草甘膦农药泄漏事故风险评价研究.pdf

草甘膦农药泄漏事故风险评价研究 曹志刚 江苏省南通市环境科学研究所， 江苏 南通 226006 摘要 以草甘膦生产为例， 在高斯扩散模型的基础上， 考虑污染物在大气中的衰减， 推导出评估大气突发性事故危害区 的定量估算公式。该公式使用条件与高斯扩散模型相同， 通过与高斯模式的验证分析， 结果精确， 可用于直接求取任 意浓度等值线的精确位置。结合事故发生的概率、 气象条件 包括风速、 风向、 稳定度 、 周围的人口密度、 有毒有害物 质的半致死浓度计算了风险值。草甘膦生产中， 储罐泄漏甲醇风险值 9. 9 10 － 4人 /a。 关键词 高斯扩散模型; 环境风险评价; 事故危害区; 环境风险值 STUDY ON ENVIRONMENTAL RISK ASSESSMENT OF GLYPHOSATE LEAKAGE Cao Zhigang Nantong Environmental Science Institute in Jiangsu，Nantong 226006， China AbstractThe process of environmental risk assessment is determined by the example of producing glyphosate. To identify hazard sources objectively and uate hazard of various accidents on atmospheric environmental risk assessment，based on Gaussian diffusion model and rigid mathematics， a modeling system was developed to identify harm and estimate impaired region of accident and impaired duration of accident in atmospheric environment. These ulae are easy to use with exact results by the comparision of Gaussian diffusion model. This modeling system has the same conditions as Gaussian diffusion model，and can calculate any concentration isoline’ s rigid time-space location and specific points location. The risk value is calculted according to possibity， atmospheric condition，density of population，LD50. KeywordsGaussin diffusion model;environmental risk assessment;impaired region of accident;environmental risk value 1概述 以往对事故危害的空间范围的研究一直停留在 先进行大气扩散估算， 求出污染物的空间分布， 再在 此基础上分析等值线， 划出事故危害区。用此方法， 不仅计算、 分析工作量大， 且不易精确。在高斯扩散 模式基础上进一步推导， 用以定量描述事故的危害程 度， 估算出事故危害区， 以鉴别环境危害的强弱。确 定泄漏事故危害区与事故危害期; 计算泄漏事故风 险值。 2理论基础 对于排放时间较长， 排放量较为稳定的事故， 可 以高斯烟羽模式为基础， 见式 1 C X， Y， 0， H Q πuσ yσz exp － Y2 2σ 2 y － H2 2σ 2[] z 1 式中Q 源强， mg/s; σy 污染物在 y 方向的浓度标准差， 即扩散 参数， m; σz 污染物在 z 方向的浓度标准差， 即扩散 参数， m; u 平均风速， m/s; H 污染源高度， m。 本文中采用参考文献［ 1］确定的衰减系数， 一般 情况下衰减系数 A 在 0. 1 ～ 0. 01 范围内取值。 于是 可 以 得 到 经 过 修 正 的 高 斯 烟 羽 模 式， 见式 2 C X， Y， 0， H Q πuσyσz exp－ Y2 2σ 2 y － H2 2σ 2 z － f X [] 2 其中 f X A X; f 为相对于下风向距离 X 的 综合衰减系数。