城市生活垃圾填埋場惡臭污染與周邊限建區(qū)劃分探討

魚紅霞 ,余 杰

(1.北京市環(huán)境影響評價評估中心,北京 100089;2.北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院,北京 100037)

1 前 言

近年來隨著我國城市化進程的加快,城市人口不斷增加,生活垃圾產(chǎn)生量劇增,與此同時,我國城市生活垃圾分類處理體系尚不健全,填埋場超負荷運行,填埋方式粗放,部分處理設(shè)施建設(shè)相對滯后,加之居住區(qū)離填埋場距離越來越近,垃圾散發(fā)出的惡臭氣體嚴(yán)重干擾垃圾填埋場周圍居民的正常生活,導(dǎo)致垃圾填埋場惡臭擾民問題日益突出,已成為政府和社會公眾高度關(guān)注的問題。為減少生活垃圾填埋場惡臭的擴散,各地均采取了大量的措施,如填埋作業(yè)面覆蓋,滲瀝液調(diào)節(jié)池加蓋抽氣、建設(shè)除臭墻、定期噴灑除臭劑等,但是除臭效果仍不如人意,不能有效解決惡臭對周邊居民的影響[1,2],其重要原因之一就是垃圾填埋場和最近的敏感接受區(qū)域之間缺乏足夠的緩沖區(qū)。目前,我國新頒布的《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 16889—2008)已取消以前對填埋場防護距離提出500米的要求,而規(guī)定了“生活垃圾填埋場場址的位置及與周圍人群的距離應(yīng)依據(jù)環(huán)境影響評價結(jié)論確定”,以更符合各地的條件,促進緩沖區(qū)確定的合理性。為此,本文將就城市生活垃圾填埋場惡臭污染防護距離進行分析,在此基礎(chǔ)上對城市生活垃圾填埋場周邊限建區(qū)劃分問題進行探討,以期為垃圾填埋場周邊項目建設(shè)規(guī)劃工作提供環(huán)境保護參考。

2 城市生活垃圾填埋場惡臭污染與防治

2.1 惡臭污染影響

城市生活垃圾從產(chǎn)生、收運到填埋一般在 48小時內(nèi)完成,在夏季高溫條件下,由于各類腐敗微生物的活動,導(dǎo)致生活垃圾分解在收運過程的前端就已經(jīng)開始。隨著垃圾的收集與微生物呼吸作用對垃圾孔隙內(nèi)留存的氧的消耗,垃圾物料逐漸由好氧進入兼性厭氧狀態(tài)[3],垃圾不完全分解產(chǎn)生了以酯肪酸類為特征的酸臭氣味。進入填埋場后,攤鋪、壓實、覆蓋后,垃圾物料從兼性厭氧逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珔捬鯛顟B(tài),在這一過程中產(chǎn)生以含硫化合物如二甲硫、二丙烷硫醇、二丁烷硫醇、硫化氫等為特征的惡臭物質(zhì)[4]。在內(nèi)部壓力作用下,惡臭物質(zhì)隨填埋氣從填埋堆體內(nèi)逸出,引起惡臭污染。惡臭物質(zhì)可使人呼吸不暢、惡心嘔吐、煩躁不安、頭暈?zāi)X脹,甚至熏倒,濃度高時,還會使人窒息死亡。除此之外,惡臭物質(zhì)的氣味也是困擾人們正常生活的一個重要方面,其本身不一定具有毒性,但會使人產(chǎn)生不快感,長期遭受臭味干擾,會影響人們生活,降低工作效率,嚴(yán)重時會誘發(fā)疾病[5,6]。

2.2 惡臭污染防治

(1)污染源治理。一是從源頭減少惡臭物質(zhì)的產(chǎn)生量;二是在運行階段降低惡臭物質(zhì)產(chǎn)生量;三是改進工藝,降低高強度惡臭物質(zhì)的產(chǎn)生量;四是提高管理水平,建立監(jiān)測、監(jiān)督體制,最大限度的控制惡臭的擴散。

(2)污染受體保護?？茖W(xué)評價惡臭污染,合理確定衛(wèi)生防護距離,在垃圾填埋場周邊設(shè)立一定距離的緩沖區(qū),對建設(shè)活動進行管制,以保護居民健康和環(huán)境安全,這種方法既能顯著減少惡臭污染對居民生活的影響,同時也能有效降低垃圾填埋場對居民視覺的沖擊效應(yīng),這也是目前有效防治城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場污染的一項重要措施。

