基于熵权法的化工园区有毒有害大气污染物环境风险排序研究

陈旭东(山西晋环科源环境资源科技有限公司，山西 太原 030020)

1 研究背景

大气环境风险是化工园区突发环境事件的主要因素之一，加强有毒有害大气污染物的监控和管理是防范环境风险的重要手段[1]。鉴于化工园区涉及危险化学品种类多，化工生产过程中中间体及大气污染物成分复杂，部分有机类气体毒性强、危险性高，开展大气环境风险因子识别，综合评价大气环境风险因子危害程度，开展相应的排序研究，对于开展相应风险防控具有重要指导作用。

2 研究方法

2.1 国内外研究概况

国际上，美国、欧盟、加拿大、荷兰、日本等国家较早开展优先污染物筛选工作，多以美国科学院的四步框架为基础。污染物优先序确定方法主要是基于多介质环境目标值评分法，以及基于得分阈值基础上的专家评判[2]。

在国内，大气污染物排序多以生态毒理学为基础，主要运用综合评分法或模拟预测法进行研究。邵桐等通过污染物检出率得分、毒性效应得分、人群暴露得分等，构建了一种大气健康基准目标污染物筛选方法[3]；胡志军等通过综合评分法对主要挥发性有机物进行筛选和排序，提出了江苏省33种(类)优先控制挥发性有机物名录[4]；郝天基于USEtox模型对焦化行业的优先污染物进行了筛选排序研究[5]。

我国优先污染物筛选排序多直接借用国外成熟方法，模型的适用性有待进一步研究。此外，污染物排序很大程度上还依赖于专家经验，人为主观性影响明显[2]。

2.2 熵权法

熵权法通过对主观指标选取，以选取指标的差异性来确定权重值，反映了指标间的相对性，较好的统一了主客观关系[6-8]。利用熵权法开展化工园区环境风险因子排序，相对简便易行，可以为化工园区环境风险防控决策提供参考。

熵权法开展有毒有害大气污染物因子排序，步骤一般包括：有害有害大气污染物识别、评价指标选取、构建评价矩阵和数据标准化、计算各指标权重和综合评价等步骤。

2.2.1 有毒有害大气污染物识别

充分考虑化工园区各类大气污染物有毒有害、易燃易爆危害，将纳入《有毒有害大气污染物名录》《企业突发环境事件风险评估指南(试行)》的大气环境风险物质，纳入大气污染物排放标准的大气污染物以及历史环境事件中出现的大气污染物，纳入初筛名单[9-10]。

2.2.2 确定综合评价指标

主要选择急性毒性、易燃易爆特性、与临界量比值等作为综合评价指标。其中，急性毒性数值可参考GBZ2.1—2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》中的职业接触限值(OELs)和GB/T 18664—2002《呼吸防护用品的选择、使用与维护》中直接致害浓度(IDLH)数据[11]。易燃易爆特性可以从大气污染物的闪点、爆炸上下限等方面反映。

2.2.3 构建评价矩阵及标准化处理

为便于比选预测结果，评价指标尽量使用相对值，将m个因子和n个评价指标以矩阵形式列出，形成评价矩阵R=(rij)m×n。

应结合评价目标的取向，对评价矩阵数据进行标准化处理[12-13]。尽量将处理后的指标变化为线性关系，采用极值法进行数据标准化处理。

2.2.4 进行综合排序

计算各指标数据的信息熵，并确定各指标权重。计算指标权重，按照评价矩阵，对m个有毒有害大气污染物因子进行评分，确定排序。

3 案例研究

3.1 研究园区概况

该化工园区是以焦化为基础，配套化工的煤化工园区，园区面积约4 km2。其中，焦炭产能270万吨/年，配套有30万吨/年焦油加工、34万吨/年甲醇、10万吨/年苯精制、8万吨/年炭黑等，主要生产装置38台套，生产焦炭、硫酸铵、工业萘、沥青、蒽油、洗油、酚类、炭黑、甲醇、苯类等45种产品。

3.2 主要环境风险物质识别

根据煤化工园区生产和大气污染物排放特点，主要考虑产品产量、原辅材料、生产工艺和大气污染排放特点及区域环境已有的特征污染物监测数据等，确定该化工园区有毒有害大气污染物环境风险物质主要包括焦炉煤气、粗苯、轻油、甲醇、纯苯、甲苯、二甲苯、重芳烃、非芳烃(含C8)等原辅料、产品和中间产品。

3.3 判断矩阵构建及标准化处理

充分考虑有毒有害大气污染物的临界量限值，毒性和易燃易爆性等危害性，构建判断矩阵。并对评价指标进行标准化处理，其中临界量以化工园区最大装置或生产设施大气污染物存量与临界量比值表征；毒性参照建设项目环境风险评价技术导则，对毒性终点浓度进行极值法处理；对闪点、爆炸上下限进行极值法处理，其中不涉及闪点或爆炸限值的按0处理。具体如表1所示。

表1 某化工园区有毒有害大气污染物标准化矩阵

3.4 综合评价及排序

指标权重计算结果表明，有毒有害大气污染物排序的以毒性为主要因素，总权重为0.64，其次为易燃易爆因素，总权重为0.24，物质的贮存量与临界量比例权重为0.13。具体如表2所示。

表2 某化工园区有毒有害大气污染物指标权重计算结果

按照权重对园区有毒有害大气污染物进行综合评价和排序，结果表明：园区首要有毒有害大气污染物为苯系物，排名前三的分别为甲苯、苯(纯苯)、二甲苯；其次为甲醇、萘、氨气、一氧化碳等。具体如表3所示。

表3 某化工园区有毒有害大气污染物排序表

4 结语

案例研究表明，利用熵权法对化工园区有毒有害气体大气污染物进行排序，能够较合理的反映筛选大气污染物的相对有毒有害的差异，较客观反映大气污染物的环境风险防控的重点，为化工园区科学识别筛选大气环境风险防控的重点物质提供决策依据。

同时研究结果表明，排序决定于评价指标的确定。在具体工作中，应进一步结合化工园区大气环境风险特征，结合突发环境风险案例统计分析，调整和完善评价指标体系，增强大气环境风险防控对象的精准性。