若经历的时间较短， 毒物性质较为稳 定， 可令 A 0。令 C≥C00－ C0， C00为某有毒或易燃 气体的某危害等级的浓度阈值 根据评价需要， 有时 也可采用环境空气浓度 ， C0为该有害气体的背景 浓度。 111 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 由式 2 可解出 Y* 危害区廓线 和 XM 最大下 风向距离 ， 见式 3 Y*槡2σy 1nQ － 1n πu c00－ c0 σ yσ [] z － H2 2σ 2 z 槡 － Ax 3 其中 Y*是下风距离 X 的函数， 是下风向距离处 的危害区横风向距离。式 3 可用于确定一定源强、 源高事故排放情况下的一定危害浓度阈值 或任意 浓度 等值线的空间精确位置。令根号内值等于 0， 可求得危害区最大下风距离 XM， 见式 4 σyX M σzX M exp H2 2σ 2 z AXM [] u Q πu c00－ c0 4 根 据 式 4 ， 用 迭 代 法 可 求 出 最 大 下 风 向 距 离 XM。 为求得危害区的最大横风向距离， 可令σy axp，代入公式 3 得式 5 Y*槡2axp 1n Q abπuc00－ c 0 － p q1nx － H2 2σ 2 z － Ax 槡 u 5 令 Y*/x 0 ， 可得最大横风向危险距离 Y M及 其对应的下风向距离 XM， 见式 6 XMexp p － q p p q H2 2σ 2 z 2p 1 2p p q Ax M [] u Q abπu c00－ c0 exp p q 2       p 1 pq 6 根据式 6 ， 用迭代法可求出最大横风向距离对 应的下风向距离 XM。 将式 6 代入式 5 即得最大横风向距离 YM ， 见 式 7 YM 槡 2σ y p q 2p － q 2p H2 σ 2 z 1 2p AxM 槡 u 7 对于已知毒物的毒性、 泄漏量及当时气象条件， 可以立即求得事故的危险区域。 3结果与讨论 3. 1事故设定 设定事故为甲醇储罐泄漏， 泄漏小孔面积0. 01 ～ 0. 10 m2， 释放速率分别为 20， 200 kg/min。连续泄漏 30 min， 泄漏的甲醇由液相气相， 进入大气， 向周围 环境扩散。 3. 2影响范围 根据甲 醇 储 罐 发 生 连 续 泄 漏 时 强 度， 取 风 速 2 m/s， 甲 醇 的 环 境 空 气 质 量 浓 度 标 准 值 为 3. 0 mg/m3 ，σ yσz采用经过修正的扩散参数， 计算的 最大下风向距离、 最大横风向距离及其对应的下风向 距离见表 1。 表 1甲醇储罐泄漏最大下风向距离、 最大横风向距离及对应的下风向距离 Q / kgmin － 1 稳定度 XM/m对应 XM/mYM/m 20B1 010580140 20C1 720995149 20D2 4501 400164 20E4 6702 700188 3. 3模式验证 甲醇储罐发生连续泄漏的强度为20 kg/min， 风 速为2 m/s， 环境空气中甲醇的浓度值为3. 0 mg/m3， σyσz采用经过修正的扩散参数 σy ax p ay 4. 3 ， σ z bxq H 2. 15，其中 ay 为面源在 Y 方向的长度， H 为面 源的平均排放高度。由此得到 B、 C、 D、 E 稳定度条件 下 甲 醇 浓 度 为 3. 0 mg/m3的 等 值 线 图 见 图 1 ～ 图 4 。 图 1 B 稳定度条件下甲醇等值线 由图 1 ～ 图 4 可见， B、 C、 D、 E 稳定度条件下， 甲 醇储罐发生连续泄漏的最大下风向距离分别为 920， 1 600， 2 350， 4 650 m; 最大横风向距离分别为 80， 180， 190， 220 m。对照表 1， 最大下风向距离、 最大横 风向距离的理论计算值和实际预测值基本吻合。 211 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 图 2 C 稳定度条件下甲醇等值线 图 3 D 稳定度下甲醇等值线 图 4 E 稳定度条件下甲醇等值线 3. 4风险值计算 风险值 死亡 /年 半 致 死 百 分 率 人 口 数 50 事故发生概率 出现不利天气概率。 