3 城市生活垃圾填埋場周邊限建區(qū)劃分

3.1 限建區(qū)的概念和內(nèi)涵

本文所指限建區(qū)主要將垃圾填埋場惡臭污染影響作為限制性要素,以敏感對象保護為原則,提出不同范圍內(nèi)對建設(shè)活動的管制要求。

(1)禁建區(qū),即禁止建設(shè)區(qū),一般指存在非常嚴(yán)格的制約條件,應(yīng)予以嚴(yán)格避讓的地區(qū),禁止作為居住、公共設(shè)施、倉儲、工業(yè)、對外交通、道路廣場等用地,可用于綠地和市政公用設(shè)施建設(shè)。

(2)限建區(qū) (緩沖區(qū)),即限制建設(shè)區(qū),一般指存在較為嚴(yán)格的制約條件,建設(shè)行為受到一定限制的地區(qū),禁止作為居住用地和公共設(shè)施用地,可作為倉儲、工業(yè)、對外交通、道路廣場等用地。

(3)適建區(qū),即適宜建設(shè)區(qū),一般指制約條件較少,可以適度開展城市建設(shè)的地區(qū),可作為居住、公共設(shè)施等用地。

3.2 限建區(qū)的劃分思路和原則

3.2.1 劃分思路

基于惡臭污染對人們身體健康及工作生活影響距離分析,確定不同的惡臭污染防護距離,在此基礎(chǔ)上進行限建區(qū)劃分。

3.2.2 劃分原則

(1)以人體健康為基礎(chǔ)的衛(wèi)生防護距離以內(nèi)的區(qū)域劃為禁建區(qū)。該區(qū)域滿足不了人體健康基本要求。

(2)以人體健康為基礎(chǔ)的衛(wèi)生防護距離與惡臭污染物影響距離之間的區(qū)域劃分為限建區(qū),也就是緩沖區(qū)。該區(qū)域可滿足人體健康要求,但臭氣對人們工作生活會產(chǎn)生干擾。

(3)惡臭污染物影響距離之外的區(qū)域劃分為適建區(qū)。該區(qū)域基本在在臭氣影響之外,可以滿足人體健康和臭氣防護的要求。

3.3 限建區(qū)劃分方法

3.3.1 惡臭污染控制因子選取

垃圾填埋場臭味主要由硫化物和氨引起,而從臭氣濃度和強度分析,對人影響的惡臭氣體主要為H2S和NH3,并且現(xiàn)有對填埋場惡臭污染動態(tài)的研究也局限于 H2S和 NH3兩種主要惡臭污染物[7]。目前普遍的惡臭影響監(jiān)測手段及技術(shù)也僅能對 H2S和NH3定量。因此本研究選取 H2S和NH3作為惡臭污染控制因子。

3.3.2 惡臭污染防護距離計算

3.3.2.1 計算模式的選取

目前,關(guān)于垃圾填埋場惡臭影響評價沒有統(tǒng)一的方法,本研究主要采用衛(wèi)生防護距離計算方法進行評價,該方法在北京、浙江、山東等地多個垃圾填埋場環(huán)境影響評價中采用,與實際較為相符,比較實用,主要根據(jù)《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》 (GB/T13201-91)的有關(guān)規(guī)定,確定無組織排放源的衛(wèi)生防護距離。

衛(wèi)生防護距離是產(chǎn)生有害因素的部門 (車間或工段)的邊界至居住區(qū)邊界的最小距離,其作用是為企業(yè)無組織排放的氣載污染物提供一段稀釋距離,使污染氣體到達居民區(qū)的濃度符合國家標(biāo)準(zhǔn)。計算公式如下：

式中：L—工業(yè)企業(yè)所需衛(wèi)生防護距離,m;

Qc—工業(yè)企業(yè)有害氣體無組織排放量可以達到的控制水平,kg/h;

Cm—居住區(qū)有害氣體最高容許濃度, mg/m3;

R—有害氣體無組織排放源所產(chǎn)生單元的等效半徑,m;

