減率作為量化指標(biāo),TOER的削減率越高,表示惡臭治理效率越好。TOER計(jì)算方法見(jiàn)式(1):

ITOER=Q×C

(1)

式中:ITOER為總惡臭排放強(qiáng)度,m3/min;Q為廢氣風(fēng)量,m3/min;C為臭氣濃度,無(wú)量綱。

1.1.2 環(huán)境改善效果指標(biāo)

在傳統(tǒng)評(píng)估惡臭污染影響中,治理工程易出現(xiàn)達(dá)標(biāo)性污染以及需要重復(fù)性信訪,存在成本高、效果不佳等問(wèn)題。因此,選擇利用模型進(jìn)行模擬定量評(píng)估,通過(guò)建立惡臭污染的數(shù)學(xué)模型,對(duì)惡臭污染的來(lái)源、擴(kuò)散、影響等進(jìn)行定量分析,從而為治理惡臭污染提供科學(xué)依據(jù)。

AUSTAL 2000模型是《德國(guó)空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》推薦的法規(guī)模型,被歐盟國(guó)家廣泛采用。AUSTAL 2000模型自身?yè)碛性\斷風(fēng)場(chǎng)的模塊(TALdia),且考慮風(fēng)場(chǎng)中的地形因素,適用于模擬惡臭污染擴(kuò)散,可通過(guò)預(yù)測(cè)污染源周邊區(qū)域惡臭發(fā)生頻率從而進(jìn)行惡臭模擬與氣味影響評(píng)價(jià)[14-16]。為此,本研究選用AUSTAL 2000模型用于模擬惡臭擴(kuò)散,同步參考《德國(guó)污染控制法》中的方法量化評(píng)價(jià)惡臭污染對(duì)周邊環(huán)境敏感點(diǎn)的影響,周邊敏感點(diǎn)惡臭發(fā)生頻率越低,環(huán)境改善效果越好。

1.1.3 減污降碳水平指標(biāo)

減污降碳水平指標(biāo)以各項(xiàng)處理工藝的碳排放量作為量化依據(jù),碳排放量越小,表明治理工藝的減污降碳效果越好。各項(xiàng)處理工藝主要考慮相關(guān)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的碳排放量,依照各類(lèi)生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南進(jìn)行核算。基于對(duì)處理工藝主要設(shè)備清單的梳理與能耗核算,選擇相應(yīng)的碳排放因子計(jì)算工藝碳排放量,計(jì)算方法見(jiàn)式(2)。

(2)

式中:E為設(shè)備運(yùn)行時(shí)耗能產(chǎn)生的CO2排放量,kg/h;Ai為工藝設(shè)備對(duì)能源i的能耗活動(dòng)水平,GJ/h;Fi為能源i的CO2排放因子,kg/GJ;n為能源種類(lèi)數(shù)。

1.1.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)

企業(yè)在選擇治理工藝時(shí)要綜合考慮工藝的經(jīng)濟(jì)成本,主要包括處理工藝運(yùn)行時(shí)的耗能、耗材等。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以各項(xiàng)處理工藝的小時(shí)運(yùn)行成本作為量化依據(jù)。

1.2 評(píng)估指標(biāo)賦分

評(píng)估賦分體系總分值為100分,根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)重要程度,設(shè)定惡臭治理效率、環(huán)境改善效果、減污降碳水平與技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本等評(píng)估指標(biāo)滿分分別為30、40、15、15分。

1.2.1 惡臭治理效率指標(biāo)賦分

鑒于我國(guó)尚未發(fā)布TOER削減效率要求,故參照《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 37822—2019)中揮發(fā)性有機(jī)物處理設(shè)施效率不低于80%的規(guī)定,設(shè)定TOER削減要求。將TOER削減率≤80%的惡臭治理效率賦分為0分;TOER削減率≥90%的惡臭治理效率賦分為30分;TOER削減率在80%～90%的惡臭治理效率按比例賦分,具體見(jiàn)式(3)。

