基于熵權(quán)法的化工園區(qū)有毒有害大氣污染物環(huán)境風(fēng)險排序研究

陳旭東(山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030020)

1 研究背景

大氣環(huán)境風(fēng)險是化工園區(qū)突發(fā)環(huán)境事件的主要因素之一，加強(qiáng)有毒有害大氣污染物的監(jiān)控和管理是防范環(huán)境風(fēng)險的重要手段[1]。鑒于化工園區(qū)涉及危險化學(xué)品種類多，化工生產(chǎn)過程中中間體及大氣污染物成分復(fù)雜，部分有機(jī)類氣體毒性強(qiáng)、危險性高，開展大氣環(huán)境風(fēng)險因子識別，綜合評價大氣環(huán)境風(fēng)險因子危害程度，開展相應(yīng)的排序研究，對于開展相應(yīng)風(fēng)險防控具有重要指導(dǎo)作用。

2 研究方法

2.1 國內(nèi)外研究概況

國際上，美國、歐盟、加拿大、荷蘭、日本等國家較早開展優(yōu)先污染物篩選工作，多以美國科學(xué)院的四步框架為基礎(chǔ)。污染物優(yōu)先序確定方法主要是基于多介質(zhì)環(huán)境目標(biāo)值評分法，以及基于得分閾值基礎(chǔ)上的專家評判[2]。

在國內(nèi)，大氣污染物排序多以生態(tài)毒理學(xué)為基礎(chǔ)，主要運(yùn)用綜合評分法或模擬預(yù)測法進(jìn)行研究。邵桐等通過污染物檢出率得分、毒性效應(yīng)得分、人群暴露得分等，構(gòu)建了一種大氣健康基準(zhǔn)目標(biāo)污染物篩選方法[3]；胡志軍等通過綜合評分法對主要揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行篩選和排序，提出了江蘇省33種(類)優(yōu)先控制揮發(fā)性有機(jī)物名錄[4]；郝天基于USEtox模型對焦化行業(yè)的優(yōu)先污染物進(jìn)行了篩選排序研究[5]。

我國優(yōu)先污染物篩選排序多直接借用國外成熟方法，模型的適用性有待進(jìn)一步研究。此外，污染物排序很大程度上還依賴于專家經(jīng)驗(yàn)，人為主觀性影響明顯[2]。

2.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法通過對主觀指標(biāo)選取，以選取指標(biāo)的差異性來確定權(quán)重值，反映了指標(biāo)間的相對性，較好的統(tǒng)一了主客觀關(guān)系[6-8]。利用熵權(quán)法開展化工園區(qū)環(huán)境風(fēng)險因子排序，相對簡便易行，可以為化工園區(qū)環(huán)境風(fēng)險防控決策提供參考。

熵權(quán)法開展有毒有害大氣污染物因子排序，步驟一般包括：有害有害大氣污染物識別、評價指標(biāo)選取、構(gòu)建評價矩陣和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、計算各指標(biāo)權(quán)重和綜合評價等步驟。

2.2.1 有毒有害大氣污染物識別

充分考慮化工園區(qū)各類大氣污染物有毒有害、易燃易爆危害，將納入《有毒有害大氣污染物名錄》《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險評估指南(試行)》的大氣環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)，納入大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的大氣污染物以及歷史環(huán)境事件中出現(xiàn)的大氣污染物，納入初篩名單[9-10]。

2.2.2 確定綜合評價指標(biāo)

主要選擇急性毒性、易燃易爆特性、與臨界量比值等作為綜合評價指標(biāo)。其中，急性毒性數(shù)值可參考GBZ2.1—2019《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)有害因素》中的職業(yè)接觸限值(OELs)和GB/T 18664—2002《呼吸防護(hù)用品的選擇、使用與維護(hù)》中直接致害濃度(IDLH)數(shù)據(jù)[11]。易燃易爆特性可以從大氣污染物的閃點(diǎn)、爆炸上下限等方面反映。

