1 惡臭污染潛力分級評價方法構(gòu)建
基于污泥直接干化過程中惡臭氣體排放特征的現(xiàn)場調(diào)研，通過指標(biāo)權(quán)重評分方法篩選出主要的惡臭感染物. 考慮污泥直接干化過程中臭氣的排放強(qiáng)度以及惡臭污染物的風(fēng)險指標(biāo)構(gòu)建臭氣污染潛力評價指標(biāo)體系，對篩選的惡臭污染物的污染潛力評價指標(biāo)進(jìn)行分級. 采用韋伯-費(fèi)希納定律對污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力進(jìn)行分級計算，得出惡臭污染潛力等級劃分. 其中，目標(biāo)層為污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力，通過模型計算得到; 指標(biāo)層包括惡臭污染物的風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度. 風(fēng)險指標(biāo)由惡臭物質(zhì)的濃度、 嗅閾值、 閾限值、 惡臭強(qiáng)度以及其毒理效應(yīng)等因素綜合計算確定. 臭氣排放速率和濃度確定臭氣排放強(qiáng)度.
圖 1 污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力（指個人能力發(fā)展的可能性)評價流程示意
圖 2 污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力分級評價指標(biāo)（target aim)體系
1.1 主要惡臭污染物的篩選 1.1.1 篩選原則
針對窯尾氣直接干化污泥過程產(chǎn)生污染物質(zhì)的特殊性和復(fù)雜性，注重惡臭污染物對環(huán)境的影響和健康效應(yīng)，以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，同時參考國內(nèi)外現(xiàn)有的經(jīng)驗和資料[11, 12, 13]，確定以下篩選原則.
已有排放控制標(biāo)準(zhǔn)的惡臭物質(zhì)優(yōu)先考慮. 我國《惡臭污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》[14]中規(guī)定了硫化氫、 氨、 甲硫醚、 甲硫醇、 苯乙烯、 二硫化碳、 二甲二硫、 三甲胺等8種典型惡臭污染物的排放限值.
污泥直接干化過程中排放濃度高，排放量大的氣態(tài)污染物.
環(huán)境影響突出、 毒性較大的物質(zhì).
參照國外的污泥干化或水泥窯協(xié)同處置污泥過程中惡臭物質(zhì)控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定.
國內(nèi)已具備一定的基礎(chǔ)條件，可以監(jiān)測的惡臭物質(zhì).
1.1.2 指標(biāo)確定
參照篩選原則，確定篩選參數(shù)指標(biāo)為物質(zhì)濃度、 嗅閾值、 檢出率、 蒸氣壓及氣味安全級別.
物質(zhì)濃度：指的是惡臭污染物的質(zhì)量濃度或體積分?jǐn)?shù)，單位為mg ?m-3或×10-6.
嗅閾值：人的感覺器官能夠嗅覺到的最低嗅覺濃度. 某種物質(zhì)的嗅閾值越低，表明其越能被人的嗅覺器官感受到，越能引起不愉快感.
檢出率：在環(huán)境污染狀況的調(diào)查中，某種惡臭物質(zhì)在所調(diào)查的污染源中出現(xiàn)的次數(shù)與總調(diào)查次數(shù)的比值. 物質(zhì)檢出率越高，其在污染源中存在的可能性越大，影響面也越廣.
蒸氣壓：判斷污染物進(jìn)入環(huán)境空氣中的可能性及環(huán)境遷移的重要參數(shù)，蒸氣壓越大，污染物揮發(fā)進(jìn)入空氣中的可能性越大，對環(huán)境影響越大. 蒸氣壓的計算根據(jù)安托萬方程：
式中，P：蒸氣壓; t：溫度;
A、 B和C：相關(guān)參數(shù)(parameter)，參照文獻(xiàn)[15]給出的值.