ST=[(T-80)/(90-80)]×30

(3)

式中:ST為T(mén)OER削減率在80%～90%時(shí)惡臭治理效率的得分;T為T(mén)OER削減率,%。

環(huán)境改善效果指標(biāo)選擇環(huán)境周邊敏感點(diǎn)惡臭發(fā)生頻率作為賦分依據(jù),利用AUSTAL 2000對(duì)惡臭的影響進(jìn)行模擬分析,參考《德國(guó)污染控制法》中的惡臭影響標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)?！兜聡?guó)污染控制法》中的臭氣濃度定義與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的無(wú)量綱臭氣濃度概念相同,均指將惡臭氣體稀釋至嗅覺(jué)閾值的倍數(shù),并要求居民區(qū)、混雜區(qū)年臭氣濃度超出1的小時(shí)數(shù)占全年小時(shí)數(shù)(8 760 h)的比例不超過(guò)10%;商業(yè)區(qū)、工業(yè)園區(qū)年惡臭濃度超出1的小時(shí)數(shù)占全年小時(shí)數(shù)的比例不超過(guò)15%。

鑒于此,本研究將惡臭發(fā)生頻率超過(guò)15%的環(huán)境改善效果賦分為0分;惡臭發(fā)生頻率為10%的環(huán)境改善效果賦分為30分;惡臭發(fā)生頻率在[0,10%)與(10%,15%)的環(huán)境改善效果按比例賦分。賦分方法見(jiàn)式(4):

(4)

式中:SI為環(huán)境改善效果的得分;η為惡臭發(fā)生頻率,%。

1.2.3 減污降碳水平指標(biāo)賦分

在相同工況下平行測(cè)試多種惡臭治理工藝的碳排放量,減污降碳水平指標(biāo)賦分按式(5)進(jìn)行計(jì)算:

(5)

式中:SR為減污降碳水平的得分;Eave為幾種備選惡臭治理工藝CO2排放量的平均值,kg/h;E’為待評(píng)估工藝的CO2排放量,kg/h。

ABC分類(lèi)法是目前最常用的庫(kù)存管理方法之一。ABC分類(lèi)法又稱主次因素分析法或“帕累托”現(xiàn)象。這種方法簡(jiǎn)單易行，在庫(kù)存管理中應(yīng)用廣泛。ABC分類(lèi)法的基本原理是將庫(kù)存物資按品種和占用資金的多少分為特別重要的庫(kù)存（A類(lèi)）、一般重要的庫(kù)存（B類(lèi)）和不重要的庫(kù)存（C類(lèi)）三個(gè)等級(jí)，然后針對(duì)不同重要等級(jí)分別進(jìn)行管理和控制[2]。該方法的核心是“分清主次，抓住重點(diǎn)”，針對(duì)企業(yè)庫(kù)存中占用大量資金的少數(shù)生鮮農(nóng)產(chǎn)品，需要進(jìn)一步加強(qiáng)庫(kù)存管理和控制；而企業(yè)庫(kù)存中占用少量資金的大多數(shù)生鮮農(nóng)產(chǎn)品，可進(jìn)行相對(duì)較為寬松的庫(kù)存管理與控制。

1.2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)賦分

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以各項(xiàng)惡臭治理工藝的運(yùn)行成本作為賦分依據(jù)。在相同工況下平行測(cè)試多種惡臭治理工藝的運(yùn)行成本,技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)賦分按式(6)計(jì)算:

(6)

式中:SE為惡臭治理工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本的得分;Oave為幾種備選惡臭治理工藝運(yùn)行成本的平均值,元/h;O’為待評(píng)估工藝的運(yùn)行成本,元/h。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 企業(yè)概況

