垃圾填埋場惡臭污染對感官影響的評價研究

王 亙，張 妍,，張 超，鄒克華，王健壯，楊偉華,，孟 潔,

垃圾填埋場惡臭污染對感官影響的評價研究

王 亙1，張 妍1,2※，張 超3，鄒克華1，王健壯2，楊偉華1,2，孟 潔1,2

（1. 天津市環境保護科學研究院，國家環境保護惡臭污染控制重點實驗室，天津 300191； 2. 天津迪蘭奧特環保科技開發有限公司，天津 300191；3. 北京市城市管理研究院，北京 100028）

目前中國大氣環境影響評價導則中缺少惡臭感官評價因子，實際工作中，多規避或以常規大氣環境影響評價方法進行評價。針對這一問題，該文調查總結不同國家和地區惡臭標準、導則及文獻，以某垃圾填埋場為例，通過模型模擬、敏感點現場嗅探監測及廠界監測等多種工具得到臭氣濃度、臭氣強度、惡臭發生頻率等評價因子，研究中國惡臭污染的感官環境影響評價方法。結果表明，惡臭源調查結果顯示，該垃圾填埋場惡臭管控措施較好，但當擴散條件較差時，廠界惡臭強度可達到4級（強烈的臭味）；模型模擬結果顯示，廠界臭氣濃度可達到1 000以上且惡臭發生頻次較高；現場嗅探監測結果顯示，距廠界1 km范圍內2#（西方向）、6#（東北方向）監測點受該垃圾填埋場的惡臭影響較為嚴重；該垃圾填埋場周邊不同方位上距惡臭源0.3～2.8 km范圍內的敏感點受垃圾干擾相對較高，不同方位上距惡臭源1.8～4.0 km范圍外的敏感點受垃圾干擾相對較低；針對廠界東側3～4 km范圍內某一居民區來說，其居住的居民可感知惡臭，但由于惡臭發生頻率較低且強度相對不高，整體來說居民區受到該垃圾填埋場的惡臭干擾程度相對較低。

污染；垃圾；填埋場；空氣質量模型；超標概率；防護距離；嗅探監測

0 引 言

垃圾處理廠作為城市管理的重要保障設施，近幾年其建設數量和規模不斷增長[1]，其中衛生填埋是占比最大的處理技術[2]。依據2017年《中國生活垃圾處理行業發展報告》統計，截至2016年，全國市級和縣級城市共設衛生填埋場1 840座，其中市級衛生填埋處理量為32.5萬t/d，縣城衛生填埋處理量為13.5萬t/d。目前，垃圾填埋場與居民區共建現象普遍，其惡臭污染可能導致其與周邊居民的矛盾激化引發投訴。

惡臭污染屬于感官污染，其從產生到受體感知到擾民進而引發投訴的過程受到多種因素的影響，如強度、愉悅度、持續時間、發生頻率、氣味特性、受體敏感度、受體從事的活動、氣味的發生時間、環境背景濃度、與污染源之間的利益關系等。大多數發達國家和地區為了盡可能完整評價惡臭擾民，將這些因素總結成為可以量化的5個因子，為FIDOL[3-4]，分別表示頻率（frequency）、強度（intensity）、持續時間（duration）、厭惡度（offensive）、地點（location），其中地點與土地利用類型、受體的容忍度以及受體對該地區的期望等有關。

《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）[5]指出“確定生活垃圾填埋場與常住居民居住場所等敏感對象之間合理的位置關系以及合理的防護距離。環境影響評價的結論可作為規劃控制的依據。”然而，中國惡臭環境影響評價起步較晚，并且《環境影響評價技術導則大氣環境》（HJ2.2-2018）[6]中缺少惡臭感官因子評價，利用空氣質量模型對惡臭感官指標臭氣濃度進行模擬較為鮮見。大多數還是模擬H2S和NH3等物質濃度進行評價[7-10]或是進行典型惡臭物質的健康風險評價[11]。單一的物質濃度模擬難以評價感官風險，并且很可能會低估惡臭的影響程度及影響范圍。除此之外，惡臭物質種類繁多且大多為痕量，目前國際上的分析測試方法也無法全部檢出致臭物質，再加上惡臭物質之間具有協同和拮抗作用[12]，導致利用物質濃度推導出臭氣濃度再進行評價還需進一步研究。

本文利用模型模擬及現場嗅探監測等多元化方法相結合，通過臭氣濃度、臭氣強度、惡臭發生頻率等因子評價垃圾填埋場的惡臭影響，得到不同區域內的惡臭干擾狀況。以期為中國垃圾填埋場惡臭污染環境影響評價提供有效途徑，為環境管理部門及污染企業提供有效的參考及決策工具，為今后制定相關技術政策、管理規定提供科學依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 垃圾填埋場簡介

該填埋場總占地面積604 km2，其作業面高度原始設計為40 m，處理量2 000 t/d，設計運營年限13 a，但是由于原設計庫容耗盡，為保障居民生活垃圾有效處置，該填埋場已運行25 a，處理量4 500 t/d，目前一期堆體高度53 m，二期高度43 m。除此以外，該填埋場內部還設有一個垃圾堆肥車間，車間內每日堆肥新鮮垃圾，車間密閉且頂部設有4個排氣口。該填埋場除臭措施包括作業面日覆蓋、膜下負壓抽氣且火炬燃燒、全密閉的滲濾液處理系統以及噴灑除臭劑等。

