上海市崇明县不同规模养猪场恶臭防护距离研究

汪冬冬，史云鹏，桂 青

（上海勘测设计研究院，上海200434）

1 引言

随着规模化养猪业的发展及公众对环境质量要求的提高，养猪场恶臭污染已受到高度关注。目前国内外对恶臭污染的研究主要集中于恶臭污染物成分分析、实时监测、控制及去除方法研究、恶臭污染物扩散方式与预测模型的研究，以及对人畜健康的危害等方面［1］。而对养猪场恶臭防护距离的研究相对较少。本文将恶臭防护距离界定为保护养殖场周围人群的健康，减少养殖场恶臭污染物对周围居民区的环境影响，在恶臭污染源和居民区之间设立的环境防护距离。

国外对恶臭防护距离的确定主要基于以下两种方法：一是根据执行标准，在恶臭源头和居民区之间设立防护距离，如美国农业工程协会（ASAE）工程准则中推荐畜牧场应保持与最近的居住区0.4～0.8km距离为宜［2］；二是利用奥地利修正扩散模型（AODM）、高斯模型、明尼苏达州OFFSET模型等扩散模型计算防护距离，如Chapin等经计算得出存栏数每增加2500头猪，防护距离增加70～140m，最大防护距离分别为800m和1600m［3］。国内对恶臭防护距离的确定主要采用现场监测对比行业恶臭排放标准来确定相应的恶臭影响范围，如李国学认为养殖场对周围环境的恶臭影响范围在200～500m方圆区域内［4］。然而，国内外对有关不同规模养猪场恶臭防护距离的确定以及采用何种方法对其进行确定的研究分析并不多见。本文以上海市崇明县为例，探讨不同规模的养猪场与居民区之间所需设置的恶臭防护距离，并提出适用于不同规模养猪场恶臭防护距离的适宜方法，以期为区域畜禽养殖恶臭污染综合整治和环境管理提供参考。

2 研究方法

2.1 研究区域概况

上海市崇明县由崇明、长兴、横沙等三岛组成，下辖16镇2乡。境内地势平坦，气候属亚热带季风气候区，四季分明，季风特点明显，雨水充沛，日照充足。年平均气温15.3℃，常年主导风向为东南风，平均风速3.9m/s。近年来，全县着力推进高效生态农业的建设，农业生产处于稳定发展的良好态势，随着低碳经济发展的推行，全县建成了约3万亩的低碳农业园区。但由于园区内的土地多为滩涂围垦而成，土地有机质含量低，需要大量有机肥替代化肥进行涵养。因此，为打造有机生态农业，崇明县境内建设了多个高标准规模化畜禽养殖场，尤其是建设了多个不同规模的标准化生态养猪场，与农业园区进行配套。在向社会提供大量无公害畜禽的同时，亦向农业园区提供其所急需的大量有机肥，实现种养结合、相互促进发展、生态循环的农业经济。

2.2 恶臭防护距离的确定方法

目前对恶臭防护距离的确定主要由基于SCREEN3估算模式的大气环境防护距离、基于卫生防护距离公式的卫生防护距离和畜禽养殖业污染防治技术规范中的规定距离综合对比来确定。

2.2.1 基于SCREEN3估算模式的大气环境防护距离

《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ2.2－2008）对大气环境防护距离的定义是为保护人群健康，减少正常排放条件下大气污染物对居住区的环境影响，在项目厂界以外设置的环境防护距离。同时在大气环境防护距离管理要求中规定在大气环境防护距离内不应有长期居住的人群，并采用推荐模式中的大气环境防护距离模式计算各无组织排放源的大气环境防护距离［5］。

推荐模式中的大气环境防护距离模式是基于估算模式开发的计算模式，主要用于确定无组织排放源的大气环境防护距离。SCREEN3是一种基于ISC3模型的估算模式，采用单源高斯烟羽扩散模式，适合于模拟小尺度范围内、流场一致情况下，气态污染物的传输与扩散情况，同时也可用于模拟点、面、线、体源及逆温和海岸线等情况下，下风向轴线上污染物的最大浓度［6］。目前的研究计算和《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ2.2－2008）中都采用这种估算模式。因此，本文采用SCREEN3估算模型来计算不同规模养猪场的大气环境防护距离。

