應用臭氣強度計算化工污水處理裝置衛生防護距離方法探討

尹勤，劉明，孫文杰，潘峰，仝紀龍

(1.蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州　730000； 2.蘭州大學環境質量評價研究中心，甘肅蘭州　730000)

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應用臭氣強度計算化工污水處理裝置衛生防護距離方法探討

尹勤1，劉明1，孫文杰1，潘峰2，仝紀龍2

(1.蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州730000； 2.蘭州大學環境質量評價研究中心，甘肅蘭州730000)

化工企業污水處理裝置無組織排放的惡臭氣體污染一直是環保部門及公眾關注的焦點。因此，該類項目衛生防護距離的確定也是環評工作的重點。以蘭州某石化公司化工污水處理裝置為例，在確定無組織排放源相關參數及氣象資料的基礎上，采用AERMOD模式計算惡臭污染物以《工業企業設計衛生標準》(TJ 36—79)中的一次最高容許濃度作為標準限值時的衛生防護距離為400 m，以臭氣強度為1.5級時的污染物濃度作為標準限值時為1 400 m，并與《石油化工企業衛生防護距離》(SH 3093—1999)給出的900 m進行對比，確定采用1 400 m作為該項目的衛生防護距離進行管理。

臭氣強度；化工污水處理裝置；AERMOD模式；衛生防護距離

《中華人民共和國大氣污染防治法》規定，企業事業單位和其他生產經營者在生產經營活動中產生惡臭氣體的，應當科學選址，設置合理的防護距離，并安裝凈化裝置或者采取其他措施，防止排放惡臭氣體。為貫徹《中華人民共和國大氣污染防治法》，控制惡臭污染物對大氣的污染，保護和改善環境，國家制訂《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—93)。此標準分年限規定了8種惡臭污染物的一次最大排放限值、復合惡臭物質的臭氣濃度限值及無組織排放源的廠界濃度限值。但是，根據韋伯-費希納(Weber-Fechner)公式，惡臭給人的感覺量(惡臭強度I)與對人的刺激量(惡臭物質濃度C)的對數成正比[1]。因此，在實際情況中，往往惡臭污染物廠界濃度達標，但位于衛生防護距離之外的周邊居民點處仍頻繁發生惡臭擾民事件。

本文以蘭州某石化公司化工污水處理廠為例，在確定該化工污水處理裝置無組織排放污染源相關參數的基礎上，結合項目所在地全年氣象資料，采用AERMOD大氣預測模式計算以《工業企業設計衛生標準》(TJ 36—79)(以下簡稱TJ 36—79)中規定的一次最高容許濃度作為標準限值時的環境防護距離。然后結合污染物濃度與臭氣強度的經驗關系，提出以臭氣強度為1.5級時污染物濃度作為標準限值時的環境防護距離。并與《石油化工企業衛生防護距離》(SH 3093—1999)(以下簡稱SH 3093—1999)[2]中給出的距離進行對比分析，選取更為合理的防護距離，以期為今后開展污水處理廠惡臭治理及環境管理措施提供參考[3-5]。

1　臭氣強度限值

日本《惡臭防治法》規定，將臭氣強度與其濃度相結合，確定臭氣強度的限制標準值。大量采用歸納法計算得出的數據表明，惡臭的濃度和強度的關系符合韋伯定律：

Y=klg (22.4·X/M)+A

式中，Y為臭氣強度(平均值)；X為惡臭的質量濃度，mg/m3；k和A為常數，不同物質取值不同；M為惡臭污染物的相對分子質量。

我國臭氣強度測定采用日本的6級強度測試法，將人對氣體的嗅覺感覺劃分為0～5級，如表1所示[6]。其中，臭氣強度1級是可以嗅出氣味存在的檢測閾值，臭氣強度2級是能夠辨認氣味性質特征的認定閾值。臭氣強度標準值的確定，既要考慮人們對惡臭氣味的忍受程度，也要考慮產生惡臭的污水廠的實現程度。因此，確定無組織排放的臭氣強度標準值為1.5級較為合理。

