含硫氣田惡臭氣體閾限值與惡臭強度的關系

戴萬能，石 磊，劉文祝，袁 曄，高曉根

（1. 中國石油 西南油氣田公司天然氣研究院，四川 成都 610213；2. 中國石油 西南油氣田公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000；3. 中國石油 西南油氣田石油總醫院，四川 成都 610213）

環境評價

含硫氣田惡臭氣體閾限值與惡臭強度的關系

戴萬能1，石 磊2，劉文祝2，袁 曄3，高曉根1

（1. 中國石油 西南油氣田公司天然氣研究院，四川 成都 610213；2. 中國石油 西南油氣田公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000；3. 中國石油 西南油氣田石油總醫院，四川 成都 610213）

介紹了惡臭強度的6級分類法，針對含硫氣田典型的5種含硫惡臭化合物，利用韋伯-費希納公式研究了氣體濃度和惡臭強度的關系，計算并分析了我國環境標準和職業衛生標準規定的閾限值對應的惡臭強度。GB/T 14554—1993《惡臭污染物排放標準》規定一級廠界濃度標準限值對應的惡臭強度為2.5左右，二級新改擴建廠界標準限值對應惡臭強度為2.8左右。我國國家職業衛生標準GBZ 2.1—2007中規定的含硫惡臭氣體職業接觸限值對應的惡臭強度均在4以上。

含硫氣田；惡臭氣體；惡臭強度；閾限值

我國高含硫氣藏累計探明儲量逾1×1012m3［1］，大部分為含硫天然氣。除劇毒氣體硫化氫外［2］，含硫天然氣中還含有具有毒性的有機硫化物（甲硫醇、乙硫醇、甲硫醚和二甲基二硫等）。在含硫天然氣的開發、加工和處理過程中，由于排放和泄漏等原因導致含硫氣體的釋放，不僅會對大氣環境造成污染，還可能損害人體的健康［3-4］。天然氣中的含硫化合物往往還具有惡臭。惡臭被列為七種典型環境公害（大氣污染、水質污染、土壤污染、噪聲、土地下沉、振動、惡臭）之一，其治理問題亟待解決［5-6］。

本工作概述了惡臭評價的基本方法，針對含硫氣田主要的惡臭硫化物，研究了氣體濃度與惡臭強度的關系，根據我國環境和職業衛生標準，計算并分析了惡臭硫化物閾限值與惡臭強度的對應關系，以促進對惡臭硫化物的了解并指導生產過程中的勞動衛生防護。

1 惡臭評價

惡臭強度評價是按照惡臭氣味強弱程度分成不同級別，然后針對具體氣味由專業嗅辨員進行級別評定。這種強度評價方法易于理解與操作，但是不同國家、地區對于惡臭的分級不同，如美國采用8級分類法，日本采用6級分類法。我國多采用日本惡臭對策委員會規定的6級臭氣強度分級法，如表1所示。惡臭強度級數的增加表示惡臭程度的加劇，當惡臭強度超過3級時，即可認為環境受到了惡臭污染。

表1 惡臭強度6級分類法

2 惡臭強度與氣體濃度的關系

惡臭作為一種環境公害，是通過刺激人的嗅覺器官造成情緒、心理上的不適或厭惡，即惡臭程度是一種主觀評價。盡管主觀感覺因人而異，也會受到其他因素的影響，但氣味的感覺強度與氣體濃度有著必然的內在聯系。

恩斯特·海因里希·韋伯和古斯塔夫·西奧多·費希納對人體的主觀感覺強度和外界的客觀刺激強度之間的關系進行了深入研究，在19世紀60年代提出了著名的韋伯-費希納定律。由韋伯-費希納定律得出的惡臭氣體濃度-強度關系式見式（1）。5種惡臭氣體濃度-強度關系式的參數見表2［7］。

