生活垃圾填埋场非甲烷有机物释放与大气扩散模拟研究
发布时间：2021-05-19 10:50
卫生填埋是目前我国生活垃圾无害化处理处置的主要方式,近年来由填埋场恶臭污染造成的邻避效应问题日益突出。填埋场作业面上堆放的大量新鲜垃圾直接暴露于环境中,非甲烷有机物（NMOCs）通过直接挥发和微生物降解作用产生并进入大气环境。本文针对填埋场作业面NMOCs污染问题,构造了测量作业面NMOCs无组织释放速率的风道法,并将其用于现场监测;基于大量实测数据解析了作业面NMOCs释放特征及变化规律;探究了作业面NMOCs释放对空气质量和气候变化的潜在负面影响;开发了非稳态大气扩散数值模型,结合不确定性理论,从污染概率角度揭示了填埋场周围NMOCs的恶臭分布规律,最终实现为填埋场恶臭防护距离的界定提供理论支撑的目标。本文通过对已有风道法进行结构和气源改进,构建了适用于测量填埋场作业面NMOCs释放速率的风道系统。综合考虑各方面因素,风道法的最佳吹扫风速为0.26 m×s-1。本研究填埋场作业面释放的常见NMOCs有35种,其中苯系物的种类最多（达18种）,碳氢化合物的平均释放速率最大(227.56±115.30mg×m-2×s-1...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：193 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 填埋场释放非甲烷有机物及其污染特征
1.2.1 填埋场释放NMOCs的物质组成及来源
1.2.2 作业面是填埋场中重要的NMOCs无组织释放源
1.3 无组织面源释放速率监测
1.3.1 静态箱法
1.3.2 动态箱法
1.3.3 模型估算法
1.3.4 示踪法
1.4 大气扩散模型与应用
1.4.1 AERMOD
1.4.2 ADMS
1.4.3 CALPUFF
1.4.4 大气扩散模型的应用
1.5 关键科学问题识别
1.6 研究目的与研究内容
1.6.1 研究目的与意义
1.6.2 研究内容
1.6.3 技术路线
第2章 填埋场作业面NMOCs无组织释放特征
2.1 风道法采样系统
2.1.1 风道采样系统的设计
2.1.2 风道系统的采样方法
2.1.3 分析方法
2.2 风道法最佳操作条件的确定
2.2.1 研究方案
2.2.2 风道法的释放模型及微分方程
2.2.3 释放速率与吹扫风速之间的关系
2.2.4 最佳吹扫风速的确定
2.3 作业面NMOCs释放速率
2.3.1 研究方案
2.3.2 NMOCs释放速率
2.3.3 作业面NMOCs释放随时间变化特征
2.3.4 释放速率与气象因素的相关关系分析
2.4 作业面NMOCs释放因子
2.4.1 NMOCs释放速率的概率密度函数
2.4.2 填埋场作业面NMOCs释放因子
2.5 小结
第3章 作业面释放NMOCs的环境污染分析
3.1 估算方法
3.1.1 NMOCs释放量估算
3.1.2 臭氧生成潜势估算方法
3.1.3 二次有机气溶胶生成潜势估算方法
3.1.4 全球增温潜势估算方法
3.2 典型空气质量污染物的释放特征及其环境影响
3.2.1 臭氧生成潜势(OFP)
3.2.2 二次有机气溶胶生成潜势(SFP)
3.3 典型温室气体的释放特征及其全球增温潜势
3.3.1 典型温室气体物释放特征
3.3.2 温室气体的全球增温贡献(GWI)
3.4 小结
第4章 非稳态大气扩散数值模型开发及检验
4.1 模型介绍
4.2 求解NMOCs三维大气扩散问题的有限差分法—非稳态问题
4.2.1 假设条件
4.2.2 控制方程
4.2.3 时间域与空间域的剖分
4.2.4 有限差分方程的建立与求解
4.2.5 源汇项的实现
4.3 求解NMOCs三维大气扩散问题的有限差分法—稳态问题
4.4 风速场
4.5 湍流扩散系数
4.6 污染物在大气中的清除作用
4.6.1 干沉降
4.6.2 湿沉降
4.6.3 化学反应
4.7 求解方法
4.8 ModOdor模型的理论验证
4.8.1 第一类边界条件(定浓度边界)
4.8.2 第二类边界条件(给定对流通量边界)
4.8.3 第三类边界条件(给定通量边界)
