不同地形条件下炼油污水处理装置卫生防护距离问题探讨

付鹏 潘峰 莫欣岳 段超越 仝纪龙

摘要：炼油企业污水处理装置无组织排放的恶臭气体污染一直是企业、环保部门及周围公众关注的重点，因此，该类项目卫生防护距离的确定也是环评工作的重要内容。以兰州某石化公司炼油污水处理装置项目为例，在确定无组织排放源相关参数及气象资料的基础上，采用AERMOD模式计算恶臭污染物在复杂地形下的卫生防护距离为1 400 m，简单地形条件下为800 m，并与《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）给出的900 m、《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011）给出的1 200 m进行对比，确定采用1 400 m作为该项目的卫生防护距离进行管理。

关键词：炼油污水处理装置；AERMOD模式；地形条件；卫生防护距离

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.013

中图分类号：X820.3文献标识码：A文章编号：2095-6444（2015）06-0052-05

《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》（GB/T 3840—91）[1]規定，凡不通过排气筒或通过15 m高度以下排气筒的有害气体排放，均属无组织排放；无组织排放的有害气体进入呼吸带大气层时，其浓度如果超过《大气环境质量标准》（GB 3095）与《工业企业设计卫生标准》（TJ 36）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。石化企业无组织排放的大气污染物种类多、分布广，给项目所在区域的环境质量和周边居民的身体健康带来较大影响。为此，国家先后制定了《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）和《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011）。《石油化工企业卫生防护距离》适用于地处平原、微丘陵地区的新建大、中型石油化工企业及需扩大装置（设施）界区的改、扩建工程，而对于地处复杂条件下的石油化工企业的卫生防护距离，应根据环境影响报告书的结论确定[2]；而《石油加工业卫生防护距离》也仅适用于平原地区的石油加工企业的新建、改建、扩建工程，对于地处复杂地形条件下的石油加工企业的卫生防护距离，同样根据环境影响报告书的结论确定[3]。因此，在以上两项标准中，并没有明确界定地形条件的复杂程度对卫生防护距离设定的影响。

本文以兰州某石化公司炼油污水处理装置扩建项目为例，在确定该炼油污水处理装置无组织排放污染源强的基础上，结合项目所在地全年气象资料，采用AERMOD大气预测模式来计算其在不同地形条件下的卫生防护距离，然后与《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）和《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011）中给出的距离进行对比分析，选取更为合理的防护距离，以期为今后开展石油化工企业及其配套设备项目无组织排放污染物卫生防护距离的确定提供参考。

1项目介绍

兰州某石化企业炼油污水处理装置设计处理规模为1 400 m3/h。所处理的污水来源主要包括炼油厂循环水排污、常减压电脱盐装置、酸性水汽提装置、储运系统、机泵密封及冷却系统、初期污染雨水及少量生活污水。

炼油污水处理装置的大气污染主要为恶臭气体的无组织排放。根据调查与资料分析可知，恶臭主要产生于前段预处理装置和预处理调节池（包括格栅、沉砂池、初沉池）、气浮池、生化池（好氧池、缺氧池、生化新老曝气池）、污泥回流泵站等。大气污染物主要包括两类： 第一类为含硫化合物，如硫化氢、硫醇类和噻吩类，具有代表性的为硫化氢；第二类为含氮化合物，如氨、胺类、酰胺类以及吲哚类，具有代表性的为氨。另外也有部分挥发酸和硫醇类。项目工艺流程和产污节点详见图1。

2预测模式及参数选取

预测模型采用《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2—2008）[4]推荐的进一步预测模式AERMOD模型。AERMOD模型是一个稳态烟羽扩散模式，可基于大气边界层数据特征，模拟多种排放源（点源、面源和体源）排放污染物的浓度分布情况，同时适用于处于乡村或城市环境、复杂地形或简单地形条件下，且范围小于或等于50 km的大气影响预测与评价[59]。

