《小型氮肥厂卫生防护距离标准》(GB 11659 -89) ^[1]是在我国八十年代初期氮肥生产技术水平基础上开始研制的, 从编制至今已有二十多年。在这期间, 我国氮肥制造业发生了巨大的变化, 新技术、新产品、新工艺大量涌现, 生产规模也不断壮大。目前, 我国已经是世界上最大的氮肥生产国。同时, 生产企业的生产管理水平和环境管理水平不断改进, 各种环境保护设施大量投入使用, 使得企业的污染物排放情况与二十多年前相比也有了显著变化。由此可见, 该标准已明显滞后于我国氮肥制造业的发展水平, 不能适应当今经济技术的发展和人群健康的需求, 急需修订。

1 方法 1.1 资料收集与分析

标准修订过程中, 主要收集的资料包括我国氮肥制造行业基本情况(包括企业规模、数量、分布、发展趋势等)、生产工艺情况(包括工艺种类、主导工艺流程等)、产物环节及污染物种类(包括生产过程中的主要产物环节、主要污染物种类、排放量、污染环节的治理措施等)、国内外相关法律法规、环境标准、卫生标准、污染物排放标准以及本行业的产业政策等。

1.2 企业现场调查实测

经过调研和分析, 最终选定湖北华强化工集团股份有限公司作为主要调查企业。对该企业近年来周边大气环境监测报告和生产车间内职业卫生监测报告进行调研; 对该企业生产车间周边空气中特征污染物浓度进行检测, 根据当地气候条件和企业工况测定周边不同距离上的污染物浓度, 计算特征污染物的无组织排放量; 对该企业周边居民开展流行病学调查和研究, 了解氮肥制造企业排放的有害大气污染物对周边居民健康的影响。

1.3 卫生防护距离估算

在对现场实测数据进行整理、分析的基础上, 根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》 (GB /T 3840-91) ^[2]中推荐的估算方法计算卫生防护距离。计算见公式(1) :

式中: Q_c :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;

c_m :标准浓度限值, mg /m³;

L:工业企业所需卫生防护距离, m;

Vr:有害气体无组织排放源所在生产单元的等效半径, m;

根据该生产单元占地面积S(m²)计算, ;

A、B、C、D-卫生防护距离计算系数, 无因次, 根据工业企业所在地区近五年平均风速及大气污染源构成类别从《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB /T 3840-91) 表5查取。

1.4 确定标准建议值

通过对氮肥制造行业目前的状况, 国家和行业相关法律法规、标准、流行病学调查资料等综合分析, 修正理论计算结果, 提出卫生防护距离标准建议值。

2 结果 2.1 资料收集与分析

2.1.1 我国氮肥制造业基本情况

我国是化肥生产和消费大国, 化肥品种主要包括氮肥、磷肥、钾肥和复混肥。在单品质化肥中, 氮肥的产量及消耗量均最大, 占化肥行业总产量的2 /3左右, 2009年我国氮肥产量为4 863.69万t, 占世界总产量的1 /3左右。我国氮肥行业产能分布不集中, 小型氮肥厂生产的氮肥占全国氮肥产量的“半壁江山”, 随着生产技术不断发展和氮肥行业存在产能过剩的现状, 氮肥行业的生产装置必然不断向专业化、大型化、集约化发展。由于氮肥行业不断进行整合、重组、新建、改造等, 目前中国氮肥行业企业数量已经下降至470个左右。如今约30家大型企业的生产规模基本都在30万t / a以上, 产能占到全国氮肥总产能的60.5%, 而小型企业的生产规模普遍也达到了近8万t / a。

2.1.2 生产工艺状况

中国合成氨生产采用的原料主要有煤、天然气。其中76%的企业使用煤炭作为原料、22%使用天然气、其他约占2%^[3]。据中国氮肥工业协会预测, 使用各种粉煤气化技术的合成氨装置将越来越多, 到2012年之前总产能将达到1 400万t以上。本研究以煤为原料的尿素生产工艺为主要研究对象。

2.1.3 产污环节及污染物种类

尿素生产工艺的产污环节和污染物种类见图 1。

2.2 特征污染物

无组织排放多种大气污染物时, 优先选取无组织排放量大的; 有毒有害的污染物作为特征污染物, 按Q_c / c_m的最大值计算其所需卫生防护距离。氮肥生产过程中排放的大气污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、烟尘、尿素粉尘、氨、甲醇, 其中存在无组织排放为氨和甲醇。通过现场实测结果和理论计算, 确定氨气为氮肥行业特征污染物。

2.3 卫生防护距离估算

2.3.1 特征污染物无组织排放量(Q_c)

根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB /T 3840-91) 规定, 凡不通过排气筒或通过15 m高以下排气筒的有害气体排放, 均属无组织排放。本标准制定过程中所针对的无组织排放, 是指大气污染物不经排气筒的无规则排放, 也包括从加料口、出料口、设备不严密处泄漏等排出的大气污染物。

目前测定计算无组织排放量的方法有物料衡算法、通量法和地面反推法。根据氮肥制造企业现场调研以及产物环节的工程分析, 本研究采用地面浓度反推法来估算特征污染物氨气的无组织排放量。计算见公式(2)。

式中: c₀ :无组织排放监测浓度值(扣除参照点浓度), mg /m³;

U₁₀ :距地面10 m高处的平均风速, m / s;

σ_y :垂直于平均风向(X方向)的水平横向(Y方向)扩散参数, m;

σ_z :铅直(Z方向)扩散参数, m;

σ_y0 :初始扩散参数, m;