4.8.4 定浓度
4.8.5 源汇
4.8.6 干沉降
4.8.7 化学反应
4.9 ModOdor模型的实测检验
4.9.1 现场监测
4.9.2 ModOdor模型输入条件
4.9.3 实测值与模拟值比较
4.10 填埋场NMOCs恶臭污染的ModOdor大气扩散模拟
4.10.1 典型恶臭污染物筛选
4.10.2 恶臭污染分析的ModOdor模型输入条件
4.10.3 ModOdor模拟恶臭物质扩散情况
4.11 小结
第5章 基于不确定性分析的填埋场NMOCs恶臭污染模拟
5.1 蒙特卡洛大气扩散模拟方案
5.1.1 蒙特卡洛结合ModOdor的计算方法
5.1.2 随机变量的识别
5.1.3 构造概率密度分布函数
5.1.4 随机数抽样方法
5.1.5 随机数生成次序
5.1.6 模拟次数的确定
5.2 填埋场NMOCs恶臭污染的蒙特卡洛大气扩散模拟
5.2.1 ModOdor模型输入条件
5.2.2 蒙特卡洛大气扩散模拟恶臭物质浓度分布
5.2.3 恶臭污染物迁移距离分析
5.2.4 填埋场周围恶臭污染概率分布
5.3 小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
致谢
附录A 观测-诊断风场计算方法
A.1 诊断风场模式的计算顺序与所需资料
A.2 剖分网格和观测资料
A.3 风速的坐标变换
A.4 垂直方向初始风场的计算
A.5 变分法风场调整的控制方程
A.6 风速场的调整结果
附录B 湍流扩散系数计算方法
B.1 大气稳定度算法
B.1.1 垂直湍流扩散系数K_z
B.1.2 水平湍流扩散系数K_H
B.2 湍流特征量法
B.2.1 垂直湍流扩散系数K_z的计算
B.2.2 基于湍流特征量法的水平湍流扩散系数计算
附录C 随机数生成方法
C.1 风场参数
C.1.1 生成风向随机数Dir
C.1.2 生成风速随机数u
C.2 源强参数ER
C.3 时间参数
C.4 气象参数
C.5 随机数序列
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国垃圾填埋场2012年甲烷排放特征研究[J]. 蔡博峰. 环境工程. 2016(02)
[2]中国垃圾填埋场恶臭影响人口和人群活动研究[J]. 蔡博峰,王金南,龙瀛,李栋,王江浩. 环境工程. 2016(02)
[3]国内外环境空气质量模型法规化现状与对比研究[J]. 胡翠娟,丁峰,李时蓓,易爱华,伯鑫. 环境工程. 2015(01)
[4]生活垃圾填埋场作业面恶臭散发率研究[J]. 羌宁,王红玉,赵爱华,袁文祥,邰俊,陈檬. 环境科学. 2014(02)
[5]基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究[J]. 蔡博峰,刘建国,曾宪委,曹东,刘兰翠,周颖,张战胜. 气候变化研究进展. 2013(06)
[6]国内外空气质量模型研究进展[J]. 薛文博,王金南,杨金田,雷宇,汪艺梅,陈曦. 环境与可持续发展. 2013(03)
[7]填埋场大气中化合物分析与恶臭指示物筛选[J]. 路鹏,苏昭辉,王亘,戴志锋,张宗正,余长康,刘竞,王志茹,秦莉,聂志峰. 环境科学. 2011(04)
[8]蒙特卡罗不确定性分析在O3模拟中的初步应用[J]. 唐晓,王自发,朱江,吴其重,GBAGUIDI Alex. 气候与环境研究. 2010(05)
[9]冬季填埋场恶臭污染对周边村落的影响[J]. 路鹏,程伟,余长康,刘竞,任丽梅. 环境卫生工程. 2009(S1)
[10]大气扩散CALPUFF模型技术综述[J]. 伯鑫,丁峰,徐鹤,李时蓓. 环境监测管理与技术. 2009(03)
博士论文
[1]CALPUFF模式用于放射性核素不同尺度的迁移扩散研究[D]. 崔慧玲.太原理工大学 2012
[2]北京地区大气有机物对臭氧生成的影响研究[D]. 徐敬.中国气象科学研究院 2012
硕士论文
[1]典型生活垃圾填埋场作业面恶臭物质释放特征及源解析[D]. 段振菡.清华大学 2015
[2]我国典型城市生活垃圾填埋场温室气体甲烷排放特征研究[D]. 李海玲.兰州大学 2014
