（环境工程专业论文）石化企业恶臭污染影响评估与标准研究.pdf

石化企业恶臭污染影晌评估与标准研究 孟伟( 环境工程) 指导教师：赵朝成教授 摘要 目前石化企业恶臭环境污染及扰民事件日益增多，已引起广泛关 注。本论文以独山子石化炼厂为研究对象，对恶臭污染评估及标准的制 定方法进行了较系统的研究。 针对独山子石化炼厂的实际情况，对整个炼厂进行了布点采样， 采用澳大利亚d y n a s c e n t 动态恶臭仪对其恶臭浓度、强度进行了监测 分析，确定出环境恶臭浓度、强度和恶臭重点源强，根据韦伯费希纳 公式建立起恶臭浓度与强度的关系，并对独山子石化炼厂的恶臭环境 标准进行了探讨，最终结合国外相关标准制定出炼厂的环境恶臭浓度 标准及强度标准；在现场监测分析基础上针对恶臭扩散的独特性对恶 臭扩散影响因素进行了探讨，分析了恶臭扩散计算的数学模型，并对 扩散系数的修正进行了相关的讨论，确定了恶臭扩散的计算模型，结 合v b 及m a t l a b 软件建立起恶臭扩散参数计算软件及扩散计算程序包， 可以进行点源面源的扩散计算及图形分析。 利用恶臭源强数据及当时气象条件对独山子石化炼厂恶臭污染进 行预测和验证，证明计算结果与实测结果有较好的一致性。 关键词：恶臭评估，石化炼厂，恶臭标准，扩散计算，恶臭污染预测 t h er e s e a r c ho fp e t r o c h e m i c a l c o r p o r a t i o no d o r p o h u t i o n sa s s e s s m e n ta n dc r i t e r i o ne s t a b l i s h m e n t m e n gw e if e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h a o c h a o - e h e n g a b s t r a c t n o w a d a y s , o d o rp o l l u t i o n sa n do d o rc o m p l a i n si sm u c hm o r et h a ne v e r , a n dh a v e a l r e a d y a r o u s e da b r o a da t t e n t i o n d u s h a n z ip e t r o c h e m i c a l c o r p o r a t i o n sr e f i n e r yw a ss e l e c t e da st h er e s e a r c ho b j e c t , s t u d i e do d o r p o l l u t i o n a s s e s s m e n t t e c h n o l o g y a n do d o r c r i t e r i o ne s t a b l i s h m e n t s y s t e m a t i c a l l y a c c o r d i n gt ot h ep a r t i c u l a r i t yo fd u s h a n z ip e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o n s r e f m e r y , s a m p l i n g t h ew h o l e r e f i n e r y , u s i n gd y n a s c e n t ( a u s t r a l i a ) o l f a e t o m e t e ra n a l a z e do d o rc o n c e n t r a t i o na n do d o r i n t e n s i t y , g o t e n v i r o n m e n t a lo d o rc o n c e n t r a t i o na n do d o r i n t e n s i t y ,a c c o r d i n g t o w e b b e r - f e c h n e rf o r m u l ae s t a b l i s h e dt h er e l a t i o n s h i po fo d o rc o n c e n t r a t i o n a n di n t e n s i t y , d i s e u s s e do d o re n v i r o n m e n t a lc r i t e r i o no fp e t r o c h e m i c a l c o r p o r a t i o n sr e f i n e r y , a n dt h e ni n t e g r a t e dw i t ha b r o a dc o r r e l a t i v ec r i t e r i o n s ， e s t a b l i s h e dt h eo d o re n v i r o n m e n t a li m p a c tc o n c e n t r a t i o na n d 证t e i 坞i 略 c r i t e r i o n