環(huán)境敏感點臭氣濃度的預測評價方法

趙朋 張領艷

［1. 天津市洛輻科技發(fā)展有限公司，天津 300467；2. 天科院環(huán)境科技發(fā)展（天津）有限公司，天津 300467］

1 引言

臭氣濃度作為一種感知（嗅覺）污染，是根據嗅覺器官試驗法對臭氣氣味的大小予以數量化表示的指標，用無臭的清潔空氣對臭氣樣品連續(xù)稀釋至嗅辨員閾值時的稀釋倍數叫作臭氣濃度。在進行環(huán)境影響評價時，排氣筒及廠界臭氣濃度均有排放指標限值，但是在實際預測中，排氣筒和敏感點處臭氣濃度均無定量評價方法，僅能通過類比分析的方法進行定性分析。在垃圾填埋場、垃圾中轉站、污泥發(fā)酵堆肥等產臭類建設項目環(huán)境影響評價中，臭氣濃度經常在建成運行后成為環(huán)境投訴對象，因此臭氣濃度在該類建設項目環(huán)境影響評價工作中也是管理部門重點關注的指標。在進行定性類比分析時往往受類比條件的限制，較難找出類比條件完全一致的建設項目，得出令人信服的類比結論。本文在分析惡臭氣體特征及臭氣濃度實驗方法的基礎上，給出臭氣濃度的定量分析方法，為臭氣濃度環(huán)境影響預測提供定量分析方法和步驟，對環(huán)境影響評價工作具有實際的指導意義。

2 惡臭氣體特性

惡臭是異味物質通過空氣介質，作用于人的嗅覺思維而產生的一種感知（嗅覺）污染［1］。大部分惡臭是多種低濃度惡臭因子的混合氣體，包含數十種甚至上百種成分，構成惡臭氣體的各組成因子的嗅覺閾值濃度大多數是1 ppb［2］，單獨嗅各成分幾乎都無強烈臭味，但混合后卻能散發(fā)出惡臭。

惡臭物質各成分間的相互作用十分復雜，既有復合作用，又有抵消作用［2］，因此無法用某種或某幾種污染物的質量濃度來反映惡臭影響，且需要考慮人們的感知思維，因此惡臭通常用一項綜合指標即臭氣濃度來表征影響大小。

2.1 臭氣濃度的定義

臭氣濃度作為一種無量綱數據，指惡臭氣體用無臭空氣進行稀釋，稀釋到剛好無臭時所需要的稀釋倍數。稀釋方法為：在3 L 無臭袋中注入1 mL 臭氣樣品（無臭袋容量仍固定為3 L），此時稀釋倍數為3 000 倍，若此時剛好無臭（即達到嗅閾），即原臭氣樣品的臭氣濃度為3 000（無量綱）［3］。

2.2 環(huán)境影響預測參數確定

根據HJ 2.2—2018《環(huán)境影響評價技術導則 大氣環(huán)境》，污染物對環(huán)境敏感點的影響預測需要根據污染物排放濃度、排放量等參數，對比環(huán)境空氣質量標準得出預測結論。

3 定義排放濃度和排放量參數

臭氣濃度作為無量綱數據，無法直接給出排放濃度、排放量等參數，如采用模型預測，首先需要確定污染物排放量的計算方法，其次需要明確評價標準。

3.1 定義惡臭氣體排放濃度的計算方法

惡臭物質作為多種成分的混合物，具有物質的特性，按照質量守恒定律，假設某臭氣的初始質量濃度為A mg/m3，嗅閾質量濃度（即稀釋到無臭時質量濃度）為B mg/m3，根據稀釋方法及臭氣濃度定義（忽略無臭袋中原有氣體與惡臭氣體間的相互作用，不考慮無臭袋中原有氣體的質量），臭氣濃度計算公式為：

式（1）中，A 為該種惡臭氣體的初始質量濃度，mg/m3；B 為該種惡臭氣體的嗅閾質量濃度，mg/m3；C 為該種惡臭氣體的稀釋倍數（數值上等于臭氣濃度，無量綱）。

式（1）同時消去單位（mL）后，可變換成：

根據式（2）定義某惡臭氣體嗅閾質量濃度為0.5 mg/m3，當臭氣濃度為20 時，可得出初始質量濃度為10 mg/m3；同理定義某惡臭氣體嗅閾質量濃度為1 mg/m3，當臭氣濃度為20 時，則初始質量濃度為20 mg/m3；定義某惡臭氣體嗅閾質量濃度為2 mg/m3，當臭氣濃度為20 時，對應初始質量濃度為40 mg/m3。

