本书以生活垃圾处理设施的恶臭污染与控制为主线,主要介绍了生活垃圾处理设施恶臭污染的危害与评估指标体系及测定技术、生活垃圾处理设施恶臭污染释放特征、生活垃圾处理设施恶臭物质迁移转化特征及扩散模拟、生活垃圾处理设施恶臭污染评估技术、生活垃圾处理设施恶臭污染控制技术;既包括了生活垃圾处理设施的恶臭释放源强确定方法、迁移扩散数值模拟方法、基于概率的恶臭污染评估方法,又包括了典型处理设施的恶臭污染监测、评估和控制技术实例,旨在为我国生活垃圾处理设施的恶臭污染防护和环境风险管理提供系统全面的参考。 本书具有较强的专业性和技术性,并注重理论结合实践,可供从事生活垃圾处理处置和系统管理、恶臭污染控制和风险评估等领域的工程技术人员、科研人员及管理人员参考,也可供高等学校环境科学与工程、市政工程及相关专业师生参阅。
人类社会的发展,尤其是工业化、城市化进程的极大推进与现代科技的日新月异,使人类不断突破自然设置的边界而创造了辉煌文明与巨大的物质财富,但也对人类生存环境产生了日益严重的威胁。固体废物产生于人类的生产生活活动,来源广泛、体系复杂,且会对大气环境、自然水体、土壤等重要环境介质造成风险,可能滋生生物污染并在多种感官层面产生令人不快的效应,对生态环境造成了沉重压力。当前,固体废物处理处置与资源化已成为环境污染治理的重要内容。然而,随着人民对美好生活需求的不断提高和环境标准的不断细化和提升,对固体废物处理处置工艺的过程管理与调控也亟须前沿理论与技术的指导。当前城市生活垃圾处理处置过程中存在的一个重要问题是:垃圾中含有的有机物和其他污染物经过降解和挥发,在收集、转运、生物处理和填埋处置等过程中均会释放大量含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、芳香族化合物、烃类化合物、卤素及其衍生物等恶臭物质,对周边人群造成感官刺激并影响人体健康和环境安全。对恶臭污染的监测与控制研究已成为固体废物处理处置与管控面临的重要课题。
我国正面临两个一百年重要历史交汇点,高质量发展将成为我国新时代发展战略与生产活动的共同核心。当前,我国城市生活垃圾的产生量随着人口的急剧增加、经济的飞速发展和城镇化进程的加快逐年递增。国家统计局公开数据显示,2012~2021年我国产出城市生活垃圾总量从 1.71亿吨增长至 2.49亿吨,增长率为 45.6%。城镇人口人均日产量增长 15.4%。与此同时,城市垃圾处理处置设施的数目和处理量也与日俱增。以卫生填埋场为例,自 1991年第一座规范化的卫生填埋场落成,至 2012年底,卫生填埋场数量激增至 540座,日处理能力增加至 310927t,此后直至 2020年前基本保持稳定。而近年来,城市垃圾处理处置设施日渐饱和,诸多设施建设粗放的问题也逐渐暴露,生活垃圾转运站、堆肥厂、填埋场等处理处置设施,已成为城市重要的恶臭污染源。然而,生活垃圾源的恶臭污染显著区别于其他一般工业污染源,垃圾处理处置设施的工艺特点不一,恶臭物质释放特征的时空波动极大,污染范围与程度的影响因素众多,控制技术的效果与适用性不同,给生活垃圾处理处置设施恶臭污染的监测、评估和控制带来了极大困难。