H:无组织排放源的平均排放高度, m;

Q_c :无组织排放量, kg / h。

无组织排放污染物监测点设在无组织排放源的下风向50 ~ 150 m范围内, 夹角(± S°) ≤30°。监测时还需设置参照点, 相对应的参照点设在排放源上风向, 以距排放源2 m和50 m为圆弧, 与排放源成120°夹角所形成的扇形范围内^[4](图 2)。

在其他条件保持不变的情况下, 氨气的无组织排放量主要与合成氨的生产规模有关。根据实测和公式计算, 再估算不同生产规模的氮肥制造企业特征污染物氨气的无组织排放量(表 1)。

2.3.2 特征污染物标准浓度限值(c_m)

根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB /T 3840-91) 规定, 标准浓度限值c_m取《环境空气质量标准》(GB 3095-1996) ^[5]及其修改单规定的二级标准任何一次浓度限值(mg /m³); 该标准未规定浓度限值的大气污染物, 取《工业企业设计卫生标准》 (TJ 36-79) ^[6]规定的居住区一次最高容许浓度限值(mg /m³)。本研究中, 氨的标准浓度限值c_m取《工业企业设计卫生标准》(TJ 36-79) 规定的居住区一次最高容许浓度限值, 即0.20 mg /m³。

2.3.3 卫生防护距离计算结果

将估算的无组织排放量和其他参数导入卫生防护距离计算公式(1), 得到不同氮肥制造企业在不通风速下所需的卫生防护距离估算值L(表 2)。

2.4 人群流行病学调查

为使修订后的氮肥制造业卫生防护距离标准更加合理, 更好地保护排放大气污染物的企业周边居民的身体健康, 在对华强化工集团股份有限公司进行实地调研的同时, 还对其周边居民进行了相关污染的流行病学调查, 以便真实掌握无组织排放的大气污染物对居民健康的影响。

此次流行病学调查的范围为企业周边1 600 m范围内的常住居民, 对21户家庭进行了入户调查, 调查内容包括调查对象基本信息、疾病史、疾病家族史、与氨污染相关的症状体征以及氨接触史等, 调查中还征求了居民对设置卫生防护距离的建议。

调查对象中男性占23.8%, 女性占76.2%;年龄多在20 ~ 60岁之间, 8 1.1%的调查对象文化程度在高中以下, 以个体工作者和务工人员为主; 调查对象居住地距调研企业的直线距离在500 ~ 1 600 m之间。

调查结果显示, 调查对象中近年来未发生与氨污染相关的疾病; 周围居民极少定期体检, 未发现有慢性氨中毒的症状和体征; 调查中有91.5%的调查对象认为氮肥生产企业与居民区之间应设置卫生防护距离, 其中认为卫生防护距离小于200 m的占10.5%, 认为卫生防护距离应为300 m的占52.6%, 还有36.8%的调查对象认为卫生防护距离应大于500 m。

2.5 卫生防护距离标准建议值

跟据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB /T 3840-91) 关于级差的规定, 卫生防护距离在100 m以内时, 级差为50 m; 超过100 m, 但小于1 000 m时, 级差为100 m。L值在两级之间时, 取偏宽一级。因此, 综合分析理论计算和流行病学调查的结果, 确定氮肥制造业卫生防护距离标准建议值见表 3。

3 讨论 3.1 缩短卫生防护距离

通过和原标准对比, 修订后的卫生防护距离有所缩短, 主要原因是氮肥制造行业经过几十年的发展, 企业的生产管理水平和环境管理水平都在不断改进, 使得污染物在源头就得到了有效的控制和减少; 同时各种先进的环境保护设施和污染处理设施大量投入使用, 在排放末端进行了一定层次的处理, 甚至回收利用, 使得排入大气的污染物大量减少。

3.2 调整规模分档

如今, 我国大型氮肥生产企业生产规模都在30万t / a以上, 企业总数有30家左右, 占到全国氮肥生产总产量的60.5%, 小型企业产量也普遍达到了近8万t / a。2010年3月, 中国氮肥工业协会发布的《合成氨行业准入条件》(征求意见稿), 初步拟定新建单套合成氨装置的准入门槛为30万t, 原标准以2.5万t率作为生产规模分档标准, 明显已不符合当前行业实际情况。所以在本研究中, 以合成氨30万t / a作为分档界限, 符合我国氮肥制造行业的现状和发展需要。

4 小结

工业企业无组织排放的大气污染物对周边居民健康可造成一定影响^[7]。针对氮肥制造企业排放的氨气等污染物设定卫生防护距离十分必要, 其作用是为企业无组织排放的大气污染物提供一段稀释距离, 使得污染气体到达居民区时的浓度符合国家标准^[8]。

本研究是在对我国氮肥制造行业进行充分的调查研究的基础上进行, 并选择我国具有一定行业代表性、不同规模的生产企业进行了现场调查与实测, 获得了大量准确、可靠地监测数据。标准修订依据的是我国氮肥制造行业应用比较广泛、技术比较成熟并具有国际先进水平的生产工艺设备, 其产品符合国家产业政策和行业发展的趋势。同时, 在理论计算的基础上进行了人群流行病学调查, 真实掌握了无组织排放的大气污染物对居民健康的影响情况, 对标准修订提供可靠的参考依据。该标准颁布实施后, 将广泛的应用在氮肥制造企业的选址、环境影响评价等领域, 将在保护大气环境、保障人民群众身体健康的基础上, 促进氮肥制造业的发展, 为国民经济的可持续发展起到积极的推动作用。