b a s e d0 1 1f i e l d so d o re n v i r o n m e n t $ o i l r e ed a t a , f r o mt h eo d o r p a r t i c u l a t e ss t u d i e do d o ri m p a c t sf a c t o r , a n a l y z e dt h ec a l c u l a t i o nm o d e lo f o d o r d i s p e r s i o n a n dd i s c u s s e dt h e d i s p e r s i o n c o e f f i c i e n t s c o r r e c t i o n c o r r e l a t i v e l y , e s t a b l i s h e dt h eo d o rd i s p e r s i o n sc a l c u l a t i o nm o d e l i n t e g r a t e d w i t hs o f t w a r ev ba n dm a t l a be s t a b l i s h e do d o rd i s p e r s i o n sc a l c u l a t i o n p r o c e d u r e sb a g ，i tc a nc a l c u l a t ea n da n a l y z et h eo d o rp o i n tr e s o l l r c , ea n da r e a r e s o u r o e sd i s p e r s i o nu s i n gg r a p h i c s l a s t l y , u s i n gt h em e a s u r ed a t ao fl o c a l eo d o rs o u r e e sp r e d i c t e d d n s h a n f ip e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o n sr e f i n e r y so d o rp o l l u t i o n , a n dt h e p r e d i c t e dr e s u l t sw e r ev e r i f i e d i tw a sf o u n dt h a tt h ep r e d i c t i o nd a t aa n dt h e f i e l dd a t ah a d g o o dc o n s i s t e n c y k e yw o r d s ：o d o ra s s e s s m e n t ；p e t r o c h e m i c a lr e f i n e r y ；o d o rc r i t e r i o n ； d i s p e r s i o nc a l c u l a t i o n ；o d o rp o l l u t i o np r e d i c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签名：一石名 i p 再二月_ t - n 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 学生签名：盛 1 导师签名i 刍刍州 7 年6 月j ，日 1 d 9 年 占月 j 1 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 恶臭及恶臭污染研究概述 1 1 1 恶臭的特征及来源 一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的气味统称 为恶臭，具有恶臭气味的物质被称为恶臭污染物【l 】。恶臭是大气、水、 废弃物等物质中的异味通过空气介质，作用于人的嗅觉思维而被感知的 一种感知( 嗅觉) 污染闭。从广义上说，散发在大气中的一切有味物质 统称味恶臭气体【3 1 。作为大气污染的一种形式，恶臭具有相同于大气污 染的一些特性，如以空气作为恶臭的传播介质、通过呼吸系统对人体产 生影响等。同时，恶臭又具有以人的嗅觉感知为判断标准的特殊性，因 而恶臭污染就具有不同于其他污染的许多特性。 恶臭污染由于其种类繁多，又能以低浓度( 1 0 6 ) 产生嗅觉刺激，因 此很难按大气污染同一类型进行处理。恶臭属于感觉公害，是一个人们 不了解的有气味的化合物的混合名称，其中许多化合物即使在无法测量 的浓度下也会令人不快1 4 】。 恶臭物质的恶臭原因主要是含有特征发臭基团。具有恶臭的物质在 其分子结构上都具有形成恶臭的原子团，称为“发臭基团气”。含有发 臭基团的气味分子与嗅觉细胞相作用，经过嗅觉神经向脑部神经传递信 息，从而完成对气味的鉴别。常见发臭基团有硫基( = s ) 、疏基( - s h ) 等含 硫化合物以及羟基( - o h ) 、醛基( - c h o ) 、羰基( 一c o ) 、羧基( 一c o o h ) 等含 氧化合物。