应用臭气强度计算化工污水处理装置卫生防护距离方法探讨

尹勤，刘明，孙文杰，潘峰，仝纪龙

(1.兰州大学大气科学学院，甘肃兰州　730000； 2.兰州大学环境质量评价研究中心，甘肃兰州　730000)



应用臭气强度计算化工污水处理装置卫生防护距离方法探讨

尹勤1，刘明1，孙文杰1，潘峰2，仝纪龙2

(1.兰州大学大气科学学院，甘肃兰州730000； 2.兰州大学环境质量评价研究中心，甘肃兰州730000)

化工企业污水处理装置无组织排放的恶臭气体污染一直是环保部门及公众关注的焦点。因此，该类项目卫生防护距离的确定也是环评工作的重点。以兰州某石化公司化工污水处理装置为例，在确定无组织排放源相关参数及气象资料的基础上，采用AERMOD模式计算恶臭污染物以《工业企业设计卫生标准》(TJ 36—79)中的一次最高容许浓度作为标准限值时的卫生防护距离为400 m，以臭气强度为1.5级时的污染物浓度作为标准限值时为1 400 m，并与《石油化工企业卫生防护距离》(SH 3093—1999)给出的900 m进行对比，确定采用1 400 m作为该项目的卫生防护距离进行管理。

臭气强度；化工污水处理装置；AERMOD模式；卫生防护距离

《中华人民共和国大气污染防治法》规定，企业事业单位和其他生产经营者在生产经营活动中产生恶臭气体的，应当科学选址，设置合理的防护距离，并安装净化装置或者采取其他措施，防止排放恶臭气体。为贯彻《中华人民共和国大气污染防治法》，控制恶臭污染物对大气的污染，保护和改善环境，国家制订《恶臭污染物排放标准》(GB 14554—93)。此标准分年限规定了8种恶臭污染物的一次最大排放限值、复合恶臭物质的臭气浓度限值及无组织排放源的厂界浓度限值。但是，根据韦伯-费希纳(Weber-Fechner)公式，恶臭给人的感觉量(恶臭强度I)与对人的刺激量(恶臭物质浓度C)的对数成正比[1]。因此，在实际情况中，往往恶臭污染物厂界浓度达标，但位于卫生防护距离之外的周边居民点处仍频繁发生恶臭扰民事件。

本文以兰州某石化公司化工污水处理厂为例，在确定该化工污水处理装置无组织排放污染源相关参数的基础上，结合项目所在地全年气象资料，采用AERMOD大气预测模式计算以《工业企业设计卫生标准》(TJ 36—79)(以下简称TJ 36—79)中规定的一次最高容许浓度作为标准限值时的环境防护距离。然后结合污染物浓度与臭气强度的经验关系，提出以臭气强度为1.5级时污染物浓度作为标准限值时的环境防护距离。并与《石油化工企业卫生防护距离》(SH 3093—1999)(以下简称SH 3093—1999)[2]中给出的距离进行对比分析，选取更为合理的防护距离，以期为今后开展污水处理厂恶臭治理及环境管理措施提供参考[3-5]。

1　臭气强度限值

日本《恶臭防治法》规定，将臭气强度与其浓度相结合，确定臭气强度的限制标准值。大量采用归纳法计算得出的数据表明，恶臭的浓度和强度的关系符合韦伯定律：

Y=klg (22.4·X/M)+A

式中，Y为臭气强度(平均值)；X为恶臭的质量浓度，mg/m3；k和A为常数，不同物质取值不同；M为恶臭污染物的相对分子质量。

我国臭气强度测定采用日本的6级强度测试法，将人对气体的嗅觉感觉划分为0～5级，如表1所示[6]。其中，臭气强度1级是可以嗅出气味存在的检测阈值，臭气强度2级是能够辨认气味性质特征的认定阈值。臭气强度标准值的确定，既要考虑人们对恶臭气味的忍受程度，也要考虑产生恶臭的污水厂的实现程度。因此，确定无组织排放的臭气强度标准值为1.5级较为合理。

表1臭气强度分级

Table 1The classification of odor strength

臭气强度(级)012345表示方法无臭勉强可感觉出的气味(检测阈值)稍可感觉出的气味(认定阈值)易感觉出的气味较强的气味(强臭)强烈的气味(剧臭)

本文以NH3和H2S作为主要的恶臭污染物[7]。根据TJ 36—79中规定的居住区大气中有毒有害物质的一次最高容许浓度限值确定NH3的评价标准为0.2 mg/m3，H2S的评价标准为0.01 mg/m3。根据韦伯定理，计算恶臭污染物环境质量浓度限值与臭气强度限值的关系，如表2所示[8-9]。

表2恶臭污染物环境质量浓度限值与臭气强度限值关系

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

恶臭污染物名称环境质量浓度限值/(mg/m3)臭气强度限值/级臭气物质浓度与臭气强度的函数关系(x的单位为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　预测模式及模式参数选取

模式采用《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2—2008)推荐的进一步预测模式AERMOD模式。该模式将最新的大气边界层和大气扩散理论应用到空气污染扩散模式中，适合无组织排放源的扩散特点，更能反映污染物的实际扩散规律[10-11]。

2.1模式参数的选取

(1)气象数据。本次预测采用的地面常规气象数据来自兰州市52 889气象观测站台2015年逐日逐次气象的观测数据，站台所在地理位置为103.88°E、36.05°N，位于东8时区。根据地面气象数据分析可知，该地区全年主导风向为东北方向，平均风速为1.2 m/s。

高空气象数据采用的是距项目所在地31 km的榆中气象观测站高空气象资料，符合《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2—2008)中关于高空气象数据的使用规定。

