環(huán)境敏感點(diǎn)臭氣濃度的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法

趙朋 張領(lǐng)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(jù)嗅覺器官試驗(yàn)法對(duì)臭氣氣味的大小予以數(shù)量化表示的指標(biāo)，用無臭的清潔空氣對(duì)臭氣樣品連續(xù)稀釋至嗅辨員閾值時(shí)的稀釋倍數(shù)叫作臭氣濃度。在進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，排氣筒及廠界臭氣濃度均有排放指標(biāo)限值，但是在實(shí)際預(yù)測(cè)中，排氣筒和敏感點(diǎn)處臭氣濃度均無定量評(píng)價(jià)方法，僅能通過類比分析的方法進(jìn)行定性分析。在垃圾填埋場、垃圾中轉(zhuǎn)站、污泥發(fā)酵堆肥等產(chǎn)臭類建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，臭氣濃度經(jīng)常在建成運(yùn)行后成為環(huán)境投訴對(duì)象，因此臭氣濃度在該類建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中也是管理部門重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。在進(jìn)行定性類比分析時(shí)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(shè)項(xiàng)目，得出令人信服的類比結(jié)論。本文在分析惡臭氣體特征及臭氣濃度實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)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(yù)測(cè)提供定量分析方法和步驟，對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

2 惡臭氣體特性

惡臭是異味物質(zhì)通過空氣介質(zhì)，作用于人的嗅覺思維而產(chǎn)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(shù)十種甚至上百種成分，構(gòu)成惡臭氣體的各組成因子的嗅覺閾值濃度大多數(shù)是1 ppb［2］，單獨(dú)嗅各成分幾乎都無強(qiáng)烈臭味，但混合后卻能散發(fā)出惡臭。

惡臭物質(zhì)各成分間的相互作用十分復(fù)雜，既有復(fù)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(zhì)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(xiàng)綜合指標(biāo)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(shù)據(jù)，指惡臭氣體用無臭空氣進(jìn)行稀釋，稀釋到剛好無臭時(shí)所需要的稀釋倍數(shù)。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(shí)稀釋倍數(shù)為3 000 倍，若此時(shí)剛好無臭（即達(dá)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(yù)測(cè)參數(shù)確定

根據(jù)HJ 2.2—2018《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》，污染物對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)的影響預(yù)測(cè)需要根據(jù)污染物排放濃度、排放量等參數(shù)，對(duì)比環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)得出預(yù)測(cè)結(jié)論。

3 定義排放濃度和排放量參數(shù)

臭氣濃度作為無量綱數(shù)據(jù)，無法直接給出排放濃度、排放量等參數(shù)，如采用模型預(yù)測(cè)，首先需要確定污染物排放量的計(jì)算方法，其次需要明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 定義惡臭氣體排放濃度的計(jì)算方法

惡臭物質(zhì)作為多種成分的混合物，具有物質(zhì)的特性，按照質(zhì)量守恒定律，假設(shè)某臭氣的初始質(zhì)量濃度為A mg/m3，嗅閾質(zhì)量濃度（即稀釋到無臭時(shí)質(zhì)量濃度）為B mg/m3，根據(jù)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(zhì)量），臭氣濃度計(jì)算公式為：

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

式（1）同時(shí)消去單位（mL）后，可變換成：

根據(jù)式（2）定義某惡臭氣體嗅閾質(zhì)量濃度為0.5 mg/m3，當(dāng)臭氣濃度為20 時(shí)，可得出初始質(zhì)量濃度為10 mg/m3；同理定義某惡臭氣體嗅閾質(zhì)量濃度為1 mg/m3，當(dāng)臭氣濃度為20 時(shí)，則初始質(zhì)量濃度為20 mg/m3；定義某惡臭氣體嗅閾質(zhì)量濃度為2 mg/m3，當(dāng)臭氣濃度為20 時(shí)，對(duì)應(yīng)初始質(zhì)量濃度為40 mg/m3。

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

3.2 定義惡臭氣體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法

根據(jù)臭氣強(qiáng)度與臭氣濃度間的定量關(guān)系研究［4］，惡臭強(qiáng)度一般有6 級(jí)表示法。臭氣強(qiáng)度與臭氣濃度關(guān)系式為：

式（3）中，Y 為臭氣強(qiáng)度；X 為臭氣濃度；相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.996 5，證明曲線擬合度較高［4］。

根據(jù)公式計(jì)算各嗅覺感覺對(duì)應(yīng)臭氣濃度范圍見表1。

表1 臭氣強(qiáng)度6 級(jí)表示法

根據(jù)表1，臭氣濃度范圍在20 以下時(shí)，人嗅覺感覺為無臭，在GB 14554—93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中也給出類似的結(jié)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(zhì)量濃度限值，一般參照?qǐng)?zhí)行GB 14554—93 《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，將廠界臭氣濃度限值20 作為環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值，根據(jù)表1 此刻對(duì)應(yīng)嗅覺感覺即為無臭。