这些恶臭物质散发出来的气味性质各异，有的似鱼腥味，如 胺类；有的似腐烂的卷心菜味，如硫醇类；有的如臭鸡蛋味，如硫化氢； 有的类似汗臭，如酪酸；有的具有刺激臭味，如氨和醛类；有的发生腹 臭，如羊脂酸( 癸酸) 等等p 】。 感觉臭味的一个总的先决条件是其化学物质显示出高挥发性( 相对 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 分子质量在3 5 0 以下) 及亲水和亲腊性。恶臭物质的致臭主要是由于含 有特征发臭基团。含发臭基团的气体分子与嗅觉细胞作用，经嗅觉神经 向脑部神经传递信息，从而完成对气体的鉴别。地球上存在的2 0 0 多万 种化合物中，五分之一具有气味，约有l 万种为重要的恶臭物质。按化 学组成可分成以下5 类【6 】： a 含硫化合物，如硫化氢、硫醇类、硫醚类等； b 含氮的化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚类等； c 卤素及其衍生物，如氯气、卤代烃等； d 含氧的有机物，如酚、醇、醛、酮、有机酸等； e 烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。 从以上分类中可以看出，除硫化氢和氨外，这些恶臭物质大都为有 机物。这些有机物具有沸点低，挥发性强的特征，能够散发到大气中， 因此我们又称其为挥发性有机化合物，简称v o c s ( 挥发性的有机化合 物) 。 有无臭味除了与物质结构有关外，还与相对分子质量有关。一般同 族之中，相对分子质量越大，臭味越强，但达到某一相对分子质量之后， 臭味又减弱，碳原子超过1 8 的化合物多数无气味。 恶臭污染的来源十分广泛，目前恶臭污染主要有三种来源：一是农 牧业恶臭，即畜禽养殖场、屠宰厂、鱼产加工厂等产生的恶臭；二是工 业恶臭，主要产生于石油精制厂、石油化工厂、化肥厂、农药厂、涂漆 厂、橡胶厂、制革厂等；三是城市公共设施恶臭，城市垃圾场、污水处 理厂、医院、公共厕所等公共设施产生的恶臭。 不同企业排放的恶臭物质是不周的，大部分企业都排放多种恶臭物 质。畜禽饲养业由于动物的粪便和尸体的腐败产生硫化氢、甲硫醇、三 甲胺、氨等臭气物质；水产加工厂的臭气主要成分是硫化氢和甲胺。石 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 油加工企业臭气的主要成分是硫化氢、甲硫醇、甲硫醚及烃类物质；油 漆厂、印刷厂、涂料厂、粘结剂厂产生的臭气的主要成分是烃类、酮类、 醛类、醇类和酯类物质；屠宰场、粪便处理厂臭气的主要成分是硫化氢、 甲硫醇、氨等【刀。 1 1 2 描述恶臭的概念 要评价恶臭首先要了解恶臭的特征。我们的感官分析和心理感受， 从下面几个方面来描述恶臭的特征。 a 臭气浓度 恶臭的浓度往往和臭气嗅阈值的概念联系在一起，它是根据感官分 析的方法对恶臭气味的大小予以数量化的指标，用无臭的清洁空气对恶 臭样品连续稀释至嗅辨员的嗅阈值时的稀释倍数称作臭气浓度埔1 。 b 臭气强度 所谓强度是人的嗅觉对气味的心理感受程度，是对气味强弱的一种 描述。为了描述恶臭强度的概念，引用一个例子；恶臭浓度可以认为是 在一杯咖啡中的糖份，而恶臭强度被认为是咖啡中可以感知的甜味。一 般的恶臭多为复合恶臭，其强度与恶臭物质种类和浓度有关，臭气强度 与化学浓度的对数成正比，二者符合韦伯一费希纳定律。气味的强度一般 分成若干等级。因国家、地区的不同，恶臭强度的分级也有所不同。目 前逐渐趋向于七级分级制( 德国标准法) 。 c 臭香值 臭香值也称愉快、不愉快度，是表示某个恶臭样品令人愉快或不愉 快的程度。臭香值是一个独立的气味特征。 嗅辨员对某个恶臭样品愉快、不愉快度的赋值是主观的，嗅辨员根 据其经验和对恶臭的记忆作为参考尺度来定臭香值。经过训练的嗅辨员 对自己的经验和记忆是有意识的。最终以嗅辨组的平均值报告恶臭样品 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 的臭香值。由于缺乏标准的量度约定以及嗅辨员个体之间的差异，从不 同实验室得到的臭香值不能相比较。但是同一实验室的嗅辨组得出的臭 香值能够对气味随时间的变化做出比较正确的评价。 d 臭气味质 臭气味质是气体的特征描述，可将一种恶臭与其他不同的恶臭相区 别。臭气味质的描述不像人们对颜色的描述那样直观和统一。例如，氨 气是一种有刺激性的气味，它可以同其他的一些已知气体比较或通过使 用一些描述性词而区别出来。臭气味质是可以被稀释改变的。 e 嗅阂值 嗅阈值是气味对嗅觉的最小刺激浓度，其标准为在特定的化学浓度 下，5 0 的嗅觉测定人员能够闻出气味，另外5 0 不能闻出气味。嗅阈 值主要有感觉阈值和识别值阈。感觉阈值是嗅觉感觉到有某种气味存在 的最小臭气物质浓度。识别阔值是嗅觉勉强辨认臭气物质或臭气特点的 最小臭气物质浓度。此外还有半数阈值、全数值阈和个人阂值等1 9 1 。 通常有害气体对人体的生理影响是与有害气体的浓度成正比，由于 人的嗅觉对臭味很敏感，嗅阈值极低，所以恶臭给予人的感觉量与恶臭 物对人嗅觉刺激量( 恶臭物浓度) 的对数成正比。即使把恶臭物质去除 了9 0 ，但人的嗅觉只能感觉到臭气浓度只减少了一半。人们对臭气感 知的特点【10 】：恶臭的感知是由臭气刺激而引发的，以强度和频率为特征。 要预测这些参数，需要考虑接受点短期内臭气浓度的波动。只有在臭气 浓度高于物质嗅阈值时臭气才会被感知。