基于上述情况,将当前垃圾处理设施恶臭污染与控制的重要研究成果汇编成书以供广大环境保护工作者参考势在必行,并将对我国固体废物处理处置工艺优化升级具有重要指导意义。笔者基于对生活垃圾处理设施恶臭污染监测、评估与控制的十余年研究成果,总结了各类生活垃圾处理设施的恶臭释放特征、迁移扩散模拟方法、恶臭风险评估和污染控制技术,旨在为我国生活垃圾处理设施的恶臭污染防护和环境风险管理提供系统全面的参考。本书内容共分为 5章。第 1章概述了我国生活垃圾处理设施恶臭污染的危害、表征、评估指标体系与测定技术。第 2章系统总结了生活垃圾转运站、填埋场、堆肥厂和生化处理设施的恶臭污染释放特征,并介绍了利用人工神经网络模型进行典型恶臭物质释放源强估算的方法,为恶臭污染的评估与控制提供了数据基础。第 3章详细阐述了生活垃圾处理设施恶臭物质迁移转化特征及扩散模拟方法,特别介绍了基于有限差分三维数值模拟的恶臭污染扩散模型,为恶臭污染和风险评估提供了技术方法。第 4章针对不同类型生活垃圾处理设施的污染源特征,提供了基于迁移扩散和概率统计的恶臭污染评估技术和具体应用实例,并总结了恶臭污染物的健康风险评估方法,为相应恶臭污染控制与管理提供了科技支撑。第 5章则系统汇总了生活垃圾处理设施恶臭污染控制技术,从不同技术原理和类别介绍了生物滤池、生物覆盖层、半透膜和等离子体等典型恶臭污染控制技术案例。
本书具有以下 4个特点。
(1)时效性。本书所引述政策、标准、技术规范均为成书之时现行有效,所引述数据均从官方公布的最新文件获取,贴合行业现状与国家需求,具有重要参考意义。
(2)前沿性。本书注重将机器学习、数值模拟等热点研究方法以及多种前沿控制技术引入本领域理论研究与工艺开发,具备较强的前瞻性。
(3)可操作性。本书研究案例与实施案例丰富,为广大从业人员提供切实可靠的抓手。
(4)系统性。本书汇总呈现了多设施、多节点、多维度的垃圾处理设施恶臭污染与控制知识,对该领域进行了全面系统的阐述。
本书由陆文静、赵岩等编著,具体分工如下:前言及第 1章由陆文静编著;第 2章由赵岩、赵思岚编著;第 3章由陆文静、王洪涛编著;第 4章由刘彦君、袁嘉翼编著;第 5章由陆文静、李翔编著。全书最后由陆文静统稿并定稿。
本书融入了笔者以及清华大学和北京师范大学环境学院多年的相关研究成果,也涵盖了多名博士研究生和硕士研究生的科研工作。另外,本书还结合了天津市环境保护科学研究院、国家环境保护恶臭污染控制重点实验室、丹麦技术大学、中国科学院地理科学与资源研究所等单位的研究成果。对于他们对本书的编著、材料的提供和整理所做的贡献,在此表示衷心的感谢。
限于编著者水平及编著时间,书中存在不足和疏漏之处在所难免,敬请广大读者提出修改建议。
编著者
2024年5月
第1章概论1
1.1我国生活垃圾产生及处置现状 2
1.2恶臭与恶臭物质的定义及危害 4
1.3恶臭污染的特征和表征参数 4
1.3.1恶臭污染的特征 4
1.3.2恶臭污染的表征参数 5
1.4恶臭污染的评估指标体系与测定技术 7
1.4.1恶臭污染的评估指标体系 7
1.4.2恶臭污染的测定技术 9
参考文献 9
第2章生活垃圾处理设施恶臭污染释放特征10
2.1生活垃圾收集转运设施恶臭污染释放特征 11
2.1.1现场监测方案 11
2.1.2北京市某大型生活垃圾转运站 B恶臭物质排放特征分析 13
2.1.3南方某城市小型生活垃圾转运站S恶臭物质排放特征分析 24
2.1.4南方某城市大型生活垃圾焚烧厂恶臭物质排放特征分析 28
2.2生活垃圾填埋设施恶臭污染释放特征 31
2.2.1填埋场作业面恶臭物质浓度、组成及其季节性变化 31
2.2.2典型填埋场作业面恶臭浓度表征及方法研究 35
2.2.3填埋场作业面指标恶臭物质筛选 40
2.2.4填埋场作业面与覆盖面恶臭物质浓度及比较 40
2.2.5填埋场作业面与覆盖面恶臭释放特性比较 44
2.2.6基于风道法的作业面恶臭释放速率研究 50
2.2.7填埋场恶臭物质释放与填埋龄的关系 59