表1臭氣強度分級

Table 1The classification of odor strength

臭氣強度(級)012345表示方法無臭勉強可感覺出的氣味(檢測閾值)稍可感覺出的氣味(認定閾值)易感覺出的氣味較強的氣味(強臭)強烈的氣味(劇臭)

本文以NH3和H2S作為主要的惡臭污染物[7]。根據TJ 36—79中規定的居住區大氣中有毒有害物質的一次最高容許濃度限值確定NH3的評價標準為0.2 mg/m3，H2S的評價標準為0.01 mg/m3。根據韋伯定理，計算惡臭污染物環境質量濃度限值與臭氣強度限值的關系，如表2所示[8-9]。

表2惡臭污染物環境質量濃度限值與臭氣強度限值關系

Table 2The relationship between the environmental quality concentration limits of odor and the standard of odor strength

惡臭污染物名稱環境質量濃度限值/(mg/m3)臭氣強度限值/級臭氣物質濃度與臭氣強度的函數關系(x的單位為mg/m3)NH30.2(TJ36—79)1.400.2261.50y=1.67lg(22.4x/17)+2.38H2S0.01(TJ36—79)2.070.00251.50y=0.95lg(22.4x/34)+4.14

2　預測模式及模式參數選取

模式采用《環境影響評價技術導則 大氣環境》(HJ 2.2—2008)推薦的進一步預測模式AERMOD模式。該模式將最新的大氣邊界層和大氣擴散理論應用到空氣污染擴散模式中，適合無組織排放源的擴散特點，更能反映污染物的實際擴散規律[10-11]。

2.1模式參數的選取

(1)氣象數據。本次預測采用的地面常規氣象數據來自蘭州市52 889氣象觀測站臺2015年逐日逐次氣象的觀測數據，站臺所在地理位置為103.88°E、36.05°N，位于東8時區。根據地面氣象數據分析可知，該地區全年主導風向為東北方向，平均風速為1.2 m/s。

高空氣象數據采用的是距項目所在地31 km的榆中氣象觀測站高空氣象資料，符合《環境影響評價技術導則 大氣環境》(HJ 2.2—2008)中關于高空氣象數據的使用規定。

(2)地形數據。地形高程采用中國科學院國際科學數據服務平臺提供的全球90 m×90 m的地形數據，如圖1所示[12]。

圖1　90 m×90 m地形數據Fig.1　90 m×90 m terrain data

(3)污染源參數及標準值。確定無組織排放面源源強的方法較多。崔積山[13]等利用地面濃度反推法，分別對兩處石化企業污水處理廠的面源無組織排放源強進行了計算。因此，采用地面濃度反推法確定本次化工污水處理裝置惡臭氣體源強[14]。地面濃度反推法以高斯模式為理論基礎，無組織排放源強的計算公式為：

地面濃度反推法計算參數見表3。通過計算可知，該化工污水處理裝置NH3和H2S的無組織排放源強分別為0.162 kg/h和0.015 kg/h；項目污染源排放高度為5 m，無組織面源面積為4 516 m2。

2.2預測方案

該項目位于蘭州市西固區的化工園區，預測區域以排放源(化工污水處理裝置)所在點為基準點，預測范圍為5 km×5 km，計算最終輸出的受無組織排放面源影響的評價區域內各預測網格點的小時平均濃度最大值，并繪制小時平均最高濃度等值線圖，通過結合評價區域污染物濃度限值，進而確定衛生防護范圍，從而得出衛生防護距離[15]。

表3地面濃度反推法計算參數值

Table 3The calculated parameter values of the ground concentration reverse calculation method

污染物ρz0/(mg/m3)u10/(m/s)距離/mσz/mσy/mσy0/mH/mQc/(kg/h)NH30.055251.26792.859.9317.738.6730.162H2S0.0051.26792.859.9317.738.6730.015