2.1模式参数的选取

2.1.1地面常规气象数据

本次常规气象数据采用兰州市气象局气象观测站的实测数据。该气象观测站所在地理位置为103.87°E、36.03°N，位于东8时区，站台编号为52 889。本案例收集了2012年逐日逐次的气象数据，地面气象数据项目包括风向、风速、总云量、低云量、干球温度，其中风向、风速、干球温度每日24次观测数据，总云量、低云量每日8次观测数据。在数据处理过程中对观测次数不足24次的进行了插值处理[10]。根据地面气象数据分析可知，该地区全年主导风向为东北—西南方向，平均风速为1.2 m/s。

2.1.2高空气象数据

项目所在地与兰州市榆中气象观测站（104.15°E，35.87°N）相距31 km，符合《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2—2008）[4]中关于高空气象数据的使用规定。因此，高空气象探测数据采用榆中气象观测站的高空气象资料。数据项目包括：时间、探空数据层数、气压、高度、干球温度、露点、温度、风速、风向等[11]。

2.1.3地形参数

地形高程采用srtm.csi.cgiar.org网站提供的全球90 m×90 m的地形数据。根据现场调查并结合Google Earth卫星遥感影像，在距离污染源5 km范围内，北侧照山高度为1630 m，与本项目高差为150 m，南侧马耳山高度为1755 m，与本项目高差为215 m。依据HJ 2.2—2008[4]，项目所在地确定为复杂地形。预测范围6 km×7 km，预测接收点网格60 m×60 m，预测范围内地形特征与项目5 km范围内的地形特征一致。本项目5 km地形特征见图2，采用的地形数据详见图3。

为对比地形条件对恶臭气体污染扩散的影响，本次预测同时按平坦地形（不考虑地形影响）进行恶臭气体污染扩散的模拟。

2.1.4污染源参数及标准值

无组织排放面源源强的确定方法较多。安伟铭等[12]通过对炼油污水处理装置恶臭气体源强进行对比分析，确定源强经验估算法为炼油污水处理装置源强估算的最优方法。因此，采用源强经验估算法确定本次炼油污水处理装置恶臭气体源强。污水处理厂主要处理设施恶臭气体产生强度见表1。通过计算可知，该炼油污水处理装置H2S和NH3的无组织排放源强分别为0.080 kg/h、0.255 kg/h；项目污染源排放高度为5 m，面源面积12 572.38 m3，有效半径63.277 m。评价标准采用TJ 36—1979中规定的居住区大气中有毒有害物质的一次最高容许浓度限值确定标准值：氨气0.2 mg/m3，硫化氢0.01 mg/m3。

2.2预测方案

该项目位于兰州市西固区的化工园区，预测区域以排放源（炼油污水处理装置）所在点为基准点，面积为6 km×7 km，计算最终输出的受无组织排放面源影响的评价区域内各预测网格点的小时平均浓度最大值，并绘制小时平均最高浓度等值线图，通过结合评价区域污染物浓度限值，进而确定卫生防护范围，从而得出卫生防护距离[13]。

3结果对比分析

3.1计算结果

根据模型计算结果，输出复杂地形条件下H2S和NH3的小时浓度等值线图，如图4、图5所示，以及简单地形条件下H2S和NH3的小时浓度等值线图，如图6、图7所示。

由图4可知，H2S主要分布在下风方向及两侧，浓度超过0.01 mg/m3处距离面源中心的最远估算距离为1 340 m；NH3的一次最高容许浓度为0.20mg/m3，而图5显示的NH3最高浓度值为0.120mg/m3，因此该项目区以外区域的NH3浓度不会超标。根据GB/T 3840—1991中卫生防护距离在1 000 m以上，级差为200 m的要求，因此确定复杂地形条件下炼油污水处理装置的卫生防护距离为1400 m。

由圖6可知，H2S主要分布在下风方向及两侧，浓度超过0.01 mg/m3处距离面源中心的最远估算距离为730 m；由表3可知，NH3的一次最高容许浓度为0.20 mg/m3，而图7显示的NH3最高浓度值为0.120 mg/m3，因此该项目区以外区域的NH3浓度不会超标。根据GB/T 3840—1991中卫生防护距离超过100 m但小于或等于1 000 m时，级差为100 m的要求，故确定简单地形条件下炼油污水处理装置的卫生防护距离为800 m。