但由于波动，有时在恶臭浓度 低于嗅阈值的情况下臭气也可能会被感知。 1 1 3 恶臭的危害 当今大于6 0 的空气污染投诉事件都是与恶臭物质有关的f i l j 。恶臭 作为一种感觉公害，已成为世界上七大环境公害之一1 2 j 。恶臭是扰民的 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第】章绪论 公共污染【1 3 】。臭气，尤其是恶臭气体对人体的危害是不容忽视的，对生 理机能的危害主要表现在对呼吸系统、循环系统、消化系统、神经系统 和生殖系统的影响。当臭气浓度达到一定程度时，能引起呼吸次数增加， 随着臭气浓度的增加，呼吸次数和呼吸深度减低，严重时会完全停止呼 吸 人对臭味是很敏感的，对于某些气体甚至1 x 1 0 6 以下的浓度也能感 知。所以只要有微量的恶臭物质进入环境，就会使人感到不舒适，出现 头痛、头昏、恶心、呕吐、食欲不振、精神不集中，并影响睡眠，甚至 影响居民的正常生活为此经常发生污染指控事件，甚至发生纠纷。恶 臭除了对人体产生危害外，不少恶臭源还会滋生蚊蝇，造成疾病传播。 另外恶臭污染会导致地域评价受损，其他地区向该地区投资减少，阻碍 该区域的经济发展。引起污染指控案件较多的企业有较大规模的饲养业 ( 牛、猪、鸡) ；鱼骨处理厂、水产品加工厂、屠宰厂或肉食加工厂、石 油化工厂、塑料厂、橡胶厂、制药厂、农药厂、化肥厂、油漆厂、皮革 厂等。 随着社会的发展和人们环保意识的增强，人们对大气环境质量提出 了更高的要求，有关恶臭污染的投诉时间也不断增加。恶臭污染是指能 引起人们嗅觉器官多种多样臭感的物质对环境的污染f 】4 j ，恶臭物质不仅 可以使人产生不快和厌恶感，而且还危害人们的健康神智生命，因而国 外有些国家较早地对恶臭实行专项立法f 1 5 1 。按国际环保组织的要求，我 国已将其与消除大气污染、水污染等一同列为环保总体规划中 1 1 4 石化企业恶臭污染的特点 大气环境的恶臭污染问题近几年变得越来越突出，由于恶臭污染而 引起的环境纠纷有逐年增多的趋势，恶臭污染目前已成为民众环境污染 关注的焦点之一。国家环保局恶臭排放标准编写单位在天津市的调查表 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 明，在恶臭的来源分布中，来自工厂的恶臭污染约占3 4 1 ，位居各行 业第一位，主要来自石油、化工、造纸、食品等工业企业，石油炼制对 周围大气环境的恶臭污染是大气环境恶臭污染的重要方面。 在石油炼制的过程中，原油经过加热、加压、催化等过程，会产生 大量的有毒有害物质，如二氧化硫、硫化氢、硫醇类、硫醚类、烃类、 胺类等，这些物质中大多数是恶臭物质，有些即使臭味不大，但对人体 的危害却很大，在生产、运输过程中，它们以排放、挥发、泄漏等方式 进入大气后，会引起周围环境不同程度的污染，从而影响人们的身体健 康【1 6 1 。随着石化企业规模不断扩大，原料处理量和含硫量不断提高，因 石油中有微量硫、氧、氮等烃类化合物，其复杂的工艺过程中产生出越 来越多的恶臭物质，这些物质对人身安全及周边环境的危害程度也在不 断地增加。由于恶臭污染物的扩散，现已出现恶臭扰民现象，如不及时 控制，将会导致严重的社会和环境问题。 根据对广州石化全部污染源的调查，生产过程中有排放恶臭物的污 染源多达上百个，其中对周边地区影响最大的是突发性原因造成生产事 故而引起的工艺气体应急性放火炬引起的恶臭污染l l ”。 石油炼剑中的恶臭发生情况【l s l ：有机硫占6 0 ，烃占1 0 3 ，硫醚 占2 9 3 ，硫醇占3 1 o ，硫化氢占1 2 1 ，氨占8 6 ，其他混合物占 8 6 。石油炼制恶臭污染的组成分析：对某石油炼制企业调查表明，各 类污染源所占比例：为保证安全生产面设的临时放空口占排放源总数的 4 2 ，停工吹扫占2 6 ，贮罐或容器挥发占1 7 ，污水处理场挥发占 1 0 ，正常生产的排放源仅占排放源总数的4 。 石化企业恶臭污染源分固定散发源和泄漏等无组织排放源两类【1 9 1 ， 产生的恶臭污染源在不同情况下主要有以下几个方面：正常情况时的 恶臭污染源，异常情况时的恶臭污染源， 紧急情况时的恶臭污染源。 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 石油化工厂在正常生产过程中，在开停工期间，不可避免地对周围大气 环境造成污染，而臭气污染会给人的感官带来明显不适，是人们反映最 强烈的一种大气污染1 2 0 。 炼油厂是恶臭的重点污染行业。炼油厂的原油、半成品及排水中都 挥发着硫化氢、硫醇等恶臭气体。例如，大多石油化工厂，每天都往周 围环境中排放大量工艺废气硫化氢等，污染周围环境，一般没有做任何 处理。 1 2 目前国内外恶臭污染研究发展状况 1 2 1 我国恶臭污染研究发展状况 恶臭研究是- ( - j 新兴的综合性学科，在我国环保科研领域尚属起步 阶段。我国在8 0 年代中后期开始恶臭污染嗅觉测定技术的研究工作1 2 1 1 。 在恶臭源的调查、有关测试、标准和处理技术等方面进行了不少研究工 作。沈阳、天津、北京等有关部门就大气中恶臭物质的分析、监测方法 进行了不断的研究。 