基于熵權法的化工園區有毒有害大氣污染物環境風險排序研究

陳旭東(山西晉環科源環境資源科技有限公司，山西 太原 030020)

1 研究背景

大氣環境風險是化工園區突發環境事件的主要因素之一，加強有毒有害大氣污染物的監控和管理是防范環境風險的重要手段[1]。鑒于化工園區涉及危險化學品種類多，化工生產過程中中間體及大氣污染物成分復雜，部分有機類氣體毒性強、危險性高，開展大氣環境風險因子識別，綜合評價大氣環境風險因子危害程度，開展相應的排序研究，對于開展相應風險防控具有重要指導作用。

2 研究方法

2.1 國內外研究概況

國際上，美國、歐盟、加拿大、荷蘭、日本等國家較早開展優先污染物篩選工作，多以美國科學院的四步框架為基礎。污染物優先序確定方法主要是基于多介質環境目標值評分法，以及基于得分閾值基礎上的專家評判[2]。

在國內，大氣污染物排序多以生態毒理學為基礎，主要運用綜合評分法或模擬預測法進行研究。邵桐等通過污染物檢出率得分、毒性效應得分、人群暴露得分等，構建了一種大氣健康基準目標污染物篩選方法[3]；胡志軍等通過綜合評分法對主要揮發性有機物進行篩選和排序，提出了江蘇省33種(類)優先控制揮發性有機物名錄[4]；郝天基于USEtox模型對焦化行業的優先污染物進行了篩選排序研究[5]。

我國優先污染物篩選排序多直接借用國外成熟方法，模型的適用性有待進一步研究。此外，污染物排序很大程度上還依賴于專家經驗，人為主觀性影響明顯[2]。

2.2 熵權法

熵權法通過對主觀指標選取，以選取指標的差異性來確定權重值，反映了指標間的相對性，較好的統一了主客觀關系[6-8]。利用熵權法開展化工園區環境風險因子排序，相對簡便易行，可以為化工園區環境風險防控決策提供參考。

熵權法開展有毒有害大氣污染物因子排序，步驟一般包括：有害有害大氣污染物識別、評價指標選取、構建評價矩陣和數據標準化、計算各指標權重和綜合評價等步驟。

2.2.1 有毒有害大氣污染物識別

充分考慮化工園區各類大氣污染物有毒有害、易燃易爆危害，將納入《有毒有害大氣污染物名錄》《企業突發環境事件風險評估指南(試行)》的大氣環境風險物質，納入大氣污染物排放標準的大氣污染物以及歷史環境事件中出現的大氣污染物，納入初篩名單[9-10]。

2.2.2 確定綜合評價指標

主要選擇急性毒性、易燃易爆特性、與臨界量比值等作為綜合評價指標。其中，急性毒性數值可參考GBZ2.1—2019《工作場所有害因素職業接觸限值第1部分：化學有害因素》中的職業接觸限值(OELs)和GB/T 18664—2002《呼吸防護用品的選擇、使用與維護》中直接致害濃度(IDLH)數據[11]。易燃易爆特性可以從大氣污染物的閃點、爆炸上下限等方面反映。

2.2.3 構建評價矩陣及標準化處理

為便于比選預測結果，評價指標盡量使用相對值，將m個因子和n個評價指標以矩陣形式列出，形成評價矩陣R=(rij)m×n。

應結合評價目標的取向，對評價矩陣數據進行標準化處理[12-13]。盡量將處理后的指標變化為線性關系，采用極值法進行數據標準化處理。

2.2.4 進行綜合排序

計算各指標數據的信息熵，并確定各指標權重。計算指標權重，按照評價矩陣，對m個有毒有害大氣污染物因子進行評分，確定排序。

3 案例研究

3.1 研究園區概況

該化工園區是以焦化為基礎，配套化工的煤化工園區，園區面積約4 km2。其中，焦炭產能270萬噸/年，配套有30萬噸/年焦油加工、34萬噸/年甲醇、10萬噸/年苯精制、8萬噸/年炭黑等，主要生產裝置38臺套，生產焦炭、硫酸銨、工業萘、瀝青、蒽油、洗油、酚類、炭黑、甲醇、苯類等45種產品。

3.2 主要環境風險物質識別

根據煤化工園區生產和大氣污染物排放特點，主要考慮產品產量、原輔材料、生產工藝和大氣污染排放特點及區域環境已有的特征污染物監測數據等，確定該化工園區有毒有害大氣污染物環境風險物質主要包括焦爐煤氣、粗苯、輕油、甲醇、純苯、甲苯、二甲苯、重芳烴、非芳烴(含C8)等原輔料、產品和中間產品。

3.3 判斷矩陣構建及標準化處理

充分考慮有毒有害大氣污染物的臨界量限值，毒性和易燃易爆性等危害性，構建判斷矩陣。并對評價指標進行標準化處理，其中臨界量以化工園區最大裝置或生產設施大氣污染物存量與臨界量比值表征；毒性參照建設項目環境風險評價技術導則，對毒性終點濃度進行極值法處理；對閃點、爆炸上下限進行極值法處理，其中不涉及閃點或爆炸限值的按0處理。具體如表1所示。

表1 某化工園區有毒有害大氣污染物標準化矩陣

3.4 綜合評價及排序

指標權重計算結果表明，有毒有害大氣污染物排序的以毒性為主要因素，總權重為0.64，其次為易燃易爆因素，總權重為0.24，物質的貯存量與臨界量比例權重為0.13。具體如表2所示。

表2 某化工園區有毒有害大氣污染物指標權重計算結果

按照權重對園區有毒有害大氣污染物進行綜合評價和排序，結果表明：園區首要有毒有害大氣污染物為苯系物，排名前三的分別為甲苯、苯(純苯)、二甲苯；其次為甲醇、萘、氨氣、一氧化碳等。具體如表3所示。

表3 某化工園區有毒有害大氣污染物排序表

4 結語

案例研究表明，利用熵權法對化工園區有毒有害氣體大氣污染物進行排序，能夠較合理的反映篩選大氣污染物的相對有毒有害的差異，較客觀反映大氣污染物的環境風險防控的重點，為化工園區科學識別篩選大氣環境風險防控的重點物質提供決策依據。

同時研究結果表明，排序決定于評價指標的確定。在具體工作中，應進一步結合化工園區大氣環境風險特征，結合突發環境風險案例統計分析，調整和完善評價指標體系，增強大氣環境風險防控對象的精準性。