2.2.2 基于卫生防护距离公式的卫生防护距离

《制定大气污染物排放的技术方法》（GB/T13201－91）中规定无组织排放的有害气体进入呼吸带大气层时，其浓度如超过GB3095《环境空气质量标准》与TJ36《工业企业设计卫生标准》规定的居住区容许浓度限值，则无组织排放源所在的生产单元（生产区、车间或工段）与居住区之间应设置卫生防护距离［7～9］。因此，本文参照GB/T13021－91中关于有害气体卫生防护距离的计算公式，计算不同规模养猪场的卫生防护距离。

卫生防护距离计算公式如下：

式中：Cm为标准浓度限值，mg·m－3；Qc为工业企业有害气体无组织排放量可以达到的控制水平，kg·h－1；L为工业企业所需卫生防护距离，m；r为有害气体无组织排放源所在生产单位的等效半径，m，根据该生产单元占地面积S（m2）计算；A、B、C、D为卫生防护距离计算系数，无因次，根据工业企业所在地区近5年平均风速及工业企业大气污染源构成类别从表1中查取。

表1 卫生防护距离计算系数

《制定大气污染物排放的技术方法》（GB/T13201－91）中规定卫生防护距离在100m以内时，级差为50m；超过100m，但小于或等于1000m时，级差为100m；超过1000m以上，级差为200m。

2.2.3 畜禽养殖业污染防治技术规范中的规定距离

《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T81－2001）的选址要求中规定：“新建、改建、扩建的畜禽养殖场选址应避开规定的禁建区域（生活饮用水水源保护区、风景名胜区、自然保护区的核心区及缓冲区；城市和城镇居民区，包括文教科研区、医疗区、商业区、工业区、游览区等人工集中地区；县级人民政府依法划定的禁养区域；国家或地方法律、法规规定需特殊保护的其他区域），在禁建区域附近建设的，应设在禁建区域常年主导风向的下风向或侧风向处，场界与禁建区域边界的最小距离不得小于500m”［10］。因此，本文也按照规范中规定对不同规模养猪场的恶臭防护距离进行确定。

2.3 养猪场规模、恶臭污染因子及源强确定

根据全面性、典型性与可操作性等原则，加之目前国内外养猪场恶臭污染物成分研究主要集中在对环境危害性较大的NH3和H2S两种成分上。因此，本文选取NH3和H2S这两种特征性恶臭污染因子对从1万头至20万头规模不等的养猪场的恶臭防护距离进行研究。

表2 不同规模养猪场NH3和H2S的源强

由于地理位置和气象条件的差异，不同养猪场的NH3和H2S源强也有所不同。NH3和H2S源强经验数据为一个存栏为10.8万头的普通生猪养殖场每小时向大气排放159kg NH3、14.5kg H2S［11，12］。本文主要根据上述经验数据，结合目前上海市崇明县标准化养猪场大都采用添加益生菌的低氮型饲料进行饲喂，其饲喂方式可使恶臭浓度下降97.7%这一情况来进行源强确定，得出不同规模养猪场NH3和H2S的排放源强（表2）。

3 结果与分析

在以上三种方法计算结果的基础上，取计算结果中最大距离作为不同规模养猪场的恶臭防护距离（表3）。根据结果分析可知，当养猪场的规模小于或等于12万头时，恶臭防护距离按照《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T81－2001）中的“养殖场场界与禁建区域边界的最小距离不得小于500m”的规定进行确定，为500m；当规模大于12万头时，恶臭防护距离则按照SCREEN3模型计算的大气环境防护距离进行确定。

由于恶臭污染物排放源包括畜舍及活动场、粪便堆放区等无组织排放源或者是数量多且源强、源高都不大的点源，需要作为面源来考虑。因此，本研究采用面源扩散模式对上述结果进行验证，采用高斯面源扩散预测模型分别对不同规模产生的恶臭物质在下风向的最大落地浓度和距离进行计算，根据计算结果（表4）对恶臭防护距离的可行性进行验证。计算结果表明不同规模养猪场恶臭污染物最大落地浓度点的下风向距离为290m，在确定的恶臭防护距离范围内，故不同规模养猪场的恶臭防护距离结果可信。