目前我国虽已有部分大专院校、研究机构、大型工厂企业等单位开 展了有关恶臭的研究，但由于恶臭污染研究本身的复杂性、特殊性、艰 巨性，我国的恶臭污染研究队伍相对于目前的恶臭污染形势还不够壮大， 科研力量还比较薄弱，不少研究项目还处于摸索阶段，研究的范围还不 够广，研究涉及的内容还有待深入，研究的手段尚待提高。近年来，国 家和地方政府针对控制恶臭污染出台了一系列的法律法规和控制标准。 如中华人民共和国大气污染防治法第四十条、第四十一条已对恶臭 污染防治做出了规定。 1 2 2 国外恶臭污染研究现状 恶臭虽然是大气污染的一种形态，但因其特殊性，故不少国家将其 作为一种单列公害进行研究，并专项立法实施防治口甜。国外的研究概况 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 为； a 恶臭污染的环境影响评价研究 由于恶臭污染是大气中的恶臭物质作用于受体的结果，他的形成和危 害程度是由恶臭物质浓度和它作用于受体的时间决定的。恶臭物质在大 气中扩散所需时间短，瞬间浓度高，并受气象、地理等因素影响。为了 全面、准确、客观地评价恶臭污染对环境的影响，国外的专家学者对此 展开了大量研究，并建立了许多大气扩散模型和统计微分方法。在应用 这些扩散模型的时候，往往需要输入以下参数，如污染源特征、排放特 征、受体位置、气象条件、地理因素等。国外学者1 2 3 】通过不同垃圾场的 监测结果分析，得出恶臭排放指数( o e f ) 为5 5 0 us 1 m 。2 ，若考虑误差 则为5 5 3 4 0 u s 4 i n 2 。根据这些参数，通过模型运算，来评价预测恶臭 污染源的影响范围和影响程度。 b 恶臭污染物控制标准研究 目前各国的标准化研究主要有几个方面： 恶臭物质浓度控制标准的制定恶臭物质( 成分) 浓度控制标准的 制定基本上沿用了大气污染物质控制标准方法。它首先确定若干种恶臭 物质，用成分浓度的形式制定了排放标准或环境大气标准。但是，由于 各种污染源排放出来的恶臭物质有上千种，不可能逐个制定每种物质的 控制标准和制定方法。因此，大多数国家只是在标准种规定有限的几种 常见的恶臭物质，这与实际恶臭污染之间存在着很大的距离。而且恶臭 污染物往往是多种气态物质的混合物，彼此间还存在着多种相互作用( 如 相加作用、协同作用、抵消作用、掩蔽作用) ，所以仅仅依靠传统的标准 制定方法，即使分析出恶臭成分浓度，也无法衡量恶臭污染给人带来的 厌恶感或不愉快程度。目前研究最多的是臭气浓度标准的制定，这与传 统的标准制定方法有很大的区别，这主要是依靠嗅觉测定法来判别污染 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 程度的标准。 恶臭分析方法和仪器设备的标准化研究主要是对恶臭分析测试中 使用的仪器设备的技术性能、校正方法，嗅觉实验中嗅辨员的筛选、管 理，分析测试环境的要求等进行标准化研究及规定。 有关废气排放的法规最近几年在许多国家已经变得非常的严格，而 且大气污染会损害一个公司的声誉、降低产品的畅销率f 2 4 1 。由于恶臭投 诉事件的不断增多，致使恶臭评估越来越重要，每个国家针对恶臭控制 的相关法规和标准也都是不尽相同的。环境恶臭标准对于恶臭源周围的 土地使用和土地使用者、恶臭的影响面积有重要的影响。根据国外的相 关报道，恶臭标准可以用来：预测和评价存在恶臭污染源的新建或已 建工厂设施的恶臭影响。决定拟建的恶臭控制设施和管理措施是否适 合工厂实际。指导恶臭防治方案和制度的制定。对环境保护的相关 法案进行补充和修正。 1 3 恶臭环境影响评估概述 恶臭的环境影响评估在我国起步较晚，目前还没有形成一套成熟的 恶臭污染评估的技术，在很多恶臭评估的领域的研究还出于摸索的阶段； 恶臭污染的评估应当从恶臭的独特性出发，从采样技术、恶臭测定技术、 扩散模型和恶臭标准综合考虑。 1 3 1 恶臭污染评估的方法与步骤 恶臭污染评估应当以大气评估方法为基础，结合恶臭这种特殊气体 的特殊性，综合考虑其评估的方法。在澳大利亚，大部分洲的环保署都 使用动态恶臭仪来定量恶臭源强，表述为恶臭排放率( o e r ) 。气象数据， 包括小时风速，方向和大气稳定度，与恶臭排放率一同输入大气扩散模 型( 如a u s p l u m e ) 中，便可以生成恶臭浓度等值线，与恶臭影响标准 相对应的臭气浓度内的区域定义为恶臭影响区域。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 恶臭的研究一般步骤为口5 】：a 用动态嗅觉仪对源强进行测量，并进 行强度分析；b 恶臭扩散模型的建立：c 与相关标准的比较与对照。 利用现场实验建立臭气强度与臭气浓度之间的关系，以此为基础， 建立臭气影响标准；建立合理的臭气扩散模型，为模型的标准化、规范 化提供参考：利用公众调查、居民投诉情况、地区实际情况等辅助手段 对恶臭评价的过程进行验证。 国外学者提出了多种恶臭评价程序0 6 1 ，澳大利亚一般将恶臭评估的 步骤分为三步：a 简单的初选，来识别已建或新建工厂潜在的受恶臭影 响区域和位置，这需要用最少量的数据和最简单明了的公式来保守估计 受恶臭影响的范围。b 利用粗略的扩散模型输入事故状态下的恶臭排放 数据进行预测。c 利用精确的扩散模型输入评价地区确切的数据进行预 测，这是最复杂和最体现真实性的一步。以上3 个步骤每一步都要比前 一个步骤更精确。 一般评价的程序是首先明确评价对象，确定评价的主要参数有： a 环境因子：气象资料、地形、地貌、风向、风速、大气稳定度、 季节变化。