某染料企業(yè)為杭州灣的龍頭企業(yè),企業(yè)廠界周?chē)灿?2處環(huán)境敏感點(diǎn)(見(jiàn)圖1),臨近高架橋交通樞紐,地勢(shì)平坦,園區(qū)周邊多為農(nóng)田。廠內(nèi)全部采用噴霧干塔用于分散染料干燥。企業(yè)擬對(duì)噴干塔尾氣進(jìn)行深化治理以降低惡臭影響,備選技術(shù)方案包括“冷凝回用+分子共振”與“高能粒子氧化耦合”,評(píng)估比選兩種工藝在惡臭治理效率、環(huán)境改善效果、技術(shù)成本經(jīng)濟(jì)性與減污降碳協(xié)同效能方面的表現(xiàn)。

圖1 染料企業(yè)廠區(qū)范圍與敏感點(diǎn)位置

2.2 預(yù)測(cè)情景設(shè)置

針對(duì)該企業(yè)噴干塔尾氣惡臭問(wèn)題,結(jié)合備選的兩種治理工藝,設(shè)置3種情景進(jìn)行模擬,其中情景1為當(dāng)前現(xiàn)狀;情景2為采用高能粒子氧化治理噴干塔尾氣惡臭;情景3為冷凝回用+分子共振治理噴干塔尾氣惡臭。利用AUSTAL 2000模型對(duì)不同情景下惡臭影響進(jìn)行預(yù)測(cè),擴(kuò)散模型模擬使用的氣象參數(shù)來(lái)源于研究對(duì)象所在區(qū)域2020年整年逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù),包括風(fēng)速、風(fēng)向、莫奧長(zhǎng)度等。根據(jù)染料企業(yè)所在區(qū)域的主導(dǎo)風(fēng)向,設(shè)置16 km×8 km的矩形區(qū)域?yàn)槟M區(qū)域,模擬區(qū)域可以覆蓋廠界周?chē)?2處環(huán)境敏感點(diǎn)。

2.3 結(jié)果與分析

2.3.1 惡臭治理效率與改善效果

通過(guò)AUSTAL 2000模型模擬預(yù)測(cè),得到3個(gè)情景下惡臭發(fā)生頻率的區(qū)域分布,結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn),在情景2與情景3下,模擬區(qū)域中惡臭發(fā)生頻率較高的面積相比情景1明顯縮小,說(shuō)明兩種治理方案均能讓大部分敏感點(diǎn)惡臭影響問(wèn)題得到改善。

圖2 染料企業(yè)惡臭發(fā)生頻率區(qū)域分布

進(jìn)一步分析該染料企業(yè)在3種情景下的惡臭發(fā)生頻率與TOER模擬結(jié)果。情景1企業(yè)尾氣沒(méi)有惡臭治理措施的情況下,大部分模擬區(qū)域的惡臭發(fā)生頻率均處在5.0%～50.0%,其中最大值落在廠區(qū)內(nèi),為52.0%;廠界外部分區(qū)域達(dá)到20.0%以上,敏感點(diǎn)中最高為22.3%,敏感點(diǎn)TOER均值為7.137×106。情景2使用高能粒子氧化技術(shù)進(jìn)行尾氣處理后,模擬區(qū)域惡臭發(fā)生頻率基本處于1.0%～15.0%,其中廠區(qū)內(nèi)最大值為28.5%,廠界外絕大部分區(qū)域控制在15.0%內(nèi),敏感點(diǎn)中僅有1個(gè)點(diǎn)位惡臭發(fā)生頻率大于10.0%,情景2下敏感點(diǎn)TOER均值為0.785×106。情景3使用冷凝回流+分子共振技術(shù)后,模擬區(qū)域的惡臭發(fā)生頻率在1.0%～15.0%,廠區(qū)內(nèi)最大值為22.6%,廠界外區(qū)域惡臭發(fā)生頻率全部在15.0%以內(nèi),所有敏感點(diǎn)的惡臭發(fā)生頻率均在10.0%以下,情景3下敏感點(diǎn)TOER均值為0.478×106,與情景2相比惡臭治理效果有一定提升。