A、B、C、D—衛(wèi)生防護距離計算系數(shù),根據(jù)工業(yè)企業(yè)所在地區(qū)近五年平均風(fēng)速與大氣污染源構(gòu)成類別表進行取值。

3.3.2.2 模式中有關(guān)參數(shù)的釋析

《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T13201-91)中規(guī)定的衛(wèi)生防護距離的計算是通過解冪函數(shù)方程而得到衛(wèi)生防護距離L。衛(wèi)生防護距離 L的計算結(jié)果除了受風(fēng)速及大氣污染源構(gòu)成類別外的影響外,污染物無組織排放量的大小對衛(wèi)生防護距離有著決定性的作用。公式中衛(wèi)生防護距離計算系數(shù)A、B、C、D查有關(guān)風(fēng)速、大氣污染源構(gòu)成類別表得到。是不同工況、不同風(fēng)速計算系數(shù)。影響L的主要因素是Qc、R和Cm。

3.3.2.3 有關(guān)參數(shù)與防護距離的相關(guān)性分析

①源強：無組織排放源的源強Qc是計算衛(wèi)生防護距離的基礎(chǔ),是十分重要的數(shù)據(jù)。有關(guān)文獻已經(jīng)做過相關(guān)研究得出衛(wèi)生防護距離 L隨 Qc(源強)的增加而增加,并呈線性關(guān)系[8]。垃圾在整個分解過程中,空氣溫度、壓力、填埋方式、覆蓋層、降雨量、地形、水文等因素直接影響填埋氣體的產(chǎn)生量。垃圾被填埋后要經(jīng)過三個階段,第一階段是好氧過程,第二階段是兼性的生物降解過程,第三階段是厭氧過程。在降解過程中,垃圾的組成及特性也不斷地發(fā)生變化。由于填埋場內(nèi)垃圾的分解作用和穩(wěn)定化受到多種因素的影響,這一過程十分復(fù)雜。由于填埋場每種惡臭物質(zhì)的排放強度與垃圾成份、數(shù)量、填埋方式及天氣等因素密切相關(guān),不僅取決于垃圾的來源、成份和數(shù)量,還取決于天氣狀況,如氣溫、濕度、降雨、擴散條件等;同時還取決于垃圾儲運、填埋的作業(yè)方式。加之填埋場廢氣的無組織排放是無規(guī)律的,且其排放量的控制水平受技術(shù)水平和管理水平的影響也很大,所以Qc確定較為困難。目前關(guān)于垃圾填埋場源強的確定方法基本上有三種：第一種就是地面濃度返推法,由于源下風(fēng)向定點上大氣中污染物的濃度與其排放量成正比,因此根據(jù)無組織排放源下風(fēng)向地面上一定條件下測得的污染物濃度推算出源的排放量。第二種方法就是確定出填埋場排氣量,根據(jù)實驗經(jīng)驗結(jié)果,取惡臭影響氣體 (如 H2S、NH3)所占的比例,用排氣量與惡臭氣體的組成比例的乘積確定源強。第三種方法就是用采用模型法以填埋氣體產(chǎn)生速率和垃圾處理數(shù)量為基礎(chǔ)計算垃圾填埋氣體的擴散速率。

②R的確定及其影響

在衛(wèi)生防護距離公式中 R表示有害氣體無組織排放源所在生產(chǎn)單元的等效半徑,公式中 R是以平方的方式出現(xiàn),可認為與排放源所在生產(chǎn)單元的面積相關(guān)。在源強Qc一定的條件下,衛(wèi)生防護距離L隨 R的增加而減小[8]。但 R對 L的影響并不是很顯著。垃圾填埋場惡臭污染物計算的產(chǎn)氣單元的等效半徑,是以作業(yè)面為基礎(chǔ)考慮的。理論上按照垃圾填埋場的作業(yè)規(guī)范：“填埋垃圾需做到日填日覆,填埋高度為 2米左右”。以垃圾的填埋量除以垃圾密度,即為體積,體積除以填埋高度即為作業(yè)面積。