氣味安全級別是衡量物質(zhì)氣味對人體影響程度的指標(biāo). 參照已有的計算方法和劃分標(biāo)準(zhǔn)[16]，將閾限值與嗅閾值的比值作為氣味安全倍數(shù)，根據(jù)氣味安全倍數(shù)劃分氣味安全級別. 閾限值是美國政府工業(yè)衛(wèi)生專家會議制訂的車間空氣中有害物質(zhì)的容許濃度[17, 18]. 即每周40 h工作時間內(nèi)所接觸的有害物質(zhì)的時間加權(quán)平均濃度限制. 在閾限值表中規(guī)定有3種限值，即時間加權(quán)平均濃度、 短時間接觸閾限值以及閾限值上限. 本研究采用時間加權(quán)平均濃度.
1.1.3 指標(biāo)分級評分
將篩選的指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)分級，給出各個級的評分. 其中，物質(zhì)濃度、 嗅閾值、 檢出率和蒸氣壓均分為10級，采用10分制. 按照Ammore和Hautala提出的劃分標(biāo)準(zhǔn)，氣味安全級別分為5個等級，為統(tǒng)一各參數(shù)的評分標(biāo)準(zhǔn)，氣味安全級別也采用10分值，即每級2分，分值如表 1所示.
表 1 主要惡臭污染物篩選指標(biāo)評分
1.1.4 綜合分值計算
綜合分值根據(jù)各指標(biāo)的分值及其權(quán)重系數(shù)Wi計算式，且權(quán)重系數(shù)Wi滿足
式中，SCj：第j種物質(zhì)的綜合評分. I1j：第j種物質(zhì)濃度指標(biāo)（target aim)的分值; W1：其權(quán)重系數(shù)，W1=0.225; I2j：第j種物質(zhì)的嗅閾值指標(biāo)分值; W2：嗅閾值權(quán)重系數(shù)，W2=0.225; I3j：第j種物質(zhì)的檢出頻率(frequency)指標(biāo)分值; W3：檢出頻率權(quán)重系數(shù)，W3=0.1; I4j：第j種物質(zhì)的氣體安全級別指標(biāo)分值; W4：氣體安全級別權(quán)重系數(shù)，W4=0.225; I5j：第j種物質(zhì)飽和蒸氣壓指標(biāo)分值; W5：飽和蒸氣壓權(quán)重系數(shù)，W5=0.225.
某物質(zhì)的綜合分值越高，其對環(huán)境的危害越大. 綜合評分高于平均分的物質(zhì)即為優(yōu)先控制的污染物.
1.2 惡臭污染潛力評價方法選擇
韋伯-費(fèi)希納定律(scientific law)是定量描述人類感覺強(qiáng)度與外界環(huán)境刺激強(qiáng)度關(guān)系的心理物理學(xué)公式，可以確定各種感覺閾限和測量刺激的物理量和心理學(xué)的關(guān)系. W-F能確切地表達(dá)人體產(chǎn)生的反應(yīng)量與客觀環(huán)境刺激量之間的函數(shù)關(guān)系. 用函數(shù)關(guān)系表示W(wǎng)-F定律即為：
式中，C：刺激量，I：人的感覺量，k：韋伯常數(shù).
近年來，在環(huán)境領(lǐng)域中，W-F作為一種指導(dǎo)思想和方法被引入了環(huán)境評價中[19, 20, 21, 22].
該模型基于以下的假設(shè)：
① 將W-F定律中外界環(huán)境刺激量C視為區(qū)域生態(tài)環(huán)境中某評價指標(biāo)的量;
② 將W-F定律中人體對刺激量產(chǎn)生的反應(yīng)量I視為該指標(biāo)對人體的危害程度;
③ k由該指標(biāo)的性質(zhì)所決定的，視為各項指標(biāo)的權(quán)重.
臭味是由氣體中物質(zhì)對嗅覺的刺激而被感知，因此，本評價方法引用W-F定律，構(gòu)建污泥干化尾氣的惡臭污染潛力計算模型.
2 污泥干化尾氣惡臭污染潛力（指個人能力發(fā)展的可能性)評價 2.1 風(fēng)險指標(biāo)計算及其等級劃分 2.1.1 風(fēng)險指標(biāo)計算
風(fēng)險指標(biāo)可衡量氣體成分對人體和周圍環(huán)境的危害程度. 某種物質(zhì)的風(fēng)險指標(biāo)計算如下式：
式中，Ti表示閾限值的無量綱化數(shù)值，Ti的計算如下：
式中，ti：i惡臭污染物的閾限值; ci0：i物質(zhì)的嗅閾值濃度.