3　結果對比分析

3.1計算結果

根據AREMOD模式計算結果，輸出NH3和H2S的小時濃度等值線圖，如圖2和圖3所示。

根據圖2，在臭氣環境質量濃度限值下，該項目區以外區域的NH3濃度不會超標。而在臭氣強度限值下，該項目區以外區域的NH3濃度不會超標。

根據圖3，在臭氣環境質量濃度限值下，濃度超過0.01 mg/m3處距離面源中心的最遠估算距離為320 m。而在臭氣強度限值下，濃度超過0.002 5 mg/m3處距離面源中心的最遠估算距離為1 280 m。

圖2　NH3濃度等值線圖Fig.2　NH3 concentration contour map

圖3　H2S濃度等值線圖Fig.3　H2S concentration contour map

《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》(GB/T 3840—91)規定，衛生防護距離在100 m以內時，級差為50 m；超過100 m，但小于或等于1 000 m時，級差為100 m；超過1 000 m以上，級差為200 m。因此，由圖2、圖3綜合分析可知，在臭氣環境質量濃度限值下，確定化工污水處理裝置的衛生防護距離為400 m；在臭氣強度限值下，確定化工污水處理裝置的衛生防護距離為1 400 m。

3.2結果分析和比較

按照計算結果，SH 3093—1999中規定的衛生防護距離、在臭氣環境質量濃度限值下，以及在臭氣強度限值下計算出的衛生防護距離分別為900 m、400 m、1 400 m。由此可得出如下分析：

(1)在臭氣環境質量濃度限值下計算出的衛生防護距離為400 m。由于TJ 36—79是于1979年11月1日正式實施，施行時間較長，期間未對該標準進行相應修訂。隨著時代進步及工業企業技術發展，公眾對環境保護的重視程度加強，工業企業裝置設備外排的污染物濃度要求進一步提高，因此TJ 36—79規定的標準限值略顯滯后。

(2)在臭氣強度限值下計算出的衛生防護距離為1 400 m。隨著時代的進步，公眾的環境保護意識會越來越強。本項目采用臭氣強度1.5級時污染物濃度作為標準限值，具有超前考慮因素。

(3)由于西固區該石化企業乙烯生產能力為46萬t/a，當地年平均風速為1.33 m/s，因此選用SH 3093—1999在乙烯生產規模在30～60萬t/a之間，當地近5年平均風速小于2.0 m/s條件下給出的900 m作為該石化企業化工污水處理裝置的衛生防護距離。該方法僅適用于地處平原、微丘陵地區的石油化工企業和其他裝備的衛生防護距離確定，尚未考慮地形條件對惡臭氣體無組織排放的影響。

4　結論

(1)本文分別考慮以TJ 36—79中規定的污染物一次最高容許濃度和以臭氣強度為1.5級時的污染物濃度作為標準限值時，計算出化工污水處理裝置的衛生防護距離，以及SH 3093—1999對石化企業衛生防護距離確定的要求，分別確定了蘭州某石化公司化工污水處理裝置的衛生防護距離。其中，在臭氣環境質量濃度限值下計算出的衛生防護距離為400 m；在臭氣強度限值下計算出的衛生防護距離為1 400 m；SH 3093—1999給出的衛生防護距離為900 m。

(2)結合臭氣環境質量濃度限值和臭氣強度限值，通過采用AERMOD模式計算惡臭污染物在復雜地形條件下的衛生防護距離值，以及SH 3093—1999給出的衛生防護距離值，并從防止石油化工企業化工污水處理裝置無組織排放的惡臭污染物對居住區造成污染、保護人體健康角度出發，確定在臭氣強度限值下，采用AERMOD計算得出的1 400 m作為化工污水處理裝置的衛生防護距離進行防護管理。

(3)合理可行的石化企業衛生防護距離的確定，需充分了解項目詳細情況及項目周邊環境情況，進行綜合考慮。為推動區域的合理規劃、促進石化企業的可持續發展、保護人體健康，化工污水處理廠需對無組織排放的惡臭污染物進行惡臭綜合治理，有效減少惡臭污染物的無組織排放量。

[1]郭靜, 梁娟, 匡穎, 等. 污水處理廠惡臭污染狀況分析與評價[J]. 中國給水排水, 2002, 18(2): 41- 42.

