上海市崇明縣不同規(guī)模養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離研究

汪冬冬，史云鵬，桂 青

（上海勘測設(shè)計研究院，上海200434）

1 引言

隨著規(guī)模化養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展及公眾對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，養(yǎng)豬場惡臭污染已受到高度關(guān)注。目前國內(nèi)外對惡臭污染的研究主要集中于惡臭污染物成分分析、實(shí)時監(jiān)測、控制及去除方法研究、惡臭污染物擴(kuò)散方式與預(yù)測模型的研究，以及對人畜健康的危害等方面［1］。而對養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離的研究相對較少。本文將惡臭防護(hù)距離界定為保護(hù)養(yǎng)殖場周圍人群的健康，減少養(yǎng)殖場惡臭污染物對周圍居民區(qū)的環(huán)境影響，在惡臭污染源和居民區(qū)之間設(shè)立的環(huán)境防護(hù)距離。

國外對惡臭防護(hù)距離的確定主要基于以下兩種方法：一是根據(jù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，在惡臭源頭和居民區(qū)之間設(shè)立防護(hù)距離，如美國農(nóng)業(yè)工程協(xié)會（ASAE）工程準(zhǔn)則中推薦畜牧場應(yīng)保持與最近的居住區(qū)0.4～0.8km距離為宜［2］；二是利用奧地利修正擴(kuò)散模型（AODM）、高斯模型、明尼蘇達(dá)州OFFSET模型等擴(kuò)散模型計算防護(hù)距離，如Chapin等經(jīng)計算得出存欄數(shù)每增加2500頭豬，防護(hù)距離增加70～140m，最大防護(hù)距離分別為800m和1600m［3］。國內(nèi)對惡臭防護(hù)距離的確定主要采用現(xiàn)場監(jiān)測對比行業(yè)惡臭排放標(biāo)準(zhǔn)來確定相應(yīng)的惡臭影響范圍，如李國學(xué)認(rèn)為養(yǎng)殖場對周圍環(huán)境的惡臭影響范圍在200～500m方圓區(qū)域內(nèi)［4］。然而，國內(nèi)外對有關(guān)不同規(guī)模養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離的確定以及采用何種方法對其進(jìn)行確定的研究分析并不多見。本文以上海市崇明縣為例，探討不同規(guī)模的養(yǎng)豬場與居民區(qū)之間所需設(shè)置的惡臭防護(hù)距離，并提出適用于不同規(guī)模養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離的適宜方法，以期為區(qū)域畜禽養(yǎng)殖惡臭污染綜合整治和環(huán)境管理提供參考。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

上海市崇明縣由崇明、長興、橫沙等三島組成，下轄16鎮(zhèn)2鄉(xiāng)。境內(nèi)地勢平坦，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，季風(fēng)特點(diǎn)明顯，雨水充沛，日照充足。年平均氣溫15.3℃，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，平均風(fēng)速3.9m/s。近年來，全縣著力推進(jìn)高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)處于穩(wěn)定發(fā)展的良好態(tài)勢，隨著低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推行，全縣建成了約3萬畝的低碳農(nóng)業(yè)園區(qū)。但由于園區(qū)內(nèi)的土地多為灘涂圍墾而成，土地有機(jī)質(zhì)含量低，需要大量有機(jī)肥替代化肥進(jìn)行涵養(yǎng)。因此，為打造有機(jī)生態(tài)農(nóng)業(yè)，崇明縣境內(nèi)建設(shè)了多個高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場，尤其是建設(shè)了多個不同規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化生態(tài)養(yǎng)豬場，與農(nóng)業(yè)園區(qū)進(jìn)行配套。在向社會提供大量無公害畜禽的同時，亦向農(nóng)業(yè)園區(qū)提供其所急需的大量有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合、相互促進(jìn)發(fā)展、生態(tài)循環(huán)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。

2.2 惡臭防護(hù)距離的確定方法

目前對惡臭防護(hù)距離的確定主要由基于SCREEN3估算模式的大氣環(huán)境防護(hù)距離、基于衛(wèi)生防護(hù)距離公式的衛(wèi)生防護(hù)距離和畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定距離綜合對比來確定。