αi是i物質(zhì)的綜合權(quán)重，由該物質(zhì)的主觀權(quán)重β和客觀權(quán)重λ共同決定. i物質(zhì)的主觀權(quán)重β指的是物質(zhì)的致毒效應(yīng)，參照文獻(xiàn)[23]，對惡臭污染物的主觀權(quán)重進(jìn)行確定：高濃度引發(fā)死亡的主觀權(quán)重系數(shù)為0.5，高濃度引發(fā)麻痹、 器官病變或功能障礙為0.3，高濃度引發(fā)皮炎或不適為0.2.
物質(zhì)的客觀權(quán)重λ由該物質(zhì)的嗅閾值稀釋倍數(shù)決定，嗅閾值稀釋倍數(shù)的計算如下式：
式中，F(xiàn)i：嗅閾值稀釋倍數(shù); Ci：惡臭物質(zhì)檢出質(zhì)量濃度; C0i：惡臭物質(zhì)的嗅閾值. 將所有在惡臭污染源中檢出的惡臭污染物的嗅閾值稀釋倍數(shù)歸一化，計算各物質(zhì)的惡臭客觀權(quán)重：
式中，λi：i惡臭污染物的惡臭客觀百度權(quán)重，F(xiàn)i：i惡臭污染物的嗅閾值稀釋倍數(shù).
i物質(zhì)的綜合權(quán)重充分考慮了該物質(zhì)的致毒效應(yīng)、 檢出濃度以及嗅閾值，能客觀評價某種物質(zhì)在檢出物質(zhì)中的污染嚴(yán)重性，物質(zhì)的綜合權(quán)重通過下式計算：
式中，αi：i物質(zhì)的綜合權(quán)重; βi：i物質(zhì)的主觀權(quán)重; λi：i物質(zhì)的客觀權(quán)重，由式和計算得出. 主要惡臭污染物的風(fēng)險指標(biāo)通過式計算：
2.1.2 風(fēng)險指標(biāo)等級劃分
本評價方法中，將風(fēng)險指標(biāo)劃分為5級，每個等級的等級閾值按式計算：
式中，Rk：風(fēng)險指標(biāo)的等級閾值，共5級; yjk：第j項污染物的k級標(biāo)準(zhǔn)值無量綱化，其值為j項污染物k級標(biāo)準(zhǔn)值與j項污染物的嗅閾值的商. 污染物的k級標(biāo)準(zhǔn)值無量綱化值參見表 2中惡臭強(qiáng)度（strength)和污染物濃度關(guān)系. 該關(guān)系是根據(jù)日本的《惡臭防止法》和《惡臭污染評估技術(shù)及環(huán)境基準(zhǔn)》中的相關(guān)惡臭污染物濃度與強(qiáng)度對應(yīng)關(guān)系計算得到[23, 24].
表 2 某些污染物的等級閾值無量綱化值
2.2 臭氣排放強(qiáng)度計算及其等級劃分
臭氣排放強(qiáng)度表示單位時間內(nèi)臭氣的排放量和臭氣濃度的乘積，臭氣排放強(qiáng)度計算公式為：
式中，QT：臭氣排放強(qiáng)度; O：臭氣濃度，表示臭氣的稀釋(dilute)倍數(shù)，無量綱; Q：氣體排放量. 參照《惡臭污染評估技術(shù)及環(huán)境基準(zhǔn)》劃分臭氣排放強(qiáng)度等級[23]. 為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，劃分為5個等級.
表 3 臭氣排放強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)等級劃分
2.3 臭氣的惡臭污染潛力計算及等級劃分
2.3.1 指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化
根據(jù)式，對各項指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.
式中，Si：第i個評估指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值; Mi：i項評估指標(biāo)的數(shù)值; Si1：i評估指標(biāo)無環(huán)境污染時的標(biāo)準(zhǔn)閾值，本研究定為1級標(biāo)準(zhǔn)閾值.