4 讨论

4.1 NH3和H2S对防护距离的响应

利用卫生防护距离公式以及估算大气环境防护距离的SCREEN3模型对恶臭防护距离进行计算，确定了不同规模的养猪场NH3和H2S两种恶臭污染因子各自的卫生防护距离和大气环境防护距离（表3）。分析可知，恶臭污染因子H2S对最终的大气环境防护距离和卫生防护距离的确定均起到决定性作用。

进一步分析可知（图1），在不考虑畜禽养殖业污染防治技术规范对恶臭防护距离规定的情况下，养猪场规模在10万头以下时，恶臭防护距离则应按照卫生防护距离公式计算出的H2S卫生防护距离进行确定；养猪场规模在大于或等于10万头时，恶臭防护距离则应按照SCREEN3估算模型计算出的H2S大气环境防护距离进行确定。

4.2 偏差分析

由于SCREEN3模型中污染源参数与预测参数的设定，致使不同规模的养猪场恶臭防护距离研究结果存在一定的偏差。原因有三方面。一是本文将养猪场中的猪舍区、粪污处置区合并成为一个面源污染区，并主要针对猪舍区的不同养殖规模所产生的恶臭来确定恶臭防护距离；由于养猪场恶臭主要来源于粪污的腐败分解，现代化养猪场均采用先进的技术及时清理猪舍地面粪污，减少粪便在猪舍内的发酵时间，并采用湿度、温度等控制系统调节猪舍内部环境，保持舍内干燥，减少舍内粉尘、微生物的数量，且在距离猪舍一定距离处设置绿化带，可大大减少猪舍区的恶臭，而养猪场主要的恶臭污染源为粪污处置区；因此，与实际状况存在一定差异。二是SCREEN3模型中预测参数的设定并未将指定稳定度和风速考虑在内，采用自动筛选大气稳定度和上海市崇明县近5年的平均风速进行计算，从而导致不同规模恶臭源强的最大落地浓度和最大落地浓度点的下风向距离有所偏差。三是与《村镇规划卫生规范》中对养猪场卫生防护距离的要求存在一定冲突，《村镇规划卫生规范》（GB18055－2012）中规定对养猪场规模500～10000头的卫生防护距离为200～800m，10000～25000头的卫生防护距离为800～1000m［13］，而本文经计算得出20万头规模养猪场的恶臭防护距离为800m。

表3 不同规模养猪场的恶臭防护距离

表4 养猪场NH3和H2S无组织排放扩散最大落地浓度预测结果

图1 不同规模养猪场H2S对防护距离的响应

4.3 恶臭污染整治适宜性管理策略

针对不同规模养猪场恶臭防护距离的确定，NH3和H2S对防护距离的响应，以及偏差分析的结论，提出以下恶臭环境的适宜性管理策略：①将H2S作为确定养猪场恶臭防护距离的决定性因子进行考虑；②养猪场恶臭防护距离应采用SCREEN3模型计算的大气环境防护距离和《畜禽养殖业污染防治技术规范》中相关规定2种方法进行确定；③由于《村镇规划卫生规范》由卫生部发布实施，当在养猪场与住宅区之间需设置一定适宜范围的恶臭防护距离时，应根据环境影响评价报告，由建设单位主管部门与建设项目所在区域的卫生、环保部门共同确定。

5 结语

本文尝试运用SCREEN3估算模式、卫生防护距离公式和畜禽养殖业污染防治技术规范中的规定距离3种方法对不同规模养猪场的恶臭防护距离进行确定，并以此为基础从NH3和H2S对防护距离的响应方面进行比较研究，结果表明：

（1）当养猪场的规模小于或等于12万头时，恶臭防护距离按照畜禽养殖业污染防治技术规范中的规定距离进行确定；当规模大于12万头时，恶臭防护距离则按照SCREEN3模型计算的大气环境防护距离进行确定。

（2）在不考虑畜禽养殖业污染防治技术规范对恶臭防护距离规定的情况下，恶臭污染因子H2S决定大气环境防护距离和卫生防护距离；同时养猪场规模在10万头以下时，恶臭防护距离应按照卫生防护距离公式计算出的H2S卫生防护距离进行确定；养猪场规模在大于或等于10万头时，恶臭防护距离则应按照SCREEN3估算模型计算出的H2S大气环境防护距离进行确定。

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