2.2.1 基于SCREEN3估算模式的大氣環(huán)境防護(hù)距離

《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.2－2008）對大氣環(huán)境防護(hù)距離的定義是為保護(hù)人群健康，減少正常排放條件下大氣污染物對居住區(qū)的環(huán)境影響，在項(xiàng)目廠界以外設(shè)置的環(huán)境防護(hù)距離。同時在大氣環(huán)境防護(hù)距離管理要求中規(guī)定在大氣環(huán)境防護(hù)距離內(nèi)不應(yīng)有長期居住的人群，并采用推薦模式中的大氣環(huán)境防護(hù)距離模式計算各無組織排放源的大氣環(huán)境防護(hù)距離［5］。

推薦模式中的大氣環(huán)境防護(hù)距離模式是基于估算模式開發(fā)的計算模式，主要用于確定無組織排放源的大氣環(huán)境防護(hù)距離。SCREEN3是一種基于ISC3模型的估算模式，采用單源高斯煙羽擴(kuò)散模式，適合于模擬小尺度范圍內(nèi)、流場一致情況下，氣態(tài)污染物的傳輸與擴(kuò)散情況，同時也可用于模擬點(diǎn)、面、線、體源及逆溫和海岸線等情況下，下風(fēng)向軸線上污染物的最大濃度［6］。目前的研究計算和《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.2－2008）中都采用這種估算模式。因此，本文采用SCREEN3估算模型來計算不同規(guī)模養(yǎng)豬場的大氣環(huán)境防護(hù)距離。

2.2.2 基于衛(wèi)生防護(hù)距離公式的衛(wèi)生防護(hù)距離

《制定大氣污染物排放的技術(shù)方法》（GB/T13201－91）中規(guī)定無組織排放的有害氣體進(jìn)入呼吸帶大氣層時，其濃度如超過GB3095《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》與TJ36《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的居住區(qū)容許濃度限值，則無組織排放源所在的生產(chǎn)單元（生產(chǎn)區(qū)、車間或工段）與居住區(qū)之間應(yīng)設(shè)置衛(wèi)生防護(hù)距離［7～9］。因此，本文參照GB/T13021－91中關(guān)于有害氣體衛(wèi)生防護(hù)距離的計算公式，計算不同規(guī)模養(yǎng)豬場的衛(wèi)生防護(hù)距離。

衛(wèi)生防護(hù)距離計算公式如下：

式中：Cm為標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，mg·m－3；Qc為工業(yè)企業(yè)有害氣體無組織排放量可以達(dá)到的控制水平，kg·h－1；L為工業(yè)企業(yè)所需衛(wèi)生防護(hù)距離，m；r為有害氣體無組織排放源所在生產(chǎn)單位的等效半徑，m，根據(jù)該生產(chǎn)單元占地面積S（m2）計算；A、B、C、D為衛(wèi)生防護(hù)距離計算系數(shù)，無因次，根據(jù)工業(yè)企業(yè)所在地區(qū)近5年平均風(fēng)速及工業(yè)企業(yè)大氣污染源構(gòu)成類別從表1中查取。

表1 衛(wèi)生防護(hù)距離計算系數(shù)

《制定大氣污染物排放的技術(shù)方法》（GB/T13201－91）中規(guī)定衛(wèi)生防護(hù)距離在100m以內(nèi)時，級差為50m；超過100m，但小于或等于1000m時，級差為100m；超過1000m以上，級差為200m。

2.2.3 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定距離

《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》（HJ/T81－2001）的選址要求中規(guī)定：“新建、改建、擴(kuò)建的畜禽養(yǎng)殖場選址應(yīng)避開規(guī)定的禁建區(qū)域（生活飲用水水源保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)及緩沖區(qū)；城市和城鎮(zhèn)居民區(qū)，包括文教科研區(qū)、醫(yī)療區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、游覽區(qū)等人工集中地區(qū)；縣級人民政府依法劃定的禁養(yǎng)區(qū)域；國家或地方法律、法規(guī)規(guī)定需特殊保護(hù)的其他區(qū)域），在禁建區(qū)域附近建設(shè)的，應(yīng)設(shè)在禁建區(qū)域常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向或側(cè)風(fēng)向處，場界與禁建區(qū)域邊界的最小距離不得小于500m”［10］。因此，本文也按照規(guī)范中規(guī)定對不同規(guī)模養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離進(jìn)行確定。