[3]AERMOD在区域大气环评中的应用研究[D]. 王小燕.兰州大学 2013
[4]典型生活垃圾填埋场恶臭污染特征研究[D]. 张晶.清华大学 2012
[5]垃圾填埋场恶臭污染解析与控制技术研究[D]. 胡斌.浙江大学 2010
[6]蒙特卡洛方法中随机数发生器和随机抽样方法的研究[D]. 金畅.大连理工大学 2006
[7]山地复杂地形的大气污染预测模型研究[D]. 张军.重庆大学 2005
本文编号：3195646
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：193 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 填埋场释放非甲烷有机物及其污染特征
1.2.1 填埋场释放NMOCs的物质组成及来源
1.2.2 作业面是填埋场中重要的NMOCs无组织释放源
1.3 无组织面源释放速率监测
1.3.1 静态箱法
1.3.2 动态箱法
1.3.3 模型估算法
1.3.4 示踪法
1.4 大气扩散模型与应用
1.4.1 AERMOD
1.4.2 ADMS
1.4.3 CALPUFF
1.4.4 大气扩散模型的应用
1.5 关键科学问题识别
1.6 研究目的与研究内容
1.6.1 研究目的与意义
1.6.2 研究内容
1.6.3 技术路线
第2章 填埋场作业面NMOCs无组织释放特征
2.1 风道法采样系统
2.1.1 风道采样系统的设计
2.1.2 风道系统的采样方法
2.1.3 分析方法
2.2 风道法最佳操作条件的确定
2.2.1 研究方案
2.2.2 风道法的释放模型及微分方程
2.2.3 释放速率与吹扫风速之间的关系
2.2.4 最佳吹扫风速的确定
2.3 作业面NMOCs释放速率
2.3.1 研究方案
2.3.2 NMOCs释放速率
2.3.3 作业面NMOCs释放随时间变化特征
2.3.4 释放速率与气象因素的相关关系分析
2.4 作业面NMOCs释放因子
2.4.1 NMOCs释放速率的概率密度函数
2.4.2 填埋场作业面NMOCs释放因子
2.5 小结
第3章 作业面释放NMOCs的环境污染分析
3.1 估算方法
3.1.1 NMOCs释放量估算
3.1.2 臭氧生成潜势估算方法
3.1.3 二次有机气溶胶生成潜势估算方法
3.1.4 全球增温潜势估算方法
3.2 典型空气质量污染物的释放特征及其环境影响
3.2.1 臭氧生成潜势(OFP)
3.2.2 二次有机气溶胶生成潜势(SFP)
3.3 典型温室气体的释放特征及其全球增温潜势
3.3.1 典型温室气体物释放特征
3.3.2 温室气体的全球增温贡献(GWI)
3.4 小结
第4章 非稳态大气扩散数值模型开发及检验
4.1 模型介绍
4.2 求解NMOCs三维大气扩散问题的有限差分法—非稳态问题
4.2.1 假设条件
4.2.2 控制方程
4.2.3 时间域与空间域的剖分
4.2.4 有限差分方程的建立与求解
4.2.5 源汇项的实现
4.3 求解NMOCs三维大气扩散问题的有限差分法—稳态问题
4.4 风速场
4.5 湍流扩散系数
4.6 污染物在大气中的清除作用
4.6.1 干沉降
4.6.2 湿沉降
4.6.3 化学反应
4.7 求解方法
4.8 ModOdor模型的理论验证
4.8.1 第一类边界条件(定浓度边界)
4.8.2 第二类边界条件(给定对流通量边界)
4.8.3 第三类边界条件(给定通量边界)
4.8.4 定浓度
4.8.5 源汇
4.8.6 干沉降
4.8.7 化学反应
4.9 ModOdor模型的实测检验
4.9.1 现场监测
4.9.2 ModOdor模型输入条件
4.9.3 实测值与模拟值比较
4.10 填埋场NMOCs恶臭污染的ModOdor大气扩散模拟
4.10.1 典型恶臭污染物筛选
4.10.2 恶臭污染分析的ModOdor模型输入条件
4.10.3 ModOdor模拟恶臭物质扩散情况
4.11 小结
第5章 基于不确定性分析的填埋场NMOCs恶臭污染模拟
5.1 蒙特卡洛大气扩散模拟方案
5.1.1 蒙特卡洛结合ModOdor的计算方法