用于臭气扩散预测； b 社会因子：人群状况、年龄分布、文化层次、社会地位，以及精 神状态、生活经历等，反应人们对臭气污染的敏感程度和环境意识； c 恶臭源：污染源类型、排放口分布位置、排放方式、排放时间规 律和主要恶臭污染物种类、性质、排放浓度、数量，以及恶臭污染治理 设施运转状况、效率等。 根据以上数据开展调查，将评价指标，即臭气浓度、臭气强度、单 一恶臭物质浓度数量化、定量化，选择合适的扩散模型进行预测，并与 恶臭法规标准、居民投诉情况比较，作出污染程度和影响程度大小的评 价叨。 i o 中国石油大学( 华东) 硕士论文第】章绪论 为了解决恶臭扰民的问题，监测厂界和居民区周边的恶臭浓度通常 是解决问题的第一步；接下来，应该根据全年的气候资料结合恶臭的扩 散速率用空气扩散模型来确定恶臭的影响区域。而对于新建和扩建的企 业，恶臭的影响区域应该根据全年的气候资料结合恶臭的扩散速率用空 气扩散模型来预测评估。恶臭扩散模型成为一个环境管理的新的有效工 具，能够对城市的合理规划中恶臭控制提供依据并有指导意义。 恶臭的评价可通过各种标准的对比来进行。污染源可对比恶臭的厂 界标准及排放标准，并确定恶臭污染扩散时的空间分布及时间分布。一 般环境应以普通居民没有恶臭感知的程度为标准，此时的臭气浓度一般 控制在1 0 以下网，并要注意不同性质恶臭对居民影响的差异( 有可能浓 度很小，却能感知臭味) 。 恶臭评价流程见图1 1 ： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章绪论 图卜1 恶臭评价漉程图 1 3 2 恶臭污染环境评估的独特性 由于恶臭是人的嗅觉对气味产生的感觉，臭气的测定必须使用感官 测定法，所以嗅觉仪的选择对于恶臭的评估起到了至关重要的作用。 d y n a s c e n t 动态嗅觉仪是高度自动化的第四代恶臭测量仪器，它除了可以 用来测定空气中的臭气浓度以外，也可以用来测定臭气强度，它是目前 世界上唯一能够符合欧盟标准草案和澳大利亚恶臭测试标准规定的质量 标准的动态嗅觉仪。 国外学者蒋开云f 2 9 】等认为阻碍恶臭评估规范化的方面主要是：a 缺 少相关排放率( v e n t i l a t i o nr a t e s ) 的数据；b 对于面源恶臭排放的扩散 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 机理尚不清楚；c 缺少相关的影响标准。同时定义了评估恶臭污染方法 的四个关键因素：采样技术、嗅辨仪的选择、扩散模型和恶臭影响标准。 澳大利亚风洞采样器的广泛使用和用动态恶臭仪来确定恶臭浓度的测试 标准解决了前两个问题；现如今恶臭的研究仍然集中在恶臭扩散模型和 恶臭影响标准上。 恶臭影响评估与大气污染评估的不同之处【3 川；恶臭接受点( r e c e p t o r ) 臭气浓度很少是能够迭加的。一般来说，污染源特征相近的臭气排放浓 度有可能能够相加，但对于不同特征的恶臭源来说，臭气浓度一强度曲 线中斜率最大的恶臭物质很有可能在恶臭影响中起着主导作用。 在恶臭评估过程中，应当将所有记录在案以及具有恶臭特征的现有 和潜在污染源全部考虑进去，对于无组织排放的情况应当特别注意，因 为它有可能对整个恶臭评估过程产生很大影响。另外，必须注意下面的 几个方面。 a 恶臭扩散速率；恶臭扩散速率是影响恶臭的扩散模式结果最重要的 因素。通常恶臭扩散速率假设为不变量，这对于点源来说是可以接受的， 但对于面源和体源来说会产生太大的误差； b 。使用合理的当地气象数据：例如，全年的风速、风向、风向水平变 化方差和大气层的稳定度小时平均值； c 制定合理的恶臭影响标准。 1 4 论文研究内容 本论文以独山子石化炼厂为研究对象，开展恶臭污染评估技术研究。 采用的主要技术路线为以澳大利亚d y n a s e e n t 动态恶臭仪对恶臭浓度、 强度进行分析，并建立起恶臭浓度强度关系，对独山子石化炼厂的恶臭 环境标准进行确定及探讨；对恶臭扩散影响因素及修正进行研究，确定 不同条件下恶臭扩散计算的方法，并对恶臭扩散趋势进行分析。主要开 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 展以下几方面工作： ( 1 ) 采用d y n a s c e n t 动态恶臭仪对独山子石化炼厂环境恶臭及恶臭 重点源强进行实测分析，确定出环境恶臭浓度及强度和恶臭重点源强的 恶臭浓度。 ( 2 ) 以韦伯费希纳定律为基础建立恶臭浓度强度关系，确定独山子 石化炼厂恶臭环境标准。 ( 3 ) 针对恶臭扩散的独特性对恶臭扩散影响因素进行探讨，并对影 响因素进行修正。确定恶臭扩散的计算模型，建立恶臭扩散参数计算软 件及扩散计算程序包，对恶臭扩散进行计算及分析。 ( 4 ) 由恶臭源强数据及当时气象条件对独山子石化炼厂恶臭污染进 行预测和验证，并划定出恶臭影响区域。 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 当人们在闻到某种足够刺激强度的气味时，建立起这样一种心理感 受。感受之一，是能够识别出这是什么气味。感受之二，是能够说出对 这一气味感觉的强弱程度。这两个方面的，1 5 , 理感受，犹如化学分析中的 定性与定量。