高斯模式中无量纲臭气浓度的预测技术

杨大业

(重庆智力环境开发策划咨询有限公司， 重庆 400020)

高斯模式中无量纲臭气浓度的预测技术

杨大业

(重庆智力环境开发策划咨询有限公司， 重庆 400020)

根据臭气浓度的测定原理，嗅阈值的定义，论述了《恶臭测定 三点比较式臭袋法》监测的无量纲臭气浓度(倍)的转换的理论基础，推导了从标准方法的以体积浓度表示的稀释倍数转换为有量纲的排放强度，即常规的以质量为单位的排放强度，从而解决臭气浓度不能在常规大气预测模式中进行预测的问题。以臭气浓度(无量纲)为单位，在大气预测中不仅可以得出臭气在不同距离的臭气浓度，而且可以计算出达到嗅阈值(无臭)的距离。以甲硫醇为例，验证了量纲转换的合理可行性。

臭气浓度；量纲转换；预测

随着经济的发展，臭气污染正成为公众关心的突出环境问题。相应地，臭气污染源的预测变得越来越受到关切。在大气环境影响评价技术导则[1]中，没有臭气浓度的预测方法或解决途径。康磊、邢艳梅、王文美等[2-5]先后发表了多篇文章讨论这一问题。文章介绍了臭气强度法、稀释度参数法和类比法3种预测方法。

其中，稀释度参数法以日本的《臭气指数规制2号基准》为依据。根据日本环境省的调查，提供了点源稀释度参数图和低矮源稀释度图，通过计算公式和经验系数，可得到排放的污染物对环境的影响的无量纲臭气指数，再换算为无量纲的臭气浓度。由于该方法确定的最大影响半径为100 m内，也不考虑最大落地浓度出现的距离和与距离的函数关系。类比法以同类型企业的实测数据为依据进行类比。因此，预测精度与类比项目的工程规模、工艺路线、排放方式、环境特征等有关。臭气强度法是日本经济省提出的，以嗅阈值为基准划分的0～5级臭气强度分级方法为基础，只要知道臭气强度与浓度的数学关系中的常数，就可以根据判断的臭气级数计算相应的臭气浓度。由于该法只提供了NH3、H2S、甲硫醇等8种臭气的数学关系式，其应用受到一定限制。冯霞等[6]提出了在高斯大气扩散模式基础上臭气浓度预测的可行性。上述方法无论从预测精度或范围上，都有很大限制，没有解决环境影响评价中无量纲臭气的定量预测问题。

本文从臭气浓度的监测原理出发，根据臭气浓度的定义，臭气浓度与嗅阈值的量纲关系，提出了解决高斯模式的计算源强的可行性，从而解决了臭气排放源的环境影响预测问题。

1 计算基础

在三点比较式臭袋法[7]恶臭测定方法中，稀释倍数叫做臭气浓度(无量纲)，并作为排放标准和厂界浓度标准的判据。

大多数情况下臭气是多种物质的混合物，因此，在恶臭测定方法中， 臭气浓度采用的是人的嗅觉器官测定法。作者认为，臭气是物质，具有物质的特点，只是由于难以给出某一/各物质的具体浓度，而采用稀释倍数来衡量。只要具有物质的共性，就适用于高斯模式，就可以按大气环境影响评价技术导则的模式进行预测。

2 必要的假定

(1)臭气是一种或多种物质的混合物，符合气体的大气扩散规律。

(2)臭气在迁移扩散过程中只有物理稀释，不发生化学变化，这与三点比较式测定方法的稀释原理是一致的。

(3)在迁移扩散过程中，环境不额外加入其他臭气物质。

3 恶臭测定的三点比较式臭袋法简介

三点比较式测定方法[7]是在无臭袋中注入一定量的样品，用无臭空气按一定稀释比例逐级稀释、嗅辨，经嗅辨员确认刚好无臭时的稀释倍数即“臭气浓度”。例如，在3 L无臭袋中注入30 mL样品，嗅辨员确认刚好无臭，则样品的臭气浓度为100(倍)。意味着臭气样品稀释100倍时正好等于或低于嗅阈值浓度。假设嗅阈值为a，则臭气浓度为嗅阈值的100倍，即100 a。