根據(jù)模擬得到的TOER,得到高能粒子氧化技術(shù)與冷凝回用+分子共振技術(shù)的TOER削減率分別為89.0%、93.3%;在情景2中,12處敏感點(diǎn)中最大惡臭發(fā)生頻率為10.7%,而情景3中該指標(biāo)為7.4%。根據(jù)賦分規(guī)則,高能粒子氧化耦合工藝與冷凝回用+分子共振工藝的惡臭治理效率得分分別為27.0、30.0分,環(huán)境改善效果得分分別為25.8、32.6分。

2.3.2 減污降碳水平與經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)

根據(jù)工藝原理分析,結(jié)合企業(yè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù),對(duì)不同工藝下的碳排放量與運(yùn)行成本進(jìn)行推算與審核,得到兩種治理技術(shù)CO2排放量分別為243.94、424.77 kg/h;運(yùn)行成本分別為327.49、580.79 元/h。按照式(3)、式(4)進(jìn)行計(jì)算,得到高能粒子氧化耦合工藝與冷凝回用+分子共振工藝的減污降碳水平得分分別為10.6、7.4分,技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本得分分別為10.7、7.3分。

2.3.3 工藝比選

綜合4項(xiàng)指標(biāo)得分情況,高能粒子氧化耦合工藝、冷凝回用+分子共振工藝的評(píng)估總分分別為74.1、77.3分,二者得分同在70～80分的檔次區(qū)間,總體相差不大。就單項(xiàng)指標(biāo)而言,前者在惡臭治理效率與環(huán)境改善效果方面均略差于后者,但在減污降碳和運(yùn)行成本上優(yōu)于后者,綜合而言,兩種工藝均可滿足該企業(yè)惡臭治理需求。結(jié)合染料行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)來(lái)看,高能粒子氧化耦合工藝是《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》[17]中惡臭異味治理的推薦技術(shù)“低溫等離子”的優(yōu)化形式,該治理工藝可以在確保噴干尾氣惡臭異味治理效果的同時(shí),減少企業(yè)環(huán)保負(fù)擔(dān),在能耗方面也有降低,因此建議染料行業(yè)推廣使用此法。

3 結(jié) 論

(1) 創(chuàng)新性建立了包含惡臭治理效率、環(huán)境改善效果、減污降碳水平與技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本4個(gè)維度的惡臭治理技術(shù)綜合評(píng)估體系,為企業(yè)惡臭治理技術(shù)方案的制定與優(yōu)化提供科學(xué)支撐。

(2) 基于AUSTAL 2000模擬結(jié)果與德國(guó)異味發(fā)生頻率控制標(biāo)準(zhǔn)判斷惡臭污染對(duì)環(huán)境周邊敏感點(diǎn)的影響,定量評(píng)估技術(shù)方案的惡臭治理效率與環(huán)境改善效果。

(3) 采用某染料企業(yè)尾氣惡臭管控評(píng)估實(shí)例對(duì)構(gòu)建的方法進(jìn)行驗(yàn)證。惡臭治理技術(shù)綜合評(píng)估結(jié)果表明,冷凝回用+分子共振工藝與高能粒子氧化耦合工藝均能讓大部分敏感點(diǎn)惡臭影響問(wèn)題得到改善;高能粒子氧化耦合技術(shù)可以在確保噴干尾氣惡臭異味治理效果的同時(shí),減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保負(fù)擔(dān),并降低能耗。

(4) 惡臭污染影響定量評(píng)價(jià)方法與惡臭治理技術(shù)綜合評(píng)估體系有助于客觀評(píng)價(jià)惡臭嗅辨結(jié)果,綜合全面地評(píng)估惡臭治理工藝的治理效果,對(duì)解決“達(dá)標(biāo)性異味擾民”等問(wèn)題具有積極作用。