高斯模式中無量綱臭氣濃度的預(yù)測技術(shù)

楊大業(yè)

(重慶智力環(huán)境開發(fā)策劃咨詢有限公司， 重慶 400020)

高斯模式中無量綱臭氣濃度的預(yù)測技術(shù)

楊大業(yè)

(重慶智力環(huán)境開發(fā)策劃咨詢有限公司， 重慶 400020)

根據(jù)臭氣濃度的測定原理，嗅閾值的定義，論述了《惡臭測定 三點比較式臭袋法》監(jiān)測的無量綱臭氣濃度(倍)的轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)了從標(biāo)準(zhǔn)方法的以體積濃度表示的稀釋倍數(shù)轉(zhuǎn)換為有量綱的排放強度，即常規(guī)的以質(zhì)量為單位的排放強度，從而解決臭氣濃度不能在常規(guī)大氣預(yù)測模式中進(jìn)行預(yù)測的問題。以臭氣濃度(無量綱)為單位，在大氣預(yù)測中不僅可以得出臭氣在不同距離的臭氣濃度，而且可以計算出達(dá)到嗅閾值(無臭)的距離。以甲硫醇為例，驗證了量綱轉(zhuǎn)換的合理可行性。

臭氣濃度；量綱轉(zhuǎn)換；預(yù)測

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，臭氣污染正成為公眾關(guān)心的突出環(huán)境問題。相應(yīng)地，臭氣污染源的預(yù)測變得越來越受到關(guān)切。在大氣環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則[1]中，沒有臭氣濃度的預(yù)測方法或解決途徑?？道凇⑿掀G梅、王文美等[2-5]先后發(fā)表了多篇文章討論這一問題。文章介紹了臭氣強度法、稀釋度參數(shù)法和類比法3種預(yù)測方法。

其中，稀釋度參數(shù)法以日本的《臭氣指數(shù)規(guī)制2號基準(zhǔn)》為依據(jù)。根據(jù)日本環(huán)境省的調(diào)查，提供了點源稀釋度參數(shù)圖和低矮源稀釋度圖，通過計算公式和經(jīng)驗系數(shù)，可得到排放的污染物對環(huán)境的影響的無量綱臭氣指數(shù)，再換算為無量綱的臭氣濃度。由于該方法確定的最大影響半徑為100 m內(nèi)，也不考慮最大落地濃度出現(xiàn)的距離和與距離的函數(shù)關(guān)系。類比法以同類型企業(yè)的實測數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行類比。因此，預(yù)測精度與類比項目的工程規(guī)模、工藝路線、排放方式、環(huán)境特征等有關(guān)。臭氣強度法是日本經(jīng)濟省提出的，以嗅閾值為基準(zhǔn)劃分的0～5級臭氣強度分級方法為基礎(chǔ)，只要知道臭氣強度與濃度的數(shù)學(xué)關(guān)系中的常數(shù)，就可以根據(jù)判斷的臭氣級數(shù)計算相應(yīng)的臭氣濃度。由于該法只提供了NH3、H2S、甲硫醇等8種臭氣的數(shù)學(xué)關(guān)系式，其應(yīng)用受到一定限制。馮霞等[6]提出了在高斯大氣擴散模式基礎(chǔ)上臭氣濃度預(yù)測的可行性。上述方法無論從預(yù)測精度或范圍上，都有很大限制，沒有解決環(huán)境影響評價中無量綱臭氣的定量預(yù)測問題。

本文從臭氣濃度的監(jiān)測原理出發(fā)，根據(jù)臭氣濃度的定義，臭氣濃度與嗅閾值的量綱關(guān)系，提出了解決高斯模式的計算源強的可行性，從而解決了臭氣排放源的環(huán)境影響預(yù)測問題。

1 計算基礎(chǔ)

在三點比較式臭袋法[7]惡臭測定方法中，稀釋倍數(shù)叫做臭氣濃度(無量綱)，并作為排放標(biāo)準(zhǔn)和廠界濃度標(biāo)準(zhǔn)的判據(jù)。

大多數(shù)情況下臭氣是多種物質(zhì)的混合物，因此，在惡臭測定方法中， 臭氣濃度采用的是人的嗅覺器官測定法。作者認(rèn)為，臭氣是物質(zhì)，具有物質(zhì)的特點，只是由于難以給出某一/各物質(zhì)的具體濃度，而采用稀釋倍數(shù)來衡量。只要具有物質(zhì)的共性，就適用于高斯模式，就可以按大氣環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則的模式進(jìn)行預(yù)測。

2 必要的假定

(1)臭氣是一種或多種物質(zhì)的混合物，符合氣體的大氣擴散規(guī)律。

(2)臭氣在遷移擴散過程中只有物理稀釋，不發(fā)生化學(xué)變化，這與三點比較式測定方法的稀釋原理是一致的。

(3)在遷移擴散過程中，環(huán)境不額外加入其他臭氣物質(zhì)。

3 惡臭測定的三點比較式臭袋法簡介

三點比較式測定方法[7]是在無臭袋中注入一定量的樣品，用無臭空氣按一定稀釋比例逐級稀釋、嗅辨，經(jīng)嗅辨員確認(rèn)剛好無臭時的稀釋倍數(shù)即“臭氣濃度”。例如，在3 L無臭袋中注入30 mL樣品，嗅辨員確認(rèn)剛好無臭，則樣品的臭氣濃度為100(倍)。意味著臭氣樣品稀釋100倍時正好等于或低于嗅閾值濃度。假設(shè)嗅閾值為a，則臭氣濃度為嗅閾值的100倍，即100 a。