3.2结果分析与比较

按照计算结果，《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）、《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011）中规定的卫生防护距离的行业标准，以及在复杂地形条件和简单地形条件下计算出的卫生防护距离值分别为900 m、1 200 m、1 400 m和800 m。由此可得出如下分析：

（1）在复杂地形条件下计算出的卫生防护距离为1 400 m。由于该项目地处兰州市西固区，预测范围为河谷盆地，北侧照碑山高度为1 630 m，与本项目高差为150 m，南侧马耳山高度为1 755 m，与本项目高差为215 m，地形起伏变化较大，受山体屏障的影响，往往静风、小风频率占有很大比例，不利于大气污染物的扩散。本次计算结果充分考虑了项目所在区域地形条件对大气污染物扩散的影响，再结合项目所在区域的长期气象条件及污染源参数，因此能够较为真实地反映该石油化工企业炼油污水处理装置恶臭气体的污染扩散特征。

（2）在简单地形条件下计算出的卫生防护距离为800 m。该结果默认项目所在区域为简单地形（不考虑地形影响），在模式参数与复杂地形条件设置参数一致的前提下，计算结果偏小。

（3）由于兰州市该石化企业原油一次加工能力为1 050万t/a，当地年平均风速为1.2 m/s，因此选用《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）在炼油规模大于800万t/a，当地近5年平均风速小于2.0 m/s条件下给出的900 m作为该石油化工企业的卫生防护距离。该结果是通过现场实测及典型厂区调查，并按照《制定大气污染物排放标准的技术方法》（GB/T 3840—1991）计算得出。该方法仅适用于地处平原、微丘陵地区的石油化工企业和其他装备的卫生防护距离确定，尚未考虑地形条件对恶臭气体无组织排放的影响。

（4）结合兰州市某石化企业原油处理规模及当地近5年平均风速，依据《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011），确定该炼油污水处理装置的卫生防护距离为1 200 m。但该方法也仅适用于地处平原地区的石油加工企业的新建、改建、扩建工程，未对复杂地形条件下石油加工企业卫生防护距离的确定给出明确的计算方法。

4结论

（1）本文分别考虑复杂地形、简单地形对石油化工企业炼油污水处理装置卫生防护距离确定的影响，以及《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）和《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011）两个行业标准对石化企业卫生防护距离确定的要求，分别确定了兰州某石化公司炼油污水处理装置的卫生防护距离。其中，复杂地形条件下得出的石油化工企业炼油污水处理装置卫生防护距离为1 400 m；简单地形条件下得出的石油化工企业炼油污水处理装置卫生防护距离为800 m；《石油化工企业卫生防护距离》（SH 3093—1999）给出的卫生防护距离为900 m；《石油加工业卫生防护距离》（GB 8195—2011）给出的卫生防护距离为1 200 m。

（2）结合兰州某石化公司炼油污水处理装置所在区域的地形特点，通过对比分析采用AERMOD模式计算恶臭污染物在复杂地形条件下和简单地形条件下的卫生防护距离值以及行业标准给出的卫生防护距离值，并从防止石油化工企业炼油污水处理装置无组织排放的大气污染物对居住区造成污染和危害、保护人体健康角度出发，确定采用AERMOD计算得出的1 400 m作为炼油污水处理装置的卫生防护距离进行防护管理。

（3）石化企业卫生防护距离的确定不仅与企业原油处理规模以及所在地区的气象条件、地形条件有关，同时也与企业是否采用以及利用何种类型的技术先进、经济合理、产污较少的清洁生产工艺和设备等有着密切的关系。因此，确定石化项目卫生防护距离需现场调查，充分了解项目详细情况及项目周边环境敏感点分布，综合考虑以上影响因素才能制定合理可行的卫生防护距离，为保护项目周围居民身体健康、促进企业合理发展、提高政府管理水平提供科学的参考性依据。

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