[2]中國石化北京設計院. SH 3093—1999 石油化工企業衛生防護距離[S]. 北京: 中國石化出版社, 1999.

[3]袁曉華. 石化企業無組織排放控制與防護距離關系[J]. 環境影響評價, 2015, 37(1): 34- 36.

[4]薛松, 和慧, 鄧莉蕊, 等. 污水處理廠惡臭防治對策及環境影響評價研究[J]. 青島理工大學學報, 2012, 33(2): 98- 103.

[5]付鵬, 潘峰, 莫欣岳, 等. 不同地形條件下煉油污水處理裝置衛生防護距離問題探討[J]. 環境影響評價, 2015, 37(6): 52- 56.

[6]耿靜, 韓萌, 王亙, 等. 臭氣強度與臭氣濃度間的定量關系研究[J]. 城市環境與城市生態, 2014(4): 27- 30.

[7]唐小東. 城市污水處理廠揮發性有機惡臭污染物的來源及感官定量評價[D]. 廣州: 暨南大學, 2011.

[8]李應芝. 惡臭氣體污染與評價[J]. 山東環境, 1996(1): 16- 18.

[9]鄒梓, 林劍, 陳娟, 等. 垃圾填埋場臭氣評價方法研究[C]//首屆貴州環境影響評價論壇論文選編， 2008: 75- 78.

[10]孟偉. 石化企業惡臭污染影響評估與標準研究[D]. 北京: 中國石油大學, 2007.

[11]李冰晶, 仝紀龍, 潘峰, 等. 利用AERMOD預測焦化行業大氣環境影響實例分析[J]. 環境工程, 2013, 31(5): 156- 160.

[12]張旭. AERMOD模式在大氣環境影響評價中的規范使用[D]. 蘭州: 蘭州大學, 2010.

[13]崔積山, 張鵬, 歐陽振宇. 地面濃度反推法計算無組織排放廢氣的應用研究[J]. 廣東化工, 2013, 40(5): 3- 5.

[14]趙東風, 張鵬, 戚麗霞, 等. 地面濃度反推法計算石化企業無組織排放源強[J]. 化工環保, 2013, 33(1): 71- 75.

[15]王棟成, 王靜, 曹潔, 等. 大氣環境防護距離與衛生防護距離確定技術方法對比研究[J]. 氣象與環境學報, 2009(4): 66- 71.

Discussion on Calculating Chemical Sewage Treatment Plant Health Protection Distance by Using Odor Intensity

YIN Qin1, LIU Ming1, SUN Wen-jie1, PAN Feng2, TONG Ji-long2

(1.College Of Atmospheric Science, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2.Environmental Quality Assessment Research Center, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

Fugitive emissions of malodorous gas pollution from chemical sewage treatment devices are the focus of attention for environmental protection departments and the public. Therefore, the emphasis thing in these projects is to determine the health protection distance of the EIA work. Taking the chemical sewage treatment device project of a petrochemical industry company in Lanzhou as an example, based on determining the related parameters of unorganized emission sources and meteorological data, by using AERMOD model and the TJ 36-79 a maximum allowable concentration limits as standard this paper calculates the health protection distance for odor pollutants is 400 m, and when the concentration of pollutants in odor intensity at Level 1.5 as the standard limits is 1 400 m. In addition, these results are compared with 900 m from Health Protection Distance for Petrochemical Industry Enterprises (SH 3093-1999). Finally, 1 400 m is determined to be the health protection distance for management in this project.

odor intensity; chemical sewage treatment plant; AERMOD model; health protection distance

2016-08-01

尹勤(1993—)，女，江蘇南京人，碩士研究生，主要研究方向為應用氣象類環境影響評價，Email：yinqlzu@163.com

潘峰(1968—)，男，甘肅蘭州人，教授，博士，主要研究方向為環境影響評價、環境管理與規劃，Email：22399@163.com

10.14068/j.ceia.2016.05.018

X823

A

2095-6444(2016)05-0069-04