③衛(wèi)生防護距離中Cm的選取

在衛(wèi)生防護距離的計算公式中 Cm為環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)濃度限值。查閱相關(guān)文獻和環(huán)評報告,目前對于Cm的選取有兩種：第一種就是將 Cm確定為惡臭污染物的廠界標(biāo)準(zhǔn)限值,即 H2S：0.06 mg/m3、NH3：1.5 mg/m3。選用這個標(biāo)準(zhǔn)所得的計算結(jié)果往往很小,可認為選用該標(biāo)準(zhǔn)計算衛(wèi)生防護距離是不合適的,其計算結(jié)果也只能認為是對惡臭氣體廠界范圍的確定;第二種就是選取《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36-79)中對居住區(qū)大氣有害物質(zhì)最高允許濃度標(biāo)準(zhǔn)要求,即氨一次最高容許濃度為0.2mg/m3,硫化氫一次最高容許濃度為 0.01mg/m3,用這個標(biāo)準(zhǔn)計算出的結(jié)果可以認為是以人群健康為基礎(chǔ),需對有毒有害物質(zhì)在空間擴散設(shè)置的防護距離。

由于個人心理、生理條件、年齡、性別、職業(yè)、習(xí)慣等因素的不同,對惡臭的敏感程度、厭惡程度和可耐受程度也不同,因此即使惡臭氣體評價廠界能達標(biāo),臨近垃圾填埋場的居住區(qū)空氣中惡臭物質(zhì)濃度不超“居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度”中限值,也會出現(xiàn)因臭味而投訴的情況發(fā)生?？梢娨匀梭w健康為基礎(chǔ)的衛(wèi)生防護距離能解決身體健康問題,卻不能解決垃圾填埋場惡臭氣體所產(chǎn)生的臭味影響。筆者認為在垃圾填埋場惡臭影響評價及衛(wèi)生防護距離的確定中標(biāo)準(zhǔn)選用,除以居住區(qū)大氣有害物質(zhì)最高允許濃度值為標(biāo)準(zhǔn)外,應(yīng)引入惡臭物質(zhì)嗅閾值及惡臭強度等級對應(yīng)污染物濃度值,以檢知閾值為標(biāo)準(zhǔn)值計算臭氣影響距離,計算結(jié)果可認為是以人體可忍受程度為基礎(chǔ),需對惡臭物質(zhì)在空間擴散設(shè)置的防護距離。

3.3.2.4 惡臭物質(zhì)嗅閾值及惡臭強度

一般惡臭多為復(fù)合惡臭形式,其強度與惡臭物質(zhì)的種類和濃度有關(guān)。有無氣味及氣味的大小與惡臭物質(zhì)在空氣中的濃度有關(guān)。通常把正常勉強可以感到的臭味的濃度稱為嗅覺閾值。惡臭給人的感覺量 (臭味強度)與惡臭物質(zhì)對人嗅覺的刺激量的對數(shù)成正比,當(dāng)惡臭物質(zhì)濃度降低 97%,臭味強度減少 50%。部分惡臭物質(zhì)的嗅覺閾值與排放限值見表 1[9]。

表1 部分惡臭物質(zhì)的嗅覺閾值與排放限值Tab.1 Threshold of some offensive odors and emission l imitation values

惡臭監(jiān)測以感官測試方法為主,目前臭氣評價標(biāo)準(zhǔn)比較常用的有兩種,一種用無臭味空氣將臭氣稀釋,用達到嗅覺閾所需的稀釋倍數(shù)表示臭味強度的嗅閾法,也就是臭氣濃度,該標(biāo)準(zhǔn)無量綱,是個綜合指標(biāo)。此標(biāo)準(zhǔn)在我國的有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中用的比較多,如對于垃圾填埋場新改、擴建的二級區(qū)其廠界臭氣濃度要求是 20,一級區(qū)廠界濃度要求是10等,但是該標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)外尚未研究惡臭濃度與影響惡臭的污染物的定量對應(yīng)關(guān)系,因此無法進行更深一步的定量研究。另一種評價惡臭的標(biāo)準(zhǔn)以人的嗅覺器官對氣味的反應(yīng)將臭味強度分為若干級的臭味強度等級法,該標(biāo)準(zhǔn)由日本制定,在國際上也比較通用。標(biāo)準(zhǔn)中從嗅覺強度上將惡臭分為 0、1、2、3、4、5六個等級,關(guān)于六個等級臭氣強度與感覺的描述見表 2。