2.3.2 惡臭污染潛力評價指標(biāo)權(quán)重計算
風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度對惡臭污染潛力的影響不同，在進(jìn)行平價計算前需確定指標(biāo)層的權(quán)重，權(quán)重值越大，相應(yīng)指標(biāo)對惡臭污染潛力的貢獻(xiàn)越大. 本方法中，通過貢獻(xiàn)率法來確定風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度的權(quán)重系數(shù)：
式中，Si：i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，其計算式為所示; m表示指標(biāo)個數(shù). 計算得到指標(biāo)層的權(quán)重向量為：
式中，φ1：風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重系數(shù); φ2：臭氣排放強(qiáng)度的權(quán)重系數(shù). 為了便于利用韋伯-費(fèi)希納定律進(jìn)行計算，指標(biāo)層的權(quán)重采用向量表示.
2.3.3 指標(biāo)（target aim)層惡臭污染潛力計算及等級劃分
在本研究中，基于韋伯-費(fèi)希納定律構(gòu)建惡臭污染潛力評價模型. 目標(biāo)層惡臭污染潛力的計算由惡臭氣體的風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度確定，各項指標(biāo)的惡臭污染潛力計算式如下：
式中，pi：i指標(biāo)的惡臭污染潛力; φi：i指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，計算見式; Si：i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，標(biāo)準(zhǔn)化值計算見式，引入Si+1是為了避免出現(xiàn)負(fù)值的復(fù)雜情況，對比較結(jié)果不會產(chǎn)生影響.
基于以下假設(shè)：
① 將W-F定律中外界環(huán)境刺激量Si視為污泥干化過程中產(chǎn)生惡臭氣體的某一評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;
② 將W-F定律中人體對刺激量產(chǎn)生的反應(yīng)量pi視為該指標(biāo)對人體的危害程度，在本研究中，指臭氣的惡臭污染潛力;
③ φi是由該指標(biāo)的性質(zhì)所決定的，在本研究中，為各項指標(biāo)的權(quán)重.
對各指標(biāo)的惡臭污染潛力進(jìn)行分級，通過下式得到各指標(biāo)的污染潛力等級閾值：
式中，pik：i指標(biāo)第k級的惡臭污染潛力; φi：i指標(biāo)的權(quán)重系數(shù); Sik：i指標(biāo)第k級的標(biāo)準(zhǔn)化值.
2.3.4 目標(biāo)(cause)層臭氣污染潛力計算及等級劃分
通過式得到各指標(biāo)的惡臭污染潛力，根據(jù)指標(biāo)的污染潛力值，通過式計算污泥直接干化產(chǎn)生尾氣的惡臭污染潛力：
式中，P：水泥窯協(xié)同處置污泥產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力; pi：i指標(biāo)的惡臭污染潛力，在城市污泥直接干化過程中臭氣產(chǎn)生評價中，包含風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度兩個指標(biāo)，故i=1,2.
根據(jù)主要惡臭污染物的風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度計算出臭氣的惡臭污染潛力后，需對其級別進(jìn)行確定. 污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力分為5級，分別為：Ⅰ級表示無污染，Ⅱ級表示輕污染，Ⅲ級表示污染，Ⅳ級表示明顯污染，Ⅴ級表示嚴(yán)重污染. 各等級的閾值由下式確定：
式中，Pk：目標(biāo)層k等級惡臭污染潛力值; pik：i指標(biāo)（target aim)k等級的惡臭污染潛力. 計算出的污染潛力等級閾值，根據(jù)某一污染源的惡臭物質(zhì)的惡臭污染潛力值即可判斷其惡臭污染潛力等級，根據(jù)臭氣排放強(qiáng)度可知道相應(yīng)的污染影響范圍.
表 4 污泥直接干化過程中產(chǎn)生的惡臭污染物綜合分值
3 污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力分級評價案例
3.1 污泥直接干化產(chǎn)生臭氣監(jiān)測分析(Analyse)
以某水泥廠利用窯尾氣直接干化污泥產(chǎn)生的干化尾氣為對象，進(jìn)行污泥直接干化產(chǎn)生尾氣的惡臭污染潛力分級評價. 干化尾氣的主要成分及濃度參照以往的監(jiān)測和分析結(jié)果[25]. 在污泥直接干化產(chǎn)生的尾氣中，硫化氫、 甲硫醚、 二甲二硫這3種惡臭物質(zhì)因低于檢出限而未檢出. 甲硫醇和二硫化碳用專用檢知管能檢出，但由于濃度極低，不能定量. 這5種物質(zhì)屬于《中華人民共和國惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的典型惡臭物質(zhì)，因此，在本評價方法中，這5種物質(zhì)的濃度采用的是檢測限的濃度.