根據(jù)前文，定義某惡臭氣體嗅閾質(zhì)量濃度為1 mg/m3，臭氣濃度20 可對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為20 mg/m3，將20 mg/m3作為環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。若廢氣在下風(fēng)向的最大落地濃度預(yù)測(cè)值小于或等于20 mg/m3，即為達(dá)標(biāo)排放；若最大落地濃度預(yù)測(cè)值大于20 mg/m3，即為超標(biāo)排放。

3.3 定義惡臭氣體排放量的計(jì)算方法

根據(jù)質(zhì)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(zhì)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(yù)測(cè)方法與步驟

4.1 源強(qiáng)計(jì)算

以某居民區(qū)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站排氣筒為例，排氣筒高15 m，內(nèi)徑1 m，煙氣速率54 000 m3/h，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的方案，臭氣經(jīng)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(jì)，GB 14554—93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》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(zhuǎn)運(yùn)站每天運(yùn)行24 h，計(jì)算該排氣筒臭氣濃度對(duì)附近敏感點(diǎn)影響情況。排氣筒污染物排放參數(shù)見表2。

表2 有組織廢氣污染源參數(shù)

4.2 預(yù)測(cè)模型選取

采用HJ 2.2—2018 推薦的AERMOD 模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4.3 氣象數(shù)據(jù)

觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)和模擬高空氣象數(shù)據(jù)來源于環(huán)境空氣質(zhì)量模型技術(shù)支持服務(wù)系統(tǒng)。地面氣象數(shù)據(jù)選擇附近氣象站的逐時(shí)地面氣象數(shù)據(jù)，要素包括風(fēng)速、風(fēng)向、總云量和干球溫度等。高空氣象數(shù)據(jù)選擇模型所需觀測(cè)的氣象數(shù)據(jù)，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(fēng)向及風(fēng)速，其中離地高度3 000 m 以內(nèi)的有效數(shù)據(jù)層數(shù)不少于10 層。氣象數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 氣象數(shù)據(jù)

4.4 模型主要參數(shù)設(shè)置

4.4.1 預(yù)測(cè)網(wǎng)格

一般臭氣的影響范圍在100 m，本次評(píng)價(jià)范圍是以本項(xiàng)目排氣筒為中心點(diǎn)，邊長1 000 m 的矩形區(qū)域。預(yù)測(cè)網(wǎng)格的設(shè)置：X 方向?yàn)椋郏?00，500］，步長20 m，Y 方向?yàn)椋郏?00，500］，步長20 m，即距離本項(xiàng)目廠址為中心點(diǎn)500 m 內(nèi)的網(wǎng)格間距取20 m，單位網(wǎng)格面積400 m2。

4.4.2 建筑物下洗

考慮評(píng)價(jià)范圍內(nèi)建筑物下洗，最高建筑物高60 m。

4.4.3 干濕沉降和化學(xué)轉(zhuǎn)化

不考慮干濕沉降及化學(xué)轉(zhuǎn)化。

4.4.4 預(yù)測(cè)點(diǎn)選取本次評(píng)價(jià)選取預(yù)測(cè)范圍內(nèi)的環(huán)境空氣保護(hù)目標(biāo)和主要網(wǎng)格點(diǎn)為預(yù)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

4.4.5 預(yù)測(cè)因子

本次預(yù)測(cè)因子為臭氣質(zhì)量濃度（評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)20 mg/m3）。

4.5 預(yù)測(cè)結(jié)果

因居民區(qū)存在建筑下洗，排氣筒下風(fēng)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(yán)重的區(qū)域落地濃度在20～30 mg/m3之間，最遠(yuǎn)距離超出廠界60 m。各點(diǎn)最大值預(yù)測(cè)結(jié)果等值線分布見圖2。

圖2 各點(diǎn)最大值預(yù)測(cè)結(jié)果等值線分布示意

通過預(yù)測(cè)并對(duì)比表1，落地濃度在4～20 mg/m3時(shí)，可得出無臭的預(yù)測(cè)結(jié)果；21～112 mg/m3時(shí)，可得出能稍微感覺出極微弱臭味的預(yù)測(cè)結(jié)果；113～618 mg/m3時(shí)，可得出能勉強(qiáng)辨別出臭味的預(yù)測(cè)結(jié)果；619～3 375 mg/m3時(shí)，可得出明顯感覺到有臭味的預(yù)測(cè)結(jié)果。

5 結(jié)論與建議

通過預(yù)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)》中15 m 排氣筒臭氣濃度允許排放量2 000，在達(dá)標(biāo)排放的情況下，仍然存在下風(fēng)向敏感點(diǎn)臭氣濃度超出20 的區(qū)域。在敏感點(diǎn)能感覺出臭味，對(duì)于環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作而言，需對(duì)建設(shè)項(xiàng)目提出進(jìn)一步削減源強(qiáng)或設(shè)置大氣防護(hù)距離的建議，以避免對(duì)敏感點(diǎn)的影響及可能引發(fā)的環(huán)保投訴。

通過對(duì)臭氣濃度的量化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感點(diǎn)臭氣濃度的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，本文提供的方法和步驟對(duì)實(shí)際環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作具有參考意義。