尽管气味的感觉强度是心理感受的反映，会因人、因时、 因地而异，但人们对气味感觉强度与刺激强度( 即气味的浓度) 之间的 关系还是遵循一定的规律。要了解这种规律还得追溯到1 9 世纪由韦伯奠 定基础，后来由费希纳正式建立的心理物理学。 当今世界许多国家和地区在观测和实验空气污染物对人体健康和生 态环境等影响的基础上，制定了适用于本国和本地区的环境空气质量标 准，但未见提出其严格的理论依据报道。事实上，制订环境空气质量标 准的主要依据应是空气污染物对人体健康和生态环境的危害程度，而这 种危害程度则主要应由人体和生态对污染物客观刺激产生的反应来描 述。其关键在于以一定标度将这种反应定量化，并以量化结果作为空气 污染物各级标准浓度限值。 恶臭的感官分析方法就是根据人的嗅觉对恶臭气体的嗅觉响应而建 立起来的，通过人的嗅觉对恶臭给出有关上述几个方面特征的数值或文 字的描述。这是一种非常实用、非常有效的分析方法，通常我们测定的 是恶臭的强度和浓度。 2 1 韦伯费希纳定律 2 1 1 韦伯费希纳定律 恩斯特韦伯( 1 7 9 5 - - 1 5 7 8 ) 是德国莱比锡大学的解剖学和生理学 的教授，以研究触觉而著名。他以圆规的两点接触皮肤，看看有多大的 距离才能为人所察觉为两点。他把刚刚能感到两点的距离称为皮肤触觉 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 的两点阈限或差别阈限。阈限这一概念从实验心理学的建立直到今天一 直在使用。韦伯在实验中发现并得出结论：“观察彼此对象间的差异时， 我们所觉察到的不是绝对的差别，乃是相对的差别，这是在几种感官内 都曾经得到证实的观察。”并有，“我们把两件东西比较而观察其差异， 所看到的乃是这个差异对于所比较的东西的分量之比。”这个结论用公 式来表示即 k = a l i ( 2 1 ) 式中i 原来的刺激量； i 刚能引起较强感觉的刺激增加量； l r 常数。 这就是后来费希纳所称的韦伯定律。这一定律表明物理刺激同它引 起的知觉之间不存在直接的对应关系，但韦伯的研究却显示出身体与心 理之间、刺激与感觉之间又相互依存的关系，而这种关系可以通过实验 用数学公式加以表示。 古斯塔夫费希纳( 1 8 0 2 - - 1 8 8 7 ) 是德国莱比锡大学的一位年轻有 为的物理学家。他用一种富于诗意和神秘的眼光考察世界，认为凡物有 组织即有生命，有生命即有灵魂。他认为心与物是同一不可分的，不过 心是主要的，物只是心的外观。他感到要使他的观点有科学的依据，必 须求得心与物关系的法则，要达到这个目的，则需要对他们作精确的数 学测量。人们的感觉虽然有量的差异，又怎么能像物理学那样对他们进 行精确的测量呢? 此时韦伯己完成了对韦伯定律的表述。这使费希纳想 到可以用测量的刺激量的变化来确定感觉量的大小。同时也发现了刺激 量按几何级数增加而感觉量则按算术级数增加。于是在韦伯定律的基础 上，经过多年的研究和推导，得出感觉强度与刺激强度之间的关系： s = l d g r( 2 - 2 ) 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 式中卜感觉强度； r _ 刺激强度； k 一常数。 这个定律是在韦伯定律的基础上推演出来的，所以亦称韦伯一费希 纳定律。费希纳在1 8 6 0 年出版了著名的心理物理学纲要一书，对心 物关系作了详细地说明。通常把关于刺激量的变化和感觉量的变化之间 的关系的研究称为心理物理学【3 玎。 2 1 2 韦伯费希纳定律的应用 在2 0 世纪人们对气体( 包括恶臭) 的研究中，应用心理学的方法， 发现对于中等强度的刺激，人的气味感觉强度与刺激强度之婀的关系符 合韦伯一费希纳定律。 采用气相色谱法和色谱一质谱联用方法可以对臭气物质进行监测， 其过程首先是对气体成分进行分析，确定包括哪些臭气物质，然后计算 出臭气物质的浓度和臭气强度的关系，恶臭强度与臭气组分浓度之间的 关系，可用韦伯一费希纳定律公式表示： i = k l g c ( 2 3 ) 式中卜恶臭强度： c 恶臭物质浓度： k 一常数。 即人类感觉量与恶臭物质浓度的对数成比例。也就是说当物质浓度 为l o 倍时，人类只能感觉到大约2 倍左右的臭味。这个公式可以进一步 表示为： i = l 【l g c + o ( 2 4 ) 式中的。也是参数，通常k 与。的值不相同。上式表明，在对数坐标 纸上臭气强度和浓度之间的关系为直线。 1 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 2 1 3 恶臭强度与恶臭物质浓度关系 为了表示恶臭的扩散模型，确定恶臭强度和恶臭物质测量浓度之间 数字关系是必要的。即人的感知特性与刺激量必须形成一种关系，因为 是恶臭物质在大气中扩散，丽不是感觉上的恶臭。由文献总结可知：恶 臭感知强度与刺激量之间成指数关系。以听力范畴为例，强度和物质信 号是成对数关系的，衡量的标准参数是分贝，即一个人对声音的感觉与 声音传达到接受者的量成对数关系。在感觉范畴中，嗅觉要更为复杂， 因为它不仅由引起刺激的物质浓度决定，并且还与化学成分有关。 有两种模式来描述这两者之间的关系，它们都是在浓度和强度之间 建立了不同的幂及对数关系式。 