3.2 水泥窯協(xié)同處置污泥主要惡臭污染物篩選
按照上述的計算方法，得到干化尾氣中各物質(zhì)的綜合評分如表 4所示. 其中，二氧化硫的綜合分值最高. 綜合分值的平均分為4.44，超過平均分的物質(zhì)有8種，分別是二氧化硫、 間二甲基苯(methylbenzene)、 甲苯、 氨、 乙苯、 萘、 苯乙烯、 苯. 二硫化碳評分為4.33，接近平均值，由于其嗅閾值低，氣味刺激性大，易被人感知，產(chǎn)生的惡臭影響(influence)較大. 盡管其濃度低，在確定主要惡臭污染物時將二硫化碳也納入其中. 故主要惡臭污染物為二氧化硫、 間二甲苯、 甲苯、 氨、 乙苯、 萘、 苯乙烯、 苯、 二硫化碳.
3.3 指標(biāo)分級及標(biāo)準(zhǔn)化特征值
根據(jù)風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度分級方法，將污泥直接干化產(chǎn)生的尾氣中主要惡臭污染物的風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度分為5個等級，確定各等級標(biāo)準(zhǔn)值.
表 5 評價指標(biāo)等級劃分
污泥直接干化過程中，臭氣排放量為3×105m3 ?h-1，為83.3 m3 ?s-1，臭氣濃度均值為6 55
5. 計算風(fēng)險指標(biāo)值、 臭氣排放強(qiáng)度以及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的值，確定風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度的權(quán)重.
表 6 污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力評價指標(biāo)權(quán)重
結(jié)合污泥直接干化過程臭氣產(chǎn)生評價模型中指標(biāo)等級劃分及指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)式、 計算污泥直接干化過程臭氣產(chǎn)生惡臭污染潛力等級標(biāo)準(zhǔn)，得到結(jié)果如表 7所示.
表 7 污泥直接干化過程臭氣產(chǎn)生惡臭污染潛力等級標(biāo)準(zhǔn)劃分
3.4 污泥直接干化過程產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力評價
污泥直接干化過程臭氣產(chǎn)生評價模型中，風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放強(qiáng)度的權(quán)重如表 6所示，構(gòu)成權(quán)重向量為：
W ={0.28，0.72}
風(fēng)險指標(biāo)和臭氣排放的標(biāo)準(zhǔn)化值構(gòu)成向量為：
U ={71.92，182.00}
最后的得到污泥直接干化過程中臭氣產(chǎn)生的加權(quán)惡臭感染潛力綜合評價值：
將計算出的潛力值對比表 7的惡臭污染潛力分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果表明，污泥直接干化過程中產(chǎn)生臭氣的惡臭污染潛力為Ⅲ級，根據(jù)臭氣排放強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)等級劃分可知，若臭氣外排將會對周邊環(huán)境造成影響.具體參見污水寶商城資料或
4 結(jié)論
指標(biāo)權(quán)重評分的方法篩選出污泥直接干化過程中產(chǎn)生的主要惡臭感染物，優(yōu)控污染物為二氧化硫、 間二甲苯、 甲苯、 氨、 乙苯、 萘、 苯乙烯、 苯、 二硫化碳. 基于韋伯-費(fèi)希納定律建立臭氣的惡臭污染潛力分級評價方法，該評價方法可量化反映水泥窯協(xié)同處置污泥臭氣產(chǎn)生的惡臭污染狀況. 案例分析結(jié)果顯示，利用本方法計算得到污泥直接干化產(chǎn)生尾氣的惡臭污染潛力值為2.89，潛在惡臭污染能力屬于Ⅲ級，可能影響的范圍為2-4 km.