1.2 污染源監測方法

調查垃圾場的惡臭源排放節點，分別為作業面、中間堆體、堆肥車間排口，其中，堆肥車間排放筒作為點源，考慮其集中處理后排氣筒中的惡臭排放，采用SOC-01型采樣裝置在采樣點進行“肺法”取樣（天津迪蘭奧特環保科技開發有限公司），采用便攜式煙氣含濕量檢測儀測量煙氣出口溫度及速度（青島明華電子儀器有限公司）；作業面、中間堆體作為面源，采用風洞采樣器進行采樣，該采樣器的設計依據德國VDI 3880標準[13]，采樣時風洞內風量保持在60 m3/h，采樣速率為0.04 m3/h，其風洞內部結構如圖1所示。

1.進風扇 2.活性炭過濾器 3.擴散板 4.采樣口 5.出風扇

采樣集中在2018年7―9月，每個月采集2次，每個設施分別采集6次，采集時間跨越08:00-18:00不同時段。利用三點比較式臭袋法[14]計算臭氣濃度。為避免采樣袋本底揮發性有機物干擾，采樣前用樣品氣體將采樣袋清洗2次。采樣完成后在24 h內將所有樣品送往實驗室進行分析。

1.3 敏感點現場嗅探監測

為了盡可能的直接評價居民的感受，利用現場嗅探監測方法在敏感點監測臭氣強度、惡臭發生持續性等指標。在進行現場嗅探監測后，進行惡臭源調查，確認設施是否正常運行、有無偷排漏排行為，并對廠區和周邊進行巡查，配合開展廠界臭氣強度及臭氣濃度檢測，查看廠界臭氣濃度是否超標等。

現場嗅探監測集中在2018年7―9月，針對垃圾填埋場東側距廠界3～4 km范圍內某一居民區的惡臭投訴情況，選擇其在下風向時進行監測。設置7個監測點位，依次監測，每個點位監測5 min，每個月監測2次，每個點位共監測6次，每個點位的監測時間跨越08:00-18:00不同時段。廠界臭氣濃度按照《惡臭污染環境監測技術規范》（HJ 905—2017）[15]的方法進行布點，采用無動力瞬時采樣瓶取樣（天津迪蘭奧特環保科技開發有限公司），分別采集6次，每次采集3個樣品。

1.4 模型及模型輸入數據

1.4.1 模型

CALPUFF模型是美國EPA 支持開發并推薦的，為非穩態三維拉格朗日煙團模式，可利用三維氣象場模擬排放源大氣污染物的傳輸、擴散、干濕沉降等過程[16-17]，不同國家和地區推薦使用該模型進行氣味擴散的模擬[18-20]，該模型包含惡臭評價模塊，同時也是中國大氣環境影響評價導則中推薦的法規模型。

1.4.2 源調查數據

該垃圾填埋場的排放參數具體見表1，其中源強為6 次采樣的平均值。

表1 垃圾填埋場源調查內容

注：所列參數為該填埋場2018年7至9月作業情況參數，致使其評價結果也為作業時對周邊的影響。

Note: The landfill parameters were obtained during operation from July to September 2018, which lead to the evaluation results of this period

點源和面源惡臭排放率的計算方法見公式（1）、（2）。

1.4.3 氣象數據

采用2017年全年逐日8次地面氣象觀測，其中包括風向、風速、氣壓、溫度、相對濕度、總云量和低云量。該氣象站與排氣筒的直線距離約為10 km，可較好反映污染源所在地的低空氣象參數。該填埋場所在地2017年主導風向為西北（NW），全年年均風速為1.93 m/s，靜風頻率（風速小于0.5 m/s）為3.07%，約269 h；風速0.5～2 m/s的發生頻率最高，為64.3%，其風玫瑰圖見圖2。高空氣象數據由氣象模式WRF生成。

圖2 2017年研究區風向玫瑰圖

1.4.4 其他參數

根據環評導則規定和模型特點，確定預測范圍為以作業面某點為中心點，邊長為100 km的矩形區域。為了準確描述各污染源及敏感點的位置，定量污染程度，對評價區域進行嵌套網格處理，其中最小網格為500 m×500 m。

模擬計算區域采用1 km精度的GLCC格式數據對土地利用類型進行分析；并且，考慮復雜地形對空氣擴散的影響，采用90 m精度的SRTM格式數據對地形進行分析。

2 結果與分析

2.1 惡臭感官評價因子

歐洲、加拿大、澳大利亞等國家和地區的惡臭環境影響評價推薦的模型及惡臭影響的質量標準（odor impact criteria，OICs）總結見表2。

從推薦的擴散模型可以看出，AERMOD、CALPUFF等這些空氣質量模型可用于預測惡臭排放，國外很多研究也都證明這些空氣質量模型預測惡臭濃度的有效性[28-31]。并且，惡臭排放特征常通過周邊環境中惡臭濃度超過某極限值的出現頻率表征，例如英國限定生物垃圾填埋OIC為98,1-hour= 1.5 OUE/m3，其含義為評估范圍內全年98%的時間臭氣發生小時平均濃度不應超過1.5 OUE/m3。中國垃圾填埋場惡臭限值制定主要依據《惡臭污染物排放標準》（GB14554—93）[32]以及河北省地方標準《生活垃圾填埋場惡臭污染物排放標準》（DB13/2697—2018）[33]。然而，對于環境敏感點來說，缺乏惡臭質量標準（OIC）來評判惡臭擾民情況。

惡臭發生頻