三點比較式測定方法測定的臭氣濃度對應(yīng)的是體積濃度，其單位為ppm。對于特定的污染物，可以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的質(zhì)量濃度，即mg/m3。即使臭氣是多種污染物的混合物，從單位轉(zhuǎn)換的角度，ppm是可以轉(zhuǎn)換為mg/m3的。

4 如何解決大氣預(yù)測模式無量綱臭氣濃度的源強

已知臭氣濃度，即稀釋倍數(shù)為C時，臭氣排放量按下式計算：

(1)

式中，QV為廢氣排放量，m3/h；C為稀釋倍數(shù)，無量綱；a為嗅閾值(以稀釋倍數(shù)計時為1)；106為ppm與m3的單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

5 計算及驗證

5.1 排放源的設(shè)定

假定某排放源甲硫醇的排放量為3 000 m3/h，臭氣濃度為200 000，采用臭氣濃度(倍)為單位時，排放源臭氣的排放量Q=3 000×200 000×a/106=600 a m3/h。

從環(huán)境質(zhì)量評價角度，源強為600 a m3/h(從量綱角度，m3/h與大氣預(yù)測模式中的kg/h是等值的)。

為驗證單位轉(zhuǎn)換的合理性，假定臭氣污染物為甲硫醇，其嗅閾值a=0.000 1 ppm=a′=0.000 214 mg/m3。則某排放源甲硫醇臭氣的排放量為：

(2)

式中，QV為廢氣排放量，m3/h；C′為臭氣物質(zhì)量，mg；a′為以mg/m3為單位的嗅閾值，C′=C·a′。該排放源甲硫醇的排放量Q′=3 000×200 000×0.000 214/106=0.128 4 kg/h。

5.2 驗證結(jié)果

按環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則推薦模式，分別將上述排放源的源強(600 a m3/h和0.128 4 kg/h)代入預(yù)測模式，預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 不同量綱的預(yù)測結(jié)果比較

計算結(jié)果表明，以無量綱的稀釋倍數(shù)進(jìn)行計算，達(dá)到嗅閾值a，即a=1時，對應(yīng)的距離與以常規(guī)濃度單位得到的以mg/m3為單位的臭閾值的結(jié)果是相同的。

6 結(jié)論

對于臭氣污染源，往往是多種臭氣物質(zhì)的混合物，因此，測定方法給出的是稀釋倍數(shù)。所謂稀釋倍數(shù)，是指惡臭氣體用無臭空氣稀釋到剛無臭時的稀釋倍數(shù)，也即滿足嗅閾值要求的稀釋倍數(shù)。稀釋倍數(shù)是無量綱的，但是，嗅閾值是有單位的，可以轉(zhuǎn)換為有單位(體積)的源強。因此，只要知道排放源的臭氣濃度(稀釋倍數(shù))就可以像常規(guī)的預(yù)測方法一樣，用大氣預(yù)測模式預(yù)測它的最大影響濃度(臭氣濃度)、最大影響濃度出現(xiàn)距離和等于或小于嗅閾值(相當(dāng)于1倍稀釋度)的距離等問題。

計算結(jié)果表明，以無量綱的稀釋倍數(shù)為污染物源強的計算結(jié)果，與以通常的濃度方法為源強的計算結(jié)果是吻合的。

[1] 環(huán)境保護部. HJ 2.2—2008 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2008.

[2] 康磊, 邢艷梅, 王文美, 等. 3種惡臭環(huán)境影響評價方法適用范圍的探討[J]. 環(huán)境影響評價動態(tài), 2010(4): 16- 19.

[3] 康磊. 日本惡臭公害研究概況[J]. 國外環(huán)境科學(xué)技術(shù), 1987(4): 46- 49.

[4] 康磊, 劉凌, 邢艷梅, 等. 建設(shè)項目環(huán)境影響評價中惡臭環(huán)境影響評價方法探討[C]//國家環(huán)境保護惡臭污染控制重點實驗室. 惡臭污染管理與防治技術(shù)進(jìn)展會議論文. 天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社, 2009: 274- 280.

[5] 康磊, 邢艷梅, 王文美, 等. 稀釋度參數(shù)法在惡臭環(huán)境影響評價預(yù)測中的初探[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊, 2010, 29(3): 85- 87.

[6] 馮霞, 吳以中, 宗良綱, 等. 無量綱臭氣濃度大氣擴散預(yù)測方法研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2009, 32(2): 172- 174.

[7] 國家環(huán)境保護局. GB/T 14675—93 空氣質(zhì)量 惡臭的測定 三點比較式臭袋法[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 1993.

Forecast Technology of Dimensionless Odor Concentration Based on Gauss Model

YANG Da-ye

(Chongqing Zhili Environment Development Plan Consultative Co.,Ltd., Chongqing 40002, China)

According to the determination principle of odor concentration and the definition of olfactory threshold value, this paper elaborates the theoretical basis of monitoring the transition of dimensionless odor concentration(times) based onAirquality-Determinationofodor-Triangleodorbagmethod, and deducts from the standard method that is using volume concentration as the dilution multiple to dimensional emissions rate, i.e. the conventional quality-based emissions rate, and there by solves the problem that the odor concentration can’t be forecasted in the conventional atmosphere forecast mode. Using odor concentration(dimensionless) as the unit, not only can we forecast the odor concentration in different distances in atmosphere forecast, but also can calculate the distance to reach the olfactory threshold value(odorless). Take methyl mercaptan as an example to demonstrate the reasonable feasibility of dimension transition.

odor concentration; dimension transition; forecast

2014-06-21

楊大業(yè)(1937—)，男，四川鹽源人，教授級高級工程師，本科，主要研究方向為環(huán)境評價，E-mail： ydy371127@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.021

X820.3

A

2095-6444(2015)02-0079-02