式中：I為惡臭強度，無量綱；k為韋伯-費希納系數；φ為惡臭氣體體積分數，10-6；a為氣體常數。

表2 5種惡臭氣體濃度-強度關系式的參數

將表2中的惡臭氣體濃度-強度關系式參數代入式（1），得到惡臭氣體濃度-強度的關系，見圖1。由圖1可見：橫坐標經過對數轉換后，惡臭氣體濃度-強度關系均表現為直線；在較低濃度時，惡臭強度隨氣體濃度升高而急劇增加；在較高濃度時，惡臭強度的增加相對平緩。若降低1/2的惡臭強度，約需降低9/10的惡臭氣體濃度。由圖1還可見：惡臭氣體的嗅閾值（惡臭強度為1.5時的惡臭氣體質量濃度）很低，其中乙硫醇的嗅閾值最低，二甲基二硫的嗅閾值最高；隨惡臭氣體濃度的增加，甲硫醇的惡臭強度最先達到5.0。

圖1 惡臭氣體濃度-強度關系圖

3 我國環境標準與惡臭強度的關系

為了控制惡臭污染物對大氣的污染，保護和改善環境，原國家環境保護總局于1993年發布了GB/T 14554—1993《惡臭污染物排放標準》［8］，對包括硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲基二硫等8種惡臭污染物的排放限值和濃度進行了規定。一級廠界和二級新改擴建廠界的惡臭指標以及按照式（1）計算的惡臭氣體嗅閾值見表3。

表3 惡臭氣體嗅閾值與廠界標準指標

由表3可見，惡臭硫化物廠界的標準濃度比嗅閾值高出一個數量級，說明在滿足相應濃度要求的前提下，我國標準允許在排污單位周圍存在一定程度的惡臭。由表3還可見，我國標準規定的一級廠界濃度標準限值對應的惡臭強度為2.5左右，二級新改擴建廠界標準限值對應惡臭強度為2.8左右，接近于中等惡臭強度值。在GB/T 14554—1993中沒有規定乙硫醇的廠界濃度限值。由圖1可見，當惡臭強度為2.5～2.8時，甲硫醇和乙硫醇的氣體質量濃度接近。因此，可按照甲硫醇的標準限定乙硫醇的濃度和惡臭強度。

4 職業接觸限值與惡臭強度的關系

含硫惡臭氣體往往具有毒性，接觸后會對人體造成生理傷害，嚴重時甚至危及生命。為了保護勞動者的身體健康和生命安全，不同國家（地區）對含硫惡臭氣體的職業接觸限值有著相應的標準或規定。我國國家職業衛生標準GBZ 2.1—2007《工作場所有害因素職業接觸限值 化學有害因素》［9］對硫化氫、甲硫醇和乙硫醇的職業接觸限值進行了規定。含硫惡臭氣體職業接觸限值與惡臭強度見表4。表4中甲硫醚和二甲基二硫的職業接觸限值與惡臭強度源自美國政府工業衛生醫師協會（ACGIH）2010年發布的數據［10-11］。MAC為最高容許濃度，指在一個工作日內、任何時間有毒化學物質均不應超過的濃度；TWA為時間加權平均容許濃度，一般指在每周工作5 d、每天工作8 h的情況下化學物質的時間加權平均濃度。除硫化氫的職業接觸限值種類為最高容許濃度外，其余含硫惡臭物質接觸限值均以時間加權平均容許濃度進行限制。

表4 含硫惡臭氣體職業接觸限值與惡臭強度

由表4可見，含硫惡臭氣體職業接觸限值對應的惡臭強度均在4以上，其中硫化氫和甲硫醇的惡臭強度達到5.0，說明含硫惡臭氣體在濃度未達到衛生標準的限值前就已嚴重刺激人的嗅覺。即當人聞到較強惡臭前，含硫氣體的濃度往往未超過職業接觸限值。含硫惡臭物質的臭味可作為對人體產生危害的預示。但處于高濃度（質量濃度超過150 mg/ m3）的硫化氫環境中，人會由于嗅覺神經受到麻痹而快速失去嗅覺。長時間處于低硫化氫濃度的大氣中也會使嗅覺靈敏度減弱。因此對于硫化氫而言，不能依靠氣味來警示危險濃度［12］。

