車載木材熏蒸污染物擴散預測及污染防治措施

屈廣義，丁 峰，任南琪，戴永立

(1.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，150090哈爾濱，quguangyi@tsdig.com;2.鐵道第三勘察設計院集團有限公司機械環工處，300251天津;3.國家環境保護部環境評估中心環境質量模擬重點實驗室，100012北京)

車載木材熏蒸污染物擴散預測及污染防治措施

屈廣義1，2，丁 峰3，任南琪1，戴永立3

(1.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，150090哈爾濱，quguangyi@tsdig.com;2.鐵道第三勘察設計院集團有限公司機械環工處，300251天津;3.國家環境保護部環境評估中心環境質量模擬重點實驗室，100012北京)

車載木材熏蒸散氣是一種特殊形式的污染排放，其排放的熏蒸氣體溴甲烷對人和動物均可造成嚴重的神經系統及呼吸系統損害.以同江木材熏蒸場為例，通過分析車載木材熏蒸工藝和散氣特點，選擇aermod模式系統中的體源模式進行熏蒸污染擴散模擬，并進行污染影響分析.結果表明:溴甲烷高值質量濃度集中在熏蒸線周圍，并多發生在夜間;離熏蒸線越遠，溴甲烷超標率越低.結合熏蒸氣體溴甲烷的預測結果和最大超標距離計算，提出熏蒸場環境防護距離和污染防治對策.

車載木材熏蒸;溴甲烷;預測模式;污染防治措施

進口原木往往含有大量的病蟲害，這些害蟲的存在不僅對木材造成較大危害，也會對口岸地區生態環境造成嚴重破壞.因此，國家防疫檢驗檢疫局規定，對進口原木必須進行熏蒸殺蟲防疫處理［1］.目前國內各大港口對進口的木材多采用熏蒸庫進行熏蒸，如福建莆田木材熏蒸場［2］.而我國北方由于氣候原因在口岸對進口木材常采用車載熏蒸的方式進行除害.車載熏蒸是一種敞開式作業方式，其排放的熏蒸氣體溴甲烷對人和動物均可導致嚴重的神經系統及呼吸系統損害.因此，有必要研究熏蒸氣體溴甲烷的擴散規律，控制對周圍環境空氣的污染，在實現殺蟲防疫目的的同時，保證熏蒸操作人員及附近敏感目標人群不受傷害.本文以同江木材熏蒸場為例，通過分析車載木材熏蒸工藝，探討熏蒸污染源和污染物擴散規律，預測溴甲烷大氣污染擴散的質量濃度和范圍，提出熏蒸場環境防護距離和污染防治對策.

1 車載木材熏蒸工藝分析

1.1 車載木材熏蒸原理及操作流程

1.1.1 溴甲烷熏蒸原理

溴甲烷熏蒸殺蟲是在一定的溫度條件下(一般不低于5℃)，在一個密閉的空間施入一定量的溴甲烷，并保持一定的密閉時間(16～24 h)和一定的熏蒸氣體質量濃度，使密閉空間內的害蟲接受一定量的熏蒸藥劑，保證木材攜帶的害蟲死亡率達到規定的檢疫要求.

1.1.2 車載熏蒸操作流程

根據木材數量、有害生物種類和現場氣象條件(溫度、濕度、風力等)，制定熏蒸方案，確定投藥量和密閉時間.將一定規格的帳幕覆蓋在裝載原木的每節車廂上，帳幕垂至車廂外，在車廂四周用長條狀砂袋將帳幕壓嚴固定，并用封糊紙將車廂四周縫隙縫嚴，然后對帳幕進行查漏.

向帳幕內按已計算好的投藥量施藥，液態溴甲烷經氣化器氣化在幕帳內迅速達到原木熏蒸需要的起始質量濃度.熏蒸期間全過程監測控制帳幕內溴甲烷質量濃度，并適時加藥保持溴甲烷質量濃度符合規定的要求.木材熏蒸密閉達到規定的時間(一般16～24 h)且帳幕內溴甲烷質量濃度不低于初始質量濃度的50%后，掀開幕帳散氣(散毒)［3］.經過大致2～4 h的散氣，木材內溴甲烷殘留質量濃度低于21 mg/m3后，車輛放行.

1.2 車載熏蒸散氣特點

由于溴甲烷熏蒸劑的蒸汽壓大于外部大氣壓，幕帳內的溴甲烷有可能通過幕帳孔洞、裂縫向外泄漏，但由于木材熏蒸通常使用高致密帳幕，并在熏蒸前進行查漏，熏蒸過程中溴甲烷很少泄漏，溴甲烷排放主要發生在散氣階段.