s t e v e n s 公式： l - - k ；( c - c o ) ”( 2 - 5 ) 即l g ( i ) - - n l g ( c - c o ) + l g ( k s ) ( 2 - 6 ) 式中卜臭气强度，无量纲； i 一s t e v e r k s 参数； c 一臭气浓度； c 旷一检知阈值下的臭气浓度( 即一个臭气单位) ； 1 1 - - 0 0 7 o 7 ，无量纲。 w e b e r - f e e h n e r 公式： i = k w l g ( c c o ) + c o n g ( 2 - 7 ) 式中卜臭气强度，无量纲； k w 一韦伯一费希纳参数； c - 一臭气浓度； c r 一在捡知阈值( 1 个恶臭单位) 下的恶臭物质浓度； c o n s t - - - 与平均强度水平相关的参数，由每种恶臭物质的最佳拟合 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 曲线得出。 由以上两个公式得出的强度与浓度的关系相差并不大，但由于韦伯 一费希纳公式中的数据更易于从实验数据中得到，所以在研究臭气强度 与浓度度关系时韦伯一费希纳公式被更为广泛的应用。 韦伯一费希纳公式可以定义臭气强度一浓度关系，但只能针对一种 给定恶臭气体( 包括复杂混和气体) 建立特定关系。甲硫醇、三甲胺、 甲硫醚及二甲二硫等恶臭物质的韦伯一费希纳公式在日本的恶臭防止法 中已经给出，在对数坐标纸上做出他们的直线如图2 1 所示。 、友? 甲焉群 2 - - - 甲磨 z = 械 硅 哥是砑质舔厦 图2 - l 几种恶臭物质的韦伯费希纳关系 斜率是决定恶臭性质的最重要参数。对于相同感知强度的不同恶臭 气体，所对应的恶臭物质浓度越小，臭气扩散越广，并不易受稀释的影 响，即恶臭气体在稀释很多倍后仍会感知臭味的存在。 例如，对于硫化氢和丁醇两种气体，它们的强度、浓度和阂值之间 的韦伯一费希纳关系式是确定的，但是两种气体的关系式参数是不同的。 这意味着为了定义以臭气浓度为基础的恶臭标准，将会有不同的感知强 度。而只有当恶臭标准为检知阈值( 1 个欧标单位) 时上述情况才不会 发生。 对于硫化氢和丁醇，v d l 3 8 8 2 给出了以下的关系式，关系图见2 2 ： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 丁醇：i = 1 6 5 1 9 c 一2 2 4 硫化氢：i = 2 4 11 9 c + o 7 8 ( 2 - 8 ) ( 2 - 9 ) 是气最厦 二苎三耍二二二二三童煎 二= 二 图2 - 2 丁醇和硫化氢浓度一强度关系图 若l o 个单位的臭气浓度被当作浓度标准时，丁醇臭气强度被感知为 “弱”，而硫化氢则被感知为“可识别”的强度。为了建立统一的臭气 影响标准，就需要选择一个臭气强度等级作为标准，然后由韦伯一费希 纳公式做出图表确定该强度下恶臭物质浓度。例如，若标准为实验室条 件下的。可识别”强度，则合理的浓度标准为：硫化氢l1 个恶臭单位， 丁醇3 3 个恶臭单位。 对于恶臭污染，几乎都是复合臭气，形成恶臭的物质有很多种。对 于复合臭气，将单一臭气加起来计算是有一定难度的，必须要对复合臭 气本身进行测定及求得浓度和臭气强度的关系。 2 2 动态恶臭仪及实验步骤 一个国家的政策制定往往取决于本身的恶臭仪的发展水平，美国在 2 0 世纪7 0 年代将恶臭纳入空气污染物之中，寻找其中的原因，在于当 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章恶臭浓度强度关系研究与测定方法 时缺少有效的仪器来确定恶臭的浓度；在此期间，发表的与恶臭有关的 文章几乎没有，美国的科学家几乎放弃了对恶臭的研究。同美国一样， 日本在这方面的发展也很缓慢。相反，大约在2 0 世纪8 0 年代，欧洲的 发展已经领先世界一步了，荷兰、德国和法国先后推出自己的恶臭测定 标准和控制方法。1 9 8 4 年，澳大利亚成为世界上第一个应用恶臭的测定 和空气扩散模型结果来控制恶臭的国家。 2 2 1 动态恶臭仪概述 动态恶臭仪是预测环境恶臭污染影响的必要工具，并提供了监测环 境恶臭气体的最有效的方法。对于混合恶臭气体的测定，它比色质联机 的方法更可靠更经济。动态恶臭仪与空气扩散模型相结合，其结果能用 来预测恶臭污染源附近地区的恶臭影响。d y n a s e e n t 动态恶臭仪是高度自 动化的第四代恶臭测量仪器，它除了可以用来测定空气中的臭气浓度之 外，也可以用来测定臭气强度和周边臭气强度，它是目前世界上惟一能 够符合欧盟标准草案和澳大利亚恶臭测试标准规定的质量标准的动态恶 臭仪。 国外的恶臭研究专家蒋开云等用最新的动态恶臭仪对铝炼厂和污水 处理厂臭气进行了实验分析，研究了气样的臭气浓度强度关系，通过实 验研究表明，动态恶臭仪在仪器表现、实验步骤、嗅辨员培训及数据计 算方法上有了显著的改进。 臭气强度揭示了吸入臭气与接受者对臭气感知的一种量与反应之间 的关系。而臭气浓度反应的是恶臭源的源强大小。用先进的数控恶臭分 析仪建立的臭气浓度一强度( o c i ) 关系经国外学者的实验证明1 3 2 j 已经 有了显著的改进。以动态恶臭仪为基础的恶臭分析实验满足了德国 v d l 3 8 8 2 i 导则和欧洲e n l 3 7 2 5 中规定的标准。同时，d y n a s c e n t 简化 了臭气强度计算并且能