5 結論

a）含硫惡臭氣體的嗅閾值很低。在惡臭氣體濃度較低時，隨氣體濃度升高惡臭強度急劇增加。若降低1/2的惡臭強度，約需降低9/10的惡臭氣體濃度。

b）GB/T 14554—1993《惡臭污染物排放標準》規定一級廠界濃度標準限值對應的惡臭強度為2.5左右，二級新改擴建廠界標準限值對應惡臭強度為2.8左右。

c）含硫惡臭氣體職業接觸限值對應的惡臭強度均在4以上，含硫惡臭物質的臭味可作為對人體產生危害的預示。但硫化氫不能依靠氣味來警示危險濃度。

［1］ 黃黎明. 高含硫氣藏安全清潔高效開發技術新進展［J］. 天然氣工業，2015，35（4）：1 - 6.

［2］ 石油工業安全專業標準化技術委員會. SY/T 5087—2005 含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法［S］. 北京：石油工業出版社，2005.

［3］ 王剛. 煉油惡臭污染治理技術在中國石化天津分公司的應用實例［J］. 化工環保，2014，35（3）：235 -239.

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［5］ 沈培明. 惡臭的評價與分析［M］. 北京：化學工業出版社，2005：1 - 2.

［6］ 馬興冠，馬瑩. 含硫惡臭氣體處理方法的研究進展［J］. 遼寧化工，2011（3）：249 - 251.

［7］ 日本環境衛生中心. 關于惡臭物質等的研究報告［R］.神奈川縣：日本環境衛生中心，1980：248 - 250.

［8］ 天津市環境保護科學研究所，北京市機電研究院環保技術研究所. GB/T 14554—1993 惡臭污染物排放標準［S］. 北京：中國標準出版社，1994.

［9］ 中國疾病預防控制中心職業衛生與中毒控制所，復旦大學公共衛生學院，華中科技大學同濟公共衛生學院，等. GBZ 2.1—2007 工作場所有害因素職業接觸限值 化學有害因素［S］. 北京：人民衛生出版社，2007.

［10］ 王祖兵. ACGIH 2010年工作場所化學物質閾限值名單：一［J］. 職業衛生與應急救援，2010，28（6）：289 - 292.

［11］ 王祖兵. ACGIH 2010年工作場所化學物質閾限值名單：續1［J］. 職業衛生與應急救援，2011，29（1）：8 - 11.

［12］ 石油工業安全專業標準化技術委員會. SY/T 6277—2005 含硫油氣田硫化氫監測與人身 安全防護規程［S］. 北京：石油工業出版社，2005.

（編輯 王 馨）

Relationship between odor threshold limit value and odor intensity in sour gas fields

Dai Wanneng1，Shi Lei2，Liu Wenzhu2，Yuan Ye3，Gao Xiaogen1

（1. Research Institute of Natural Gas Technology，PetroChina Southwest Oil & Gasfi eld Company，Chengdu Sichuan 610213，China；2. Central Sichuan Oil-gas Mine，PetroChina Southwest Oil & Gasfi eld Company，Suining Sichuan 629000，China；3. Hospital Center，PetroChina Southwest Oil & Gasfi eld，Chengdu Sichuan 610213，China）

The 6-level classifi cation method of odor intensity was introduced. Focusing on the 5 typical odor sulfi des in sour gas fi elds，the relationship between gas concentration and odor intensity was studied using the Weber-Fechner’s formula，and the odor intensities corresponding to the threshold limit value provided in Chinese environmental standards and occupational health standards were calculated. The calculation results show that：According to the national emission standard of GB/T 14554-1993，the odor intensities corresponding to the fi rst-and second-grade limits of gas concentration in factory boundary are about 2.5 and 2.8 respectively；According to the national occupational health standard of GBZ 2.1-2007，the odor intensity corresponding to the occupational exposure limits of odor sulfi des are all above 4.

sour gas fi eld；odor gas；odor intensity；threshold limit value

X511

A

1006-1878（2016）01-0106-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.01.021

2015 - 08 - 24；

2015 - 10 - 15。

戴萬能（1984—），男，四川省樂山市人，博士，工程師，電話 028 - 85604589，電郵 dai_wn@petrochina.com.cn。