2.3 養(yǎng)豬場規(guī)模、惡臭污染因子及源強(qiáng)確定

根據(jù)全面性、典型性與可操作性等原則，加之目前國內(nèi)外養(yǎng)豬場惡臭污染物成分研究主要集中在對環(huán)境危害性較大的NH3和H2S兩種成分上。因此，本文選取NH3和H2S這兩種特征性惡臭污染因子對從1萬頭至20萬頭規(guī)模不等的養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離進(jìn)行研究。

表2 不同規(guī)模養(yǎng)豬場NH3和H2S的源強(qiáng)

由于地理位置和氣象條件的差異，不同養(yǎng)豬場的NH3和H2S源強(qiáng)也有所不同。NH3和H2S源強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為一個存欄為10.8萬頭的普通生豬養(yǎng)殖場每小時向大氣排放159kg NH3、14.5kg H2S［11，12］。本文主要根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合目前上海市崇明縣標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)豬場大都采用添加益生菌的低氮型飼料進(jìn)行飼喂，其飼喂方式可使惡臭濃度下降97.7%這一情況來進(jìn)行源強(qiáng)確定，得出不同規(guī)模養(yǎng)豬場NH3和H2S的排放源強(qiáng)（表2）。

3 結(jié)果與分析

在以上三種方法計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，取計算結(jié)果中最大距離作為不同規(guī)模養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離（表3）。根據(jù)結(jié)果分析可知，當(dāng)養(yǎng)豬場的規(guī)模小于或等于12萬頭時，惡臭防護(hù)距離按照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》（HJ/T81－2001）中的“養(yǎng)殖場場界與禁建區(qū)域邊界的最小距離不得小于500m”的規(guī)定進(jìn)行確定，為500m；當(dāng)規(guī)模大于12萬頭時，惡臭防護(hù)距離則按照SCREEN3模型計算的大氣環(huán)境防護(hù)距離進(jìn)行確定。

由于惡臭污染物排放源包括畜舍及活動場、糞便堆放區(qū)等無組織排放源或者是數(shù)量多且源強(qiáng)、源高都不大的點(diǎn)源，需要作為面源來考慮。因此，本研究采用面源擴(kuò)散模式對上述結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，采用高斯面源擴(kuò)散預(yù)測模型分別對不同規(guī)模產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)在下風(fēng)向的最大落地濃度和距離進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果（表4）對惡臭防護(hù)距離的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。計算結(jié)果表明不同規(guī)模養(yǎng)豬場惡臭污染物最大落地濃度點(diǎn)的下風(fēng)向距離為290m，在確定的惡臭防護(hù)距離范圍內(nèi)，故不同規(guī)模養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離結(jié)果可信。

4 討論

4.1 NH3和H2S對防護(hù)距離的響應(yīng)

利用衛(wèi)生防護(hù)距離公式以及估算大氣環(huán)境防護(hù)距離的SCREEN3模型對惡臭防護(hù)距離進(jìn)行計算，確定了不同規(guī)模的養(yǎng)豬場NH3和H2S兩種惡臭污染因子各自的衛(wèi)生防護(hù)距離和大氣環(huán)境防護(hù)距離（表3）。分析可知，惡臭污染因子H2S對最終的大氣環(huán)境防護(hù)距離和衛(wèi)生防護(hù)距離的確定均起到?jīng)Q定性作用。

進(jìn)一步分析可知（圖1），在不考慮畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范對惡臭防護(hù)距離規(guī)定的情況下，養(yǎng)豬場規(guī)模在10萬頭以下時，惡臭防護(hù)距離則應(yīng)按照衛(wèi)生防護(hù)距離公式計算出的H2S衛(wèi)生防護(hù)距離進(jìn)行確定；養(yǎng)豬場規(guī)模在大于或等于10萬頭時，惡臭防護(hù)距離則應(yīng)按照SCREEN3估算模型計算出的H2S大氣環(huán)境防護(hù)距離進(jìn)行確定。