在上式中， 人口数和出现不利天气的概率均发生 变化， 从保守的角度考虑人口数乘以不利天气概率为 最不利情况， 同时， 下风向的扩散面积取最大下风向 距离和最大横风向距离之积的 2 倍来计算。事故的 风险可采用式 8 计算 风险值 死亡 /年 人口密度 最大下风向距 离 最大横风向距离 事故发生概率 风向频率 稳定度频率 8 本文中采用甲醇半致死浓度为260 mg/m3， 根据 南通市的气象资料， 平均风速为3 m/s， 选取甲醇储罐 泄漏的甲醇强度200 kg/min; 储罐泄漏甲醇最大下风 向距离、 最大横风向距离见表 2。风险值计算结果见 表 3 事故概率取 4 10 － 4 。 表 2甲醇储罐泄漏最大下风距离、 最大横风向距离 Q / kgmin － 1 稳定度 PsXM/m对应 XM/mYM/m 200B32016542 200C50525242 200D67033444 200E1 13056547 表 3甲醇储罐泄漏风险值 风向 频率 / Ps 频率 / XM/ km YM/ km 风险值 / 人 a －1 最大风险值/ 人 a －1 E8. 31B5. 10. 320. 0424. 6 10 － 5 9. 9 10 － 4 C14. 00. 5050. 0422. 0 10 － 4 D50. 60. 670. 0449. 9 10 － 4 E16. 71. 130. 0475. 9 10 － 4 S4. 48B5. 10. 320. 0422. 5 10 － 5 5. 3 10 － 4 C14. 00. 5050. 0421. 1 10 － 4 D50. 60. 670. 0445. 3 10 － 4 E16. 71. 130. 0473. 2 10 － 4 W3. 32B5. 10. 320. 0428. 8 10 － 5 1. 9 10 － 4 C14. 00. 5050. 0423. 8 10 － 4 D50. 60. 670. 0441. 9 10 － 4 E16. 71. 130. 0471. 1 10 － 4 4结论 1 在高斯模式基础上， 结合污染物在大气环境 中的衰减， 推导出 “事故危害区” 的估算公式， 该公式 可直接求出任意浓度等值线的精确时、 空位置的估算 公式， 使用方便、 结果精确。所有公式使用条件与高 斯模式完全相同， 作为高斯扩散模式的配套公式， 广 泛应用于环境风险评价工作之中。 2 根据事故发生的概率、 气候条件、 周围的人口 密度、 有毒有害物质的半致死浓度来计算风险事故风 险值。从保守的角度考虑人口数乘以不利天气概率 为最不利情况， 分别计算了泄漏情况的风险值。储罐 泄漏甲醇风险值 9. 9 10 － 4人 /a。 参考文献 ［1 ］ 胡德福. 化学突发事故风险评估的研究与应用［M］ . 北京 中国 311 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 环境科学出版社， 1995. ［2 ］ Han Z. Accidential release preventionrecent EPA actions［J］ . Pollution Engineering，1995 5 54- 56. ［3 ］ 胡二邦. 环境风险评价实用技术和方法［M］ . 北京 中国环境科 学出版社， 1995. ［4 ］ Matin J B. Risk management considerations［J］ . Chemosphere， 1989， 18 1 57- 67. ［5 ］ Anne V. Environmental risk assessment［C］ ∥SCOPE，1980 15. ［6 ］ 王云， 王勇. 环境灾害的危险性评估探讨［J］ . 中国环境科学， 1991， 11 3 207- 211. ［7 ］ Van Baardwijd F A N. Prevention accidential spills risk analysis and discharge permitting process［J］ . Wat Sci ＆ Tech， 1994， 29 3 189- 197. ［8 ］ 王有显. 上海东风农药厂光气系统事故隐患风险评价［J］ . 化 工环保，1992， 13 1 35- 40. ［9 ］ 邹恩义. 有害气体突发性环境污染事故有害的风险性评价方 法探讨［J］ . 环境科学， 1993， 14 4 87- 90. ［ 10］ 胡德福. 化学 突 发 事 故 的 风 险 评 估 与 预 测［J］ . 