2.2.3 構(gòu)建評價矩陣及標(biāo)準(zhǔn)化處理

為便于比選預(yù)測結(jié)果，評價指標(biāo)盡量使用相對值，將m個因子和n個評價指標(biāo)以矩陣形式列出，形成評價矩陣R=(rij)m×n。

應(yīng)結(jié)合評價目標(biāo)的取向，對評價矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[12-13]。盡量將處理后的指標(biāo)變化為線性關(guān)系，采用極值法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.2.4 進(jìn)行綜合排序

計算各指標(biāo)數(shù)據(jù)的信息熵，并確定各指標(biāo)權(quán)重。計算指標(biāo)權(quán)重，按照評價矩陣，對m個有毒有害大氣污染物因子進(jìn)行評分，確定排序。

3 案例研究

3.1 研究園區(qū)概況

該化工園區(qū)是以焦化為基礎(chǔ)，配套化工的煤化工園區(qū)，園區(qū)面積約4 km2。其中，焦炭產(chǎn)能270萬噸/年，配套有30萬噸/年焦油加工、34萬噸/年甲醇、10萬噸/年苯精制、8萬噸/年炭黑等，主要生產(chǎn)裝置38臺套，生產(chǎn)焦炭、硫酸銨、工業(yè)萘、瀝青、蒽油、洗油、酚類、炭黑、甲醇、苯類等45種產(chǎn)品。

3.2 主要環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)識別

根據(jù)煤化工園區(qū)生產(chǎn)和大氣污染物排放特點(diǎn)，主要考慮產(chǎn)品產(chǎn)量、原輔材料、生產(chǎn)工藝和大氣污染排放特點(diǎn)及區(qū)域環(huán)境已有的特征污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)等，確定該化工園區(qū)有毒有害大氣污染物環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)主要包括焦?fàn)t煤氣、粗苯、輕油、甲醇、純苯、甲苯、二甲苯、重芳烴、非芳烴(含C8)等原輔料、產(chǎn)品和中間產(chǎn)品。

3.3 判斷矩陣構(gòu)建及標(biāo)準(zhǔn)化處理

充分考慮有毒有害大氣污染物的臨界量限值，毒性和易燃易爆性等危害性，構(gòu)建判斷矩陣。并對評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中臨界量以化工園區(qū)最大裝置或生產(chǎn)設(shè)施大氣污染物存量與臨界量比值表征；毒性參照建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則，對毒性終點(diǎn)濃度進(jìn)行極值法處理；對閃點(diǎn)、爆炸上下限進(jìn)行極值法處理，其中不涉及閃點(diǎn)或爆炸限值的按0處理。具體如表1所示。

表1 某化工園區(qū)有毒有害大氣污染物標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

3.4 綜合評價及排序

指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果表明，有毒有害大氣污染物排序的以毒性為主要因素，總權(quán)重為0.64，其次為易燃易爆因素，總權(quán)重為0.24，物質(zhì)的貯存量與臨界量比例權(quán)重為0.13。具體如表2所示。

表2 某化工園區(qū)有毒有害大氣污染物指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

按照權(quán)重對園區(qū)有毒有害大氣污染物進(jìn)行綜合評價和排序，結(jié)果表明：園區(qū)首要有毒有害大氣污染物為苯系物，排名前三的分別為甲苯、苯(純苯)、二甲苯；其次為甲醇、萘、氨氣、一氧化碳等。具體如表3所示。

表3 某化工園區(qū)有毒有害大氣污染物排序表

4 結(jié)語

案例研究表明，利用熵權(quán)法對化工園區(qū)有毒有害氣體大氣污染物進(jìn)行排序，能夠較合理的反映篩選大氣污染物的相對有毒有害的差異，較客觀反映大氣污染物的環(huán)境風(fēng)險防控的重點(diǎn)，為化工園區(qū)科學(xué)識別篩選大氣環(huán)境風(fēng)險防控的重點(diǎn)物質(zhì)提供決策依據(jù)。

同時研究結(jié)果表明，排序決定于評價指標(biāo)的確定。在具體工作中，應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合化工園區(qū)大氣環(huán)境風(fēng)險特征，結(jié)合突發(fā)環(huán)境風(fēng)險案例統(tǒng)計分析，調(diào)整和完善評價指標(biāo)體系，增強(qiáng)大氣環(huán)境風(fēng)險防控對象的精準(zhǔn)性。