5.1.2 随机变量的识别
5.1.3 构造概率密度分布函数
5.1.4 随机数抽样方法
5.1.5 随机数生成次序
5.1.6 模拟次数的确定
5.2 填埋场NMOCs恶臭污染的蒙特卡洛大气扩散模拟
5.2.1 ModOdor模型输入条件
5.2.2 蒙特卡洛大气扩散模拟恶臭物质浓度分布
5.2.3 恶臭污染物迁移距离分析
5.2.4 填埋场周围恶臭污染概率分布
5.3 小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
致谢
附录A 观测-诊断风场计算方法
A.1 诊断风场模式的计算顺序与所需资料
A.2 剖分网格和观测资料
A.3 风速的坐标变换
A.4 垂直方向初始风场的计算
A.5 变分法风场调整的控制方程
A.6 风速场的调整结果
附录B 湍流扩散系数计算方法
B.1 大气稳定度算法
B.1.1 垂直湍流扩散系数K_z
B.1.2 水平湍流扩散系数K_H
B.2 湍流特征量法
B.2.1 垂直湍流扩散系数K_z的计算
B.2.2 基于湍流特征量法的水平湍流扩散系数计算
附录C 随机数生成方法
C.1 风场参数
C.1.1 生成风向随机数Dir
C.1.2 生成风速随机数u
C.2 源强参数ER
C.3 时间参数
C.4 气象参数
C.5 随机数序列
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国垃圾填埋场2012年甲烷排放特征研究[J]. 蔡博峰. 环境工程. 2016(02)
[2]中国垃圾填埋场恶臭影响人口和人群活动研究[J]. 蔡博峰,王金南,龙瀛,李栋,王江浩. 环境工程. 2016(02)
[3]国内外环境空气质量模型法规化现状与对比研究[J]. 胡翠娟,丁峰,李时蓓,易爱华,伯鑫. 环境工程. 2015(01)
[4]生活垃圾填埋场作业面恶臭散发率研究[J]. 羌宁,王红玉,赵爱华,袁文祥,邰俊,陈檬. 环境科学. 2014(02)
[5]基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究[J]. 蔡博峰,刘建国,曾宪委,曹东,刘兰翠,周颖,张战胜. 气候变化研究进展. 2013(06)
[6]国内外空气质量模型研究进展[J]. 薛文博,王金南,杨金田,雷宇,汪艺梅,陈曦. 环境与可持续发展. 2013(03)
[7]填埋场大气中化合物分析与恶臭指示物筛选[J]. 路鹏,苏昭辉,王亘,戴志锋,张宗正,余长康,刘竞,王志茹,秦莉,聂志峰. 环境科学. 2011(04)
[8]蒙特卡罗不确定性分析在O3模拟中的初步应用[J]. 唐晓,王自发,朱江,吴其重,GBAGUIDI Alex. 气候与环境研究. 2010(05)
[9]冬季填埋场恶臭污染对周边村落的影响[J]. 路鹏,程伟,余长康,刘竞,任丽梅. 环境卫生工程. 2009(S1)
[10]大气扩散CALPUFF模型技术综述[J]. 伯鑫,丁峰,徐鹤,李时蓓. 环境监测管理与技术. 2009(03)
博士论文
[1]CALPUFF模式用于放射性核素不同尺度的迁移扩散研究[D]. 崔慧玲.太原理工大学 2012
[2]北京地区大气有机物对臭氧生成的影响研究[D]. 徐敬.中国气象科学研究院 2012
硕士论文
[1]典型生活垃圾填埋场作业面恶臭物质释放特征及源解析[D]. 段振菡.清华大学 2015
[2]我国典型城市生活垃圾填埋场温室气体甲烷排放特征研究[D]. 李海玲.兰州大学 2014
[3]AERMOD在区域大气环评中的应用研究[D]. 王小燕.兰州大学 2013
[4]典型生活垃圾填埋场恶臭污染特征研究[D]. 张晶.清华大学 2012
[5]垃圾填埋场恶臭污染解析与控制技术研究[D]. 胡斌.浙江大学 2010
[6]蒙特卡洛方法中随机数发生器和随机抽样方法的研究[D]. 金畅.大连理工大学 2006
[7]山地复杂地形的大气污染预测模型研究[D]. 张军.重庆大学 2005
本文编号：3195646
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