环 境 化 学， 1991， 10 3 31- 35. ［ 11］ 王勇， 杨凯， 王云， 等. 石油化工企业环境风险评价的方法研究 ［J］ . 中国环境科学， 1995， 15 3 161- 165. ［ 12］ 化工部化工劳动保护研究所. 重要有毒物质泄漏扩散模型研究 ［J］ . 化工劳动保护， 1996 3 1- 19. ［ 13］ 江研因， 石剑荣， 王素云. 上海市吴泾地区大气污染突发事故危 害性评价与对策研究［R］ . 上海 沪环科研报告， 1994 61- 90. ［ 14］ 王云， 王勇. 环境灾害的危险性评价探讨［J］ . 中国环境科学， 1991， 11 3 207- 211. ［ 15］ 汪晶. 风险评价技术的原理与进展［J］ . 环境科学， 1998 2 95- 96. ［ 16］ 汪立忠， 陈正夫， 陆雍森. 突发性环境污染事故风险管理进展 ［J］ . 环境污染治理技术与设备， 1998， 6 3 14- 23. ［ 17］ 贺锡泉. 非突发性环境风险研究［J］ . 中国环境科学， 1989， 17 3 218- 223. ［ 18］ 曾光明， 钟政林， 曾北危. 环境风险中的不确定问题［J］ . 中国 环境科学， 1998， 18 3 252- 255. ［ 19］ 陆书玉， 徐峰， 石剑荣. 工程项目环境危险评价表征研究［J］ . 上海环境科学， 1998， 17 11 1- 3. ［ 20］ Center for Chemical Process Safety， the American Institute of Chemical Engineer. Guidelines for chemical process quantitive risk analysis［M］ . New York， 1989 263- 302. ［ 21］ 石剑荣. 高斯扩散衍生公式在环境风险评价中的应用［J］ . 中 国环境科学， 1998， 18 6 535- 539. ［ 22］ 石剑荣. 突发事故危害期估算模式研究［J］ . 中国环境科学， 2000， 20 3 281- 283. 作者通信处曹志刚226006江苏省南通市环境科学研究所 E- mailnthb999 yahoo. com. cn 2009 － 10 － 21 收稿 环境工程 投稿须知 环境工程 杂志是综合性、 应用性的环保科技刊物。重点报道工业污染防治的先进实用技术。 一、 征稿内容 1. 工业领域产生的污水、 烟尘、 有害气体、 固废、 噪声等的污染防治技术， 监测、 评价、 节能技术等。 2. 创新或改进工业污染防治的工艺、 设备、 方法、 材料等。 3. 综合利用技术。 4. 工矿企业污染防治和运行管理的经验。 5. 国外的或已引进的先进环保技术及国内示范工程的介绍。 6. 国内外工业环保技术信息 最新的发明创造或新建工程中采用的新工艺、 新设备、 新材料、 新技术 ， 会讯、 展讯的报道。 二、 对稿件的要求 1. 格式可参照本刊。一般包括题目、 作者姓名及其单位名称、 邮编、 摘要、 关键词 包括以上各项的英译 、 正文、 参考文献、 作者通信处等。篇名 最好不超过 20 个字。排版格式 篇名、 作者姓名、 单位、 摘要、 关键词采用通栏排， 正文采用双栏排。 2. 中、 英文摘要按目的、 方法、 结果、 结论四方面撰写， 中、 英文内容要一致， 字数要求 100 ～ 150 字。 3. 说明所做项目的资金来源， 包括获得基金资助或国家及省部级奖励的项目论文， 并注明批准号或编号。 4. 论文篇幅以每篇不超过五千字 含图表 为宜。文内图表均应有序号和名称， 统一使用法定计量单位 SI 制 。 5. 正文的章节编排采用三级标题， 一般不超过四级。如 “1 ” 、 “1. 1 ” 、 “1. 1. 1” 等。 6. 本刊接受电子邮件投稿 E-mail hjgctg 163. com 。 7. 参考文献按文内先后次序编号， 并用上角标在引用处标注， 文后按著录规范写出参考文献的详细资料。 8. 依照著作权法 规定， 本刊对来稿有文字修改、 删节权， 凡不允许本刊修改内容者， 请在投稿时说明。 9. 请作者自留底稿， 本部一般不退稿。 环境工程 杂志是广大环保工作者共有的园地， 我们热忱欢迎大家根据本刊的特点和要求提供高质量的稿件。 环境工程 编辑部 411 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期