三点比较式测定方法测定的臭气浓度对应的是体积浓度，其单位为ppm。对于特定的污染物，可以转换为相应的质量浓度，即mg/m3。即使臭气是多种污染物的混合物，从单位转换的角度，ppm是可以转换为mg/m3的。

4 如何解决大气预测模式无量纲臭气浓度的源强

已知臭气浓度，即稀释倍数为C时，臭气排放量按下式计算：

(1)

式中，QV为废气排放量，m3/h；C为稀释倍数，无量纲；a为嗅阈值(以稀释倍数计时为1)；106为ppm与m3的单位转换系数。

5 计算及验证

5.1 排放源的设定

假定某排放源甲硫醇的排放量为3 000 m3/h，臭气浓度为200 000，采用臭气浓度(倍)为单位时，排放源臭气的排放量Q=3 000×200 000×a/106=600 a m3/h。

从环境质量评价角度，源强为600 a m3/h(从量纲角度，m3/h与大气预测模式中的kg/h是等值的)。

为验证单位转换的合理性，假定臭气污染物为甲硫醇，其嗅阈值a=0.000 1 ppm=a′=0.000 214 mg/m3。则某排放源甲硫醇臭气的排放量为：

(2)

式中，QV为废气排放量，m3/h；C′为臭气物质量，mg；a′为以mg/m3为单位的嗅阈值，C′=C·a′。该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 验证结果

按环境影响评价技术导则推荐模式，分别将上述排放源的源强(600 a m3/h和0.128 4 kg/h)代入预测模式，预测结果见表1。

表1 不同量纲的预测结果比较

计算结果表明，以无量纲的稀释倍数进行计算，达到嗅阈值a，即a=1时，对应的距离与以常规浓度单位得到的以mg/m3为单位的臭阈值的结果是相同的。

6 结论

对于臭气污染源，往往是多种臭气物质的混合物，因此，测定方法给出的是稀释倍数。所谓稀释倍数，是指恶臭气体用无臭空气稀释到刚无臭时的稀释倍数，也即满足嗅阈值要求的稀释倍数。稀释倍数是无量纲的，但是，嗅阈值是有单位的，可以转换为有单位(体积)的源强。因此，只要知道排放源的臭气浓度(稀释倍数)就可以像常规的预测方法一样，用大气预测模式预测它的最大影响浓度(臭气浓度)、最大影响浓度出现距离和等于或小于嗅阈值(相当于1倍稀释度)的距离等问题。

计算结果表明，以无量纲的稀释倍数为污染物源强的计算结果，与以通常的浓度方法为源强的计算结果是吻合的。

[1] 环境保护部. HJ 2.2—2008 环境影响评价技术导则 大气环境[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2008.

[2] 康磊, 邢艳梅, 王文美, 等. 3种恶臭环境影响评价方法适用范围的探讨[J]. 环境影响评价动态, 2010(4): 16- 19.

[3] 康磊. 日本恶臭公害研究概况[J]. 国外环境科学技术, 1987(4): 46- 49.

[4] 康磊, 刘凌, 邢艳梅, 等. 建设项目环境影响评价中恶臭环境影响评价方法探讨[C]//国家环境保护恶臭污染控制重点实验室. 恶臭污染管理与防治技术进展会议论文. 天津:天津科学技术出版社, 2009: 274- 280.

[5] 康磊, 邢艳梅, 王文美, 等. 稀释度参数法在恶臭环境影响评价预测中的初探[J]. 环境科学导刊, 2010, 29(3): 85- 87.

[6] 冯霞, 吴以中, 宗良纲, 等. 无量纲臭气浓度大气扩散预测方法研究[J]. 环境科学与技术, 2009, 32(2): 172- 174.

[7] 国家环境保护局. GB/T 14675—93 空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 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

杨大业(1937—)，男，四川盐源人，教授级高级工程师，本科，主要研究方向为环境评价，E-mail： ydy371127@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.021

X820.3

A

2095-6444(2015)02-0079-02