2.3生活垃圾堆肥设施恶臭污染释放特征 64
2.3.1春季生活垃圾堆肥过程恶臭物质排放特征 64
2.3.2夏季生活垃圾堆肥过程恶臭物质排放特征 68
2.3.3秋季生活垃圾堆肥过程恶臭物质排放特征 71
2.3.4冬季生活垃圾堆肥过程恶臭物质排放特征 74
2.3.5生活垃圾堆肥过程恶臭物质释放规律 78
2.4餐厨垃圾生化处理设施恶臭污染释放特征 81
2.4.1江苏某餐厨垃圾处理厂(J)的恶臭释放特征解析 81
2.4.2北京某餐厨垃圾处理厂(N)的恶臭释放特征解析 83
2.4.3青海某餐厨垃圾处理厂(Q)的恶臭释放特征解析 86
2.4.4宁波某餐厨垃圾处理厂(K)的恶臭释放特征解析 89
2.4.5餐厨垃圾厌氧发酵恶臭产生规律与释放源强 91
2.5基于人工神经网络的填埋场作业面恶臭释放 强度预测 103
2.5.1填埋场恶臭释放源强的人工神经网络模型构建参数研究 104
2.5.2填埋场恶臭释放源强的人工神经网络估算模型研究 114
参考文献 149
第3章生活垃圾处理设施恶臭物质迁移转化特征及扩散模拟150
3.1生活垃圾处理设施恶臭物质迁移转化特征 151
3.2生活垃圾处理设施恶臭物质迁移扩散模型 151
3.3恶臭污染迁移扩散模拟的解析法 153
3.3.1污染物一维扩散解析解 153
3.3.2污染物二维扩散解析解 163
3.3.3污染物三维扩散解析解 183
3.4恶臭污染迁移扩散模拟的三维数值法 185
3.4.1求解恶臭气体三维大气扩散问题的有限差分法非稳态问题 186
3.4.2求解恶臭气体三维大气扩散问题的有限差分法稳态问题 190
3.4.3诊断风场模式及其有限差分法 191
3.4.4湍流扩散系数的计算 207
3.4.5大气中污染物的清除作用 208
参考文献 210
第4章生活垃圾处理设施恶臭污染评估技术211
4.1生活垃圾处理设施中固定点源恶臭污染模拟评估 212
4.1.1恶臭物质迁移扩散模拟方法 212
4.1.2恶臭物质模拟浓度梯度划分 214
4.1.3恶臭污染的概率统计评估方法 215
4.1.4恶臭污染影响因素分析方法 216
4.1.5典型日恶臭物质迁移扩散研究 216
4.1.6典型月恶臭物质迁移扩散研究 219
4.1.7全年典型恶臭物质迁移扩散研究 226
4.1.8生活垃圾转运过程中恶臭物质扩散影响因素分析 234
4.2生活垃圾处理设施中移动点源恶臭污染模拟评估 240
4.2.1模拟方法 240
4.2.2典型物质迁移扩散特征 243
4.2.3恶臭物质浓度对迁移扩散的影响 251
4.2.4风向对迁移扩散的影响 252
4.2.5风速对迁移扩散的影响 253
4.3生活垃圾处理设施中面源恶臭污染模拟评估 253
4.3.1典型恶臭与健康风险物质迁移扩散模拟方法 254
4.3.2随机变量识别与随机数组生成 258
4.3.3恶臭物质迁移扩散模拟浓度解析 267
4.3.4恶臭物质迁移扩散范围概率解析 277
4.4生活垃圾处理设施恶臭污染与健康风险评估 282
4.4.1填埋场及其周边区域恶臭污染评估 282
4.4.2填埋场及其周边区域人类健康风险评估 289
4.4.3建筑物不同高度的恶臭污染与健康风险变化规律解析 304
参考文献 308
第5章生活垃圾处理设施恶臭污染控制技术 310
5.1概述 311
5.2典型恶臭污染控制技术 311
5.2.1生物滤池技术 311
5.2.2生物覆盖层技术 314
5.2.3膜分离除臭技术 320
5.2.4等离子体除臭技术 322
参考文献 330