1.3 熏蒸氣體溴甲烷理化性質及毒害

溴甲烷是一種無色無味的液體，具有強烈的熏蒸作用，能高效、廣譜地殺滅各種有害生物，對人和動物均可致嚴重的神經系統及呼吸系統損害.木材熏蒸使用藥劑溴甲烷分子式為CH3－Br，相對分子質量94. 95，相對密度1.730(0/4℃).沸點3.6℃，自燃點537.22℃，蒸氣密度3.27.蒸氣壓243.18 kPa，25℃.

2 車載木材熏蒸污染影響預測方法

2.1 同江木材熏蒸場概況

黑龍江省同江口岸從俄羅斯進口大量木材，根據國家防疫檢疫要求，擬建熏蒸場對進口木材進行車載熏蒸.熏蒸場擬建于同江口岸鐵路換裝站內，從換裝站南咽喉引出兩條鐵路線作為木材熏蒸線，可同時熏蒸2列貨車木材，每條熏蒸線長1 050 m.熏蒸場周圍地勢平坦，主要為農業用地，周圍有頭村和二村等村民點.

2.2 預測模式選擇

溴甲烷蒸汽密度雖較空氣重3倍，但充入到幕帳后成為混合氣體，散氣時最高質量濃度在60～120 mg/m3，依據重氣定義［3］，此時混合氣體為非重氣體，因此，預測溴甲烷擴散質量濃度不能選用重氣預測模式.車載木材熏蒸整列車散氣時溴甲烷沿列車線形釋放，因此，污染源排放具線性排放特征，但又不同于道路汽車尾氣的線性排放.

經采用AERMOD模型中的多種預測模式進行對比預測，并與綏芬河向陽木材熏蒸場的監測數據［4］和滿洲里木材熏蒸場現場調查情況進行驗證對比，及反復多次試算后，最終選擇AERMOD模型中的體源模式進行預測分析熏蒸散氣時污染物擴散質量濃度的分布.

2.3 溴甲烷排放速率及預測參數設置

2.3.1 溴甲烷排放速率

根據原木熏蒸規定［5］，環境溫度在5～15℃時，溴甲烷的劑量起始質量濃度應達120 g/m3，環境溫度在15℃以上時，溴甲烷的劑量起始質量濃度應在80 g/m3.根據對滿洲里和綏芬河木材熏蒸場的調查，一般一節車廂裝載約70 m3木材，帳幕密閉體積約為120～130 m3，則空間體積為50～60 m3，以環境溫度5～15℃時藥劑使用量計算，每節車廂大致需7.2 kg的溴甲烷.每列貨車按60節車廂計算，最大初始藥用量為432 kg/次.

根據散氣前幕帳內溴甲烷質量濃度不低于投藥質量濃度30%～50%的規定，散氣時帳幕內最大溴甲烷質量濃度約為60 mg/m3，擴散排放量為3.6 kg/節.一列60節車廂的貨車熏蒸，溴甲烷排放量為216 kg/次.按溴甲烷在2 h內均勻排放計，排放速率為30 g/s.估算出的同江木材熏蒸場大氣污染源排放參數見表1.

表1 大氣污染源參數

2.3.2 預測參數

木材貨車作為體源有著超長的特點，因此，在預測時將列車體源劃分成多個間隔的單體源，其間隔體源參數的設置見表2.

表2 木材熏蒸污染體源劃分參數設置

2.4 預測范圍

根據大氣導則中的預測原則，選擇以木材熏蒸線為中心周圍10 km范圍作為預測和計算區域.網格點設置為50行×100列，共5 000個點，設置頭村和二村兩個離散點.

2.5 預測內容與計算方法

為預測木材熏蒸排放氣體溴甲烷最大質量濃度分布特點，采用特定時段的氣象資料逐日逐次預測熏蒸場預測范圍內溴甲烷質量濃度分布，包括溴甲烷擴散最大地面小時和日均質量濃度，預測時間段內第N大值小時和日均質量濃度分布，以及預測范圍內各點小時質量濃度超標次數與超標率，網格點的大值小時質量濃度發生時間，同時估算溴甲烷環境防護距離.

由于溫度和蟲害繁殖等方面原因，同江木材熏蒸作業一般在每年的5月初到9月末進行，故污染氣象條件選用同江氣象觀測站2009年5月1日～9月30日的地面氣象觀測數據.