4.2 偏差分析

由于SCREEN3模型中污染源參數(shù)與預(yù)測參數(shù)的設(shè)定，致使不同規(guī)模的養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離研究結(jié)果存在一定的偏差。原因有三方面。一是本文將養(yǎng)豬場中的豬舍區(qū)、糞污處置區(qū)合并成為一個面源污染區(qū)，并主要針對豬舍區(qū)的不同養(yǎng)殖規(guī)模所產(chǎn)生的惡臭來確定惡臭防護(hù)距離；由于養(yǎng)豬場惡臭主要來源于糞污的腐敗分解，現(xiàn)代化養(yǎng)豬場均采用先進(jìn)的技術(shù)及時清理豬舍地面糞污，減少糞便在豬舍內(nèi)的發(fā)酵時間，并采用濕度、溫度等控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)豬舍內(nèi)部環(huán)境，保持舍內(nèi)干燥，減少舍內(nèi)粉塵、微生物的數(shù)量，且在距離豬舍一定距離處設(shè)置綠化帶，可大大減少豬舍區(qū)的惡臭，而養(yǎng)豬場主要的惡臭污染源為糞污處置區(qū)；因此，與實(shí)際狀況存在一定差異。二是SCREEN3模型中預(yù)測參數(shù)的設(shè)定并未將指定穩(wěn)定度和風(fēng)速考慮在內(nèi)，采用自動篩選大氣穩(wěn)定度和上海市崇明縣近5年的平均風(fēng)速進(jìn)行計算，從而導(dǎo)致不同規(guī)模惡臭源強(qiáng)的最大落地濃度和最大落地濃度點(diǎn)的下風(fēng)向距離有所偏差。三是與《村鎮(zhèn)規(guī)劃衛(wèi)生規(guī)范》中對養(yǎng)豬場衛(wèi)生防護(hù)距離的要求存在一定沖突，《村鎮(zhèn)規(guī)劃衛(wèi)生規(guī)范》（GB18055－2012）中規(guī)定對養(yǎng)豬場規(guī)模500～10000頭的衛(wèi)生防護(hù)距離為200～800m，10000～25000頭的衛(wèi)生防護(hù)距離為800～1000m［13］，而本文經(jīng)計算得出20萬頭規(guī)模養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離為800m。

表3 不同規(guī)模養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離

表4 養(yǎng)豬場NH3和H2S無組織排放擴(kuò)散最大落地濃度預(yù)測結(jié)果

圖1 不同規(guī)模養(yǎng)豬場H2S對防護(hù)距離的響應(yīng)

4.3 惡臭污染整治適宜性管理策略

針對不同規(guī)模養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離的確定，NH3和H2S對防護(hù)距離的響應(yīng)，以及偏差分析的結(jié)論，提出以下惡臭環(huán)境的適宜性管理策略：①將H2S作為確定養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離的決定性因子進(jìn)行考慮；②養(yǎng)豬場惡臭防護(hù)距離應(yīng)采用SCREEN3模型計算的大氣環(huán)境防護(hù)距離和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定2種方法進(jìn)行確定；③由于《村鎮(zhèn)規(guī)劃衛(wèi)生規(guī)范》由衛(wèi)生部發(fā)布實(shí)施，當(dāng)在養(yǎng)豬場與住宅區(qū)之間需設(shè)置一定適宜范圍的惡臭防護(hù)距離時，應(yīng)根據(jù)環(huán)境影響評價報告，由建設(shè)單位主管部門與建設(shè)項(xiàng)目所在區(qū)域的衛(wèi)生、環(huán)保部門共同確定。

5 結(jié)語

本文嘗試運(yùn)用SCREEN3估算模式、衛(wèi)生防護(hù)距離公式和畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定距離3種方法對不同規(guī)模養(yǎng)豬場的惡臭防護(hù)距離進(jìn)行確定，并以此為基礎(chǔ)從NH3和H2S對防護(hù)距離的響應(yīng)方面進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明：

（1）當(dāng)養(yǎng)豬場的規(guī)模小于或等于12萬頭時，惡臭防護(hù)距離按照畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定距離進(jìn)行確定；當(dāng)規(guī)模大于12萬頭時，惡臭防護(hù)距離則按照SCREEN3模型計算的大氣環(huán)境防護(hù)距離進(jìn)行確定。

（2）在不考慮畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范對惡臭防護(hù)距離規(guī)定的情況下，惡臭污染因子H2S決定大氣環(huán)境防護(hù)距離和衛(wèi)生防護(hù)距離；同時養(yǎng)豬場規(guī)模在10萬頭以下時，惡臭防護(hù)距離應(yīng)按照衛(wèi)生防護(hù)距離公式計算出的H2S衛(wèi)生防護(hù)距離進(jìn)行確定；養(yǎng)豬場規(guī)模在大于或等于10萬頭時，惡臭防護(hù)距離則應(yīng)按照SCREEN3估算模型計算出的H2S大氣環(huán)境防護(hù)距離進(jìn)行確定。

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