為方便起見，本文定義某惡臭氣體嗅閾質量濃度為1 mg/m3，臭氣濃度等于初始質量濃度。

3.2 定義惡臭氣體評價標準的計算方法

根據臭氣強度與臭氣濃度間的定量關系研究［4］，惡臭強度一般有6 級表示法。臭氣強度與臭氣濃度關系式為：

式（3）中，Y 為臭氣強度；X 為臭氣濃度；相關系數R2達到0.996 5，證明曲線擬合度較高［4］。

根據公式計算各嗅覺感覺對應臭氣濃度范圍見表1。

表1 臭氣強度6 級表示法

根據表1，臭氣濃度范圍在20 以下時，人嗅覺感覺為無臭，在GB 14554—93《惡臭污染物排放標準》中也給出類似的結果，廠界臭氣濃度限值為20；臭氣濃度在環(huán)境空氣中沒有質量濃度限值，一般參照執(zhí)行GB 14554—93 《惡臭污染物排放標準》，將廠界臭氣濃度限值20 作為環(huán)境空氣質量標準限值，根據表1 此刻對應嗅覺感覺即為無臭。

根據前文，定義某惡臭氣體嗅閾質量濃度為1 mg/m3，臭氣濃度20 可對應空氣質量標準為20 mg/m3，將20 mg/m3作為環(huán)境空氣質量標準。若廢氣在下風向的最大落地濃度預測值小于或等于20 mg/m3，即為達標排放；若最大落地濃度預測值大于20 mg/m3，即為超標排放。

3.3 定義惡臭氣體排放量的計算方法

根據質量守恒定律，某惡臭氣體的排放量（Q）［5］＝臭氣排放濃度×煙氣量，即：

式（4）中，Q 為臭氣排放量，kg/h；B 為嗅閾質量濃度，1 mg/m3；C 為臭氣濃度，無量綱；V 為煙氣量，m3/h。

4 臭氣濃度環(huán)境影響定量預測方法與步驟

4.1 源強計算

以某居民區(qū)垃圾轉運站排氣筒為例，排氣筒高15 m，內徑1 m，煙氣速率54 000 m3/h，根據設計單位提供的方案，臭氣經生物濾池等方法處理后，排氣筒排放濃度小于1 000（以1 000 計，GB 14554—93《惡臭污染物排放標準》中規(guī)定15 m 排氣筒臭氣濃度最高允許排放限值為2 000），垃圾轉運站每天運行24 h，計算該排氣筒臭氣濃度對附近敏感點影響情況。排氣筒污染物排放參數見表2。

表2 有組織廢氣污染源參數

4.2 預測模型選取

采用HJ 2.2—2018 推薦的AERMOD 模型進行預測。

4.3 氣象數據

觀測氣象數據和模擬高空氣象數據來源于環(huán)境空氣質量模型技術支持服務系統。地面氣象數據選擇附近氣象站的逐時地面氣象數據，要素包括風速、風向、總云量和干球溫度等。高空氣象數據選擇模型所需觀測的氣象數據，要素包括一天早晚2 次不同等壓面上的氣壓、離地高度、干球溫度、風向及風速，其中離地高度3 000 m 以內的有效數據層數不少于10 層。氣象數據見圖1。

圖1 氣象數據

4.4 模型主要參數設置

4.4.1 預測網格

一般臭氣的影響范圍在100 m，本次評價范圍是以本項目排氣筒為中心點，邊長1 000 m 的矩形區(qū)域。預測網格的設置：X 方向為［－500，500］，步長20 m，Y 方向為［－500，500］，步長20 m，即距離本項目廠址為中心點500 m 內的網格間距取20 m，單位網格面積400 m2。

4.4.2 建筑物下洗

考慮評價范圍內建筑物下洗，最高建筑物高60 m。

4.4.3 干濕沉降和化學轉化

不考慮干濕沉降及化學轉化。

4.4.4 預測點選取本次評價選取預測范圍內的環(huán)境空氣保護目標和主要網格點為預測點進行計算。

4.4.5 預測因子

本次預測因子為臭氣質量濃度（評價標準20 mg/m3）。

4.5 預測結果

因居民區(qū)存在建筑下洗，排氣筒下風向存在落地濃度大于20 mg/m3情況（即臭氣濃度大于20），受影響最嚴重的區(qū)域落地濃度在20～30 mg/m3之間，最遠距離超出廠界60 m。各點最大值預測結果等值線分布見圖2。

圖2 各點最大值預測結果等值線分布示意

通過預測并對比表1，落地濃度在4～20 mg/m3時，可得出無臭的預測結果；21～112 mg/m3時，可得出能稍微感覺出極微弱臭味的預測結果；113～618 mg/m3時，可得出能勉強辨別出臭味的預測結果；619～3 375 mg/m3時，可得出明顯感覺到有臭味的預測結果。

5 結論與建議

通過預測可以得出，15 m 排氣筒臭氣濃度為1 000，低于GB 14554—93《惡臭污染物排放標準》中15 m 排氣筒臭氣濃度允許排放量2 000，在達標排放的情況下，仍然存在下風向敏感點臭氣濃度超出20 的區(qū)域。在敏感點能感覺出臭味，對于環(huán)境影響評價工作而言，需對建設項目提出進一步削減源強或設置大氣防護距離的建議，以避免對敏感點的影響及可能引發(fā)的環(huán)保投訴。

通過對臭氣濃度的量化，可實現對敏感點臭氣濃度的預測和評價，本文提供的方法和步驟對實際環(huán)境影響評價工作具有參考意義。