3 預測結果與影響分析

3.1 溴甲烷環境質量執行標準

《環境質量空氣標準》(GB3095—1996)和《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297—1996)中均無溴甲烷的環境質量標準，我國職業衛生標準《工作場所有害因素職業接觸限值》(GBZ2.1—2007)中規定了溴甲烷職業接觸限值時間加權允許質量濃度為2 mg/m3.

3.2 預測結果與分析

3.2.1 溴甲烷小時地面質量濃度最大值、位置及時間

預測模型可預測出網格中每一點的最大質量濃度和發生時間，從中篩選出最大地面小時質量濃度和發生時間(見表3、4).從輸出的所有網格各點的小時質量濃度看，每一點小時最大值基本發生在每天的20:00～6: 00，表5為前10大溴甲烷落地小時質量濃度、位置、發生時間及其對應的氣象條件，可以看出質量濃度大值集中在熏蒸線附近，發生時間在夜晚.基本發生在夏季的7、8、9月份，說明夜間由于風速小、低云、大氣穩定程度高，不利于污染物擴散.

表3 溴甲烷地面質量濃度各點小時質量濃度第一大值(含最大值) mg·m－3

表4 溴甲烷地面各點小時質量濃度第一大值發生時間(含最大值點) 年/月/日/小時

表5 溴甲烷地面小時質量濃度前10大值、位置、時間及氣象條件

3.2.2 溴甲烷地面小時質量濃度分布及超標面積

圖1 溴甲烷第1大值小時質量濃度分布圖

圖1、2為預測范圍內各點小時質量濃度的第1大值和第10大值等值線圖，可以看出，預測期內溴甲烷小時質量濃度分布受風向影響，質量濃度＞2 mg/m3的超標面積為37.9 km2，其中圍繞熏蒸線附近1.29 km2范圍內溴甲烷質量濃度在29.1～10.0 mg/m3，說明高值質量濃度主要集中在熏蒸線附近，越向外圍第一大值質量濃度越低，低值質量濃度的面積在總超標面積中所占比例最大.圖2為預測范圍內各點第10大值質量濃度，預測范圍內溴甲烷質量濃度＞2 mg/m3的超標面積只有4.01 km2，與第一大值質量濃度時的超標面積相比減少了33.89 km2，說明這個面積內各點至多有10個小時的質量濃度超標，圖2中溴甲烷小時質量濃度值在6～23 mg/m3之間的分布在距離熏蒸線大約250 m范圍內.

3.2.3 溴甲烷質量濃度超標次數和超標率

預測輸出文件中，圖3、4顯示了預測各點的超標次數和超標率，可以看出，圍繞熏蒸線溴甲烷小時質量濃度超標次數最多，超標次數最大值為1 020 h，最大超標率僅為27.8%，距離熏蒸線越遠，網格點的溴甲烷質量濃度超標次數越少，超標率也越低，圖4中超標率＞0.1%的超標面積僅為5.51 km2，超標點距離熏蒸線的最大距離約為1 000 m;超標率 ＞3.1%的超標面積僅為0.7 km2，超標點距離熏蒸線最大距離約為250 m.

圖2 溴甲烷第10大值小時質量濃度分布圖

圖3 溴甲烷小時質量濃度超標次數

圖4 溴甲烷小時質量濃度超標率

3.2.4 溴甲烷典型日均質量濃度分布

圖5和圖6為溴甲烷最大地面質量濃度出現日和一個普通日的質量濃度等值線圖，可以看出，高值質量濃度落地點集中在熏蒸線附近，污染物質量濃度分布在下風方向，最大質量濃度出現日為8月5日，超標面積為0.69 km2，9月28日超標面積為0.48 km2.

圖5 典型日(2009－08－05)日均質量濃度等值線

圖6 2009－09－28日均質量濃度等值線圖

3.2.5 環境防護距離

SCREEN模型預測環境防護距離主要針對無組織排放面源，木材熏蒸場污染物雖以體源形式進行擴散，但也屬于無組織排放，要預測其環境防護距離，在預測時將體源高度作為面源高度來設置參數.環境防護距離計算結果為250 m(表6)，圖7為環境防護距離示意圖，從圖7與圖2、4的比較來看，熏蒸場環境防護距離基本落在超標率＞3.1%和第10大值質量濃度大于6 mg/m3的范圍內，超過這個范圍，網格各點的超標率已很低.

3.3 預測結論

同江木材熏蒸場溴甲烷最大小時質量濃度和日均質量濃度發生時間均在每天的20:00～6: 00，也就是風速小、大氣強穩定性的夜間氣象條件下，且大值質量濃度集中在熏蒸線周圍.事實上，一列貨車熏蒸散氣僅利用一天中的2～4 h，木材熏蒸完全可以通過時間控制避開在夜間散氣，溴甲烷污染物通過在有利的氣象條件下擴散，可減小受污染面積，減輕對周圍大氣的影響.