表2 臭氣強度的描述Tab.2 A description of odor intensity

國內(nèi)、外關(guān)于惡臭強度等級與惡臭物質(zhì)濃度的換算關(guān)系研究較多,具體換算關(guān)系見表 3。

表3 臭氣強度及惡臭物質(zhì)濃度之間關(guān)系Tab.3 The relation between odor intensity and the concentration of odorous substance

3.3.2.5 有關(guān)說明

①按最大計算結(jié)果確定。在多種惡臭物質(zhì)共同存在的情況下,應(yīng)按照污染物最大的衛(wèi)生防護距離結(jié)果確定。

②應(yīng)考慮多種惡臭物質(zhì)的疊加作用。由于垃圾填埋場產(chǎn)生的惡臭污染物是多成分的混合惡臭,在確定衛(wèi)生防護 (惡臭影響)距離時,應(yīng)考慮其疊加作用的影響。參考類比調(diào)查結(jié)果確定。

③按不利氣象條件考慮。選取該地區(qū)最大頻率的靜風(fēng)風(fēng)速,平均風(fēng)速,最大風(fēng)速三個風(fēng)速條件計算衛(wèi)生防護距離,一般是最大值出現(xiàn)在靜風(fēng)風(fēng)速的條件下。也就是說這種不利條件只發(fā)生在一年中的某些天;根據(jù)垃圾一天 24小時的產(chǎn)氣規(guī)律,一般在凌晨 4點左右,為產(chǎn)氣量最大時段;惡臭的影響只發(fā)生在一年中不利氣象條件的某些天的某個時段,并不是所有時間都有惡臭的影響。

④大氣污染源構(gòu)成的考慮。本次研究所選的兩種物質(zhì)無論是從毒性上屬有害慢性物質(zhì),計算中大氣污染源的構(gòu)成類別按無排氣筒,且有害物質(zhì)按慢性反應(yīng)指標(biāo)確定。

3.3.3 限建區(qū)劃分

(1)廠界達標(biāo)距離。在衛(wèi)生防護距離的計算公式中 Cm取惡臭污染物的廠界標(biāo)準(zhǔn)限值,即 CH2S= 0.06 mg/m3,CNH3=1.5 mg/m3,以此確定填埋場作業(yè)面距廠界的距離,評價惡臭污染物廠界的達標(biāo)。也就是說所計算的距離 L若小于作業(yè)面到廠界的距離,則惡臭污染物排放廠界達標(biāo),否則反之。

(2)禁建區(qū)的確定。在衛(wèi)生防護距離的計算公式中惡臭污染物標(biāo)準(zhǔn)值 Cm,取以《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GBZ1-2002)規(guī)定中的《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36-79)“居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度”中數(shù)值,即 CH2S=0.01 mg/m3,CNH3= 0.2mg/m3,以此評價惡臭污染物對人體健康的影響。也就是說所計算的距離 L做為惡臭污染物的衛(wèi)生防護距離,以此距離為禁建區(qū)的控制距離。

(3)限建區(qū)(緩沖區(qū))的確定。在衛(wèi)生防護距離的計算公式中惡臭污染物標(biāo)準(zhǔn)值 Cm,取惡臭污染物的嗅閾值,即：CH2S=0.0077 mg/m3,CNH3= 0.07081mg/m3,以此評價惡臭污染物的臭氣影響。也就是說所計算的距離 L做為惡臭污染物的影響距離,此距離與衛(wèi)生防護距離之間的區(qū)域為限建區(qū)(緩沖區(qū))。

(4)適建區(qū)的確定。惡臭污染物的影響距離之外的區(qū)域為適合建設(shè)區(qū)域。

4 結(jié) 語

現(xiàn)階段我國城市生活垃圾填埋場普遍超負荷使用,且管理水平不高,各地在加大對垃圾填埋場進行改造治理和加強監(jiān)管的基礎(chǔ)上,需要組織力量研究論證垃圾填埋場與周邊住宅等敏感性建筑控制距離,對生活垃圾填埋場周邊的新建項目實行分級限制性規(guī)劃,以避免新的投訴。本文基于生活垃圾填埋場惡臭污染分析,對其周邊限建區(qū)劃分進行了初步探討,研究結(jié)果對垃圾填埋場環(huán)境影響評價具有一定的參考意義,同時也可為新 (擴)建垃圾填埋場的選址和現(xiàn)有垃圾填埋場周邊建設(shè)項目的規(guī)劃提供參考。

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