(2)地形数据。地形高程采用中国科学院国际科学数据服务平台提供的全球90 m×90 m的地形数据，如图1所示[12]。

图1　90 m×90 m地形数据Fig.1　90 m×90 m terrain data

(3)污染源参数及标准值。确定无组织排放面源源强的方法较多。崔积山[13]等利用地面浓度反推法，分别对两处石化企业污水处理厂的面源无组织排放源强进行了计算。因此，采用地面浓度反推法确定本次化工污水处理装置恶臭气体源强[14]。地面浓度反推法以高斯模式为理论基础，无组织排放源强的计算公式为：

地面浓度反推法计算参数见表3。通过计算可知，该化工污水处理装置NH3和H2S的无组织排放源强分别为0.162 kg/h和0.015 kg/h；项目污染源排放高度为5 m，无组织面源面积为4 516 m2。

2.2预测方案

该项目位于兰州市西固区的化工园区，预测区域以排放源(化工污水处理装置)所在点为基准点，预测范围为5 km×5 km，计算最终输出的受无组织排放面源影响的评价区域内各预测网格点的小时平均浓度最大值，并绘制小时平均最高浓度等值线图，通过结合评价区域污染物浓度限值，进而确定卫生防护范围，从而得出卫生防护距离[15]。

表3地面浓度反推法计算参数值

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

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

3　结果对比分析

3.1计算结果

根据AREMOD模式计算结果，输出NH3和H2S的小时浓度等值线图，如图2和图3所示。

根据图2，在臭气环境质量浓度限值下，该项目区以外区域的NH3浓度不会超标。而在臭气强度限值下，该项目区以外区域的NH3浓度不会超标。

根据图3，在臭气环境质量浓度限值下，浓度超过0.01 mg/m3处距离面源中心的最远估算距离为320 m。而在臭气强度限值下，浓度超过0.002 5 mg/m3处距离面源中心的最远估算距离为1 280 m。

图2　NH3浓度等值线图Fig.2　NH3 concentration contour map

图3　H2S浓度等值线图Fig.3　H2S concentration contour map

《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T 3840—91)规定，卫生防护距离在100 m以内时，级差为50 m；超过100 m，但小于或等于1 000 m时，级差为100 m；超过1 000 m以上，级差为200 m。因此，由图2、图3综合分析可知，在臭气环境质量浓度限值下，确定化工污水处理装置的卫生防护距离为400 m；在臭气强度限值下，确定化工污水处理装置的卫生防护距离为1 400 m。

3.2结果分析和比较

按照计算结果，SH 3093—1999中规定的卫生防护距离、在臭气环境质量浓度限值下，以及在臭气强度限值下计算出的卫生防护距离分别为900 m、400 m、1 400 m。由此可得出如下分析：

(1)在臭气环境质量浓度限值下计算出的卫生防护距离为400 m。由于TJ 36—79是于1979年11月1日正式实施，施行时间较长，期间未对该标准进行相应修订。随着时代进步及工业企业技术发展，公众对环境保护的重视程度加强，工业企业装置设备外排的污染物浓度要求进一步提高，因此TJ 36—79规定的标准限值略显滞后。

(2)在臭气强度限值下计算出的卫生防护距离为1 400 m。随着时代的进步，公众的环境保护意识会越来越强。本项目采用臭气强度1.5级时污染物浓度作为标准限值，具有超前考虑因素。

(3)由于西固区该石化企业乙烯生产能力为46万t/a，当地年平均风速为1.33 m/s，因此选用SH 3093—1999在乙烯生产规模在30～60万t/a之间，当地近5年平均风速小于2.0 m/s条件下给出的900 m作为该石化企业化工污水处理装置的卫生防护距离。该方法仅适用于地处平原、微丘陵地区的石油化工企业和其他装备的卫生防护距离确定，尚未考虑地形条件对恶臭气体无组织排放的影响。

4　结论

(1)本文分别考虑以TJ 36—79中规定的污染物一次最高容许浓度和以臭气强度为1.5级时的污染物浓度作为标准限值时，计算出化工污水处理装置的卫生防护距离，以及SH 3093—1999对石化企业卫生防护距离确定的要求，分别确定了兰州某石化公司化工污水处理装置的卫生防护距离。其中，在臭气环境质量浓度限值下计算出的卫生防护距离为400 m；在臭气强度限值下计算出的卫生防护距离为1 400 m；SH 3093—1999给出的卫生防护距离为900 m。

(2)结合臭气环境质量浓度限值和臭气强度限值，通过采用AERMOD模式计算恶臭污染物在复杂地形条件下的卫生防护距离值，以及SH 3093—1999给出的卫生防护距离值，并从防止石油化工企业化工污水处理装置无组织排放的恶臭污染物对居住区造成污染、保护人体健康角度出发，确定在臭气强度限值下，采用AERMOD计算得出的1 400 m作为化工污水处理装置的卫生防护距离进行防护管理。

(3)合理可行的石化企业卫生防护距离的确定，需充分了解项目详细情况及项目周边环境情况，进行综合考虑。为推动区域的合理规划、促进石化企业的可持续发展、保护人体健康，化工污水处理厂需对无组织排放的恶臭污染物进行恶臭综合治理，有效减少恶臭污染物的无组织排放量。

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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，江苏南京人，硕士研究生，主要研究方向为应用气象类环境影响评价，Email：yinqlzu@163.com

潘峰(1968—)，男，甘肃兰州人，教授，博士，主要研究方向为环境影响评价、环境管理与规划，Email：22399@163.com

10.14068/j.ceia.2016.05.018

X823

A

2095-6444(2016)05-0069-04