根據環境防護距離預測結果，結合木材熏蒸小時質量濃度大值分布及質量濃度超標率，確定同江木材熏蒸場環境防護距離為500 m.

表6 熏蒸場環境防護距離計算結果

圖7 環境防護距離示意圖

4 污染防治對策與措施

1)熏蒸距離和時間控制.熏蒸線周圍溴甲烷超標次數和超標率極高，因此，在熏蒸時，熏蒸場周圍要設置警戒線，禁止沒有佩戴防毒器械的人員進入.木材熏蒸應避開在每天的20:00～6:00進行熏蒸散氣作業.

2)防護距離控制.為保護熏蒸場周圍村莊免受污染影響，在避免夜間熏蒸散氣的同時，還需進行環境防護距離的控制，根據熏蒸場的環境防護距離計算和溴甲烷質量濃度分布預測，同江木材熏蒸場的環境防護距離設為500 m，在該距離范圍內的村莊應搬遷，同時禁止新建居民區和學校等環境敏感建筑.在此范圍內，可進行綠化，種植植物，構成一定寬度的防護林帶，從而有效吸附溴甲烷.

3)熏蒸量和散氣方式控制.由于溴甲烷釋放量與其使用量有直接關系，為保證溴甲烷在大氣環境防護距離內達標，可控制和減少熏蒸木材的車皮數量，減少溴甲烷的使用量，從而降低其釋放量.同時散氣時采取逐步揭開帳幕的方式，避免同時掀開整列車帳幕使大量的殘余溴甲烷同時釋放，造成溴甲烷質量濃度的集中，增加空氣的污染程度.

5 結論

1)車載木材熏蒸是一種特殊形式的污染排放源，其污染排放呈現體源擴散特征.

2)熏蒸散氣過程溴甲烷小時最大落地質量濃度均發生在風速小、大氣穩定度高的氣象條件下，即夜晚20:00～6: 00，大值質量濃度落地點集中在熏蒸線附近，說明木材熏蒸場超標范圍集中在熏蒸線附近較小的范圍內.

3)由于溴甲烷大值小時質量濃度均發生在夜間，如果避開在該時段內散氣，可降低木材熏蒸對周圍環境的污染.

4)在采取控制熏蒸散氣時間的同時，在熏蒸場周圍還應設置環境防護距離，在該距離范圍內，控制土地利用開發，禁止作為居住用地.

［1］李今中.進境原木溴甲烷熏蒸除害處理技術［J］.植物檢疫， 2009，23(4):20－24.

［2］李建飛.莆田進口木材檢疫除害處理區溴甲烷污染影響分析與防治對策［J］.能源與環境，2006(4):36－38.

［3］丁信偉.可燃及毒性氣體擴散研究［J］.化學工程， 2000，28(1):33－36.

［4］徐貴升等.溴甲烷熏蒸對周圍環境的影響［J］.林業科技， 2002，27(1):10.

［5］國家質量監督檢驗檢疫總局.中國進境原木除害處理方法及技術要求［Z］.北京，2001.

Diffusion prediction and pollution control measures of fumigation pollutants of wood in train

QU Guang－yi1，2，DING Feng3，REN Nan－qi1，DAI Yong－li3

(1.School of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，150090 Harbin，China，quguangyi@tsdig.com;2.Department of Mechanical and Environmental Engineering，the 3rd Railway Survey and Design Institute，300251 Tianjin，China;3.Key Laboratory of Environmental Quality Modeling，Ministry of Environmental Protection，100012 Beijing，China)

As a special form of pollution emissions，the fumigation gas of CH3－Br discharged by log in train causes serious damage to the nervous system and respiratory system of human and animals.This paper took Tongjiang log fumigation site for example，selected body source model of AERMOD to simulate the diffusion of fumigation pollution and analyzed the impact of pollution.Results showed that high concentration of CH3－Br was centered in the surroundings of fumigation lines and most occurred at night.The farther away from the fumigation line，the lower the excess standard rate of CH3－ Br.With the prediction and the calculated maximum distance，pollution control measures were proposed for the fumigation field.

log fumigation in train;CH3－Br;prediction model;pollution control measures

TH133;TP183

A

0367－6234(2011)08－0070－06

2010－11－26.

屈廣義(1965—)，女，博士研究生，高級工程師;

任南琪(1959—)，男，博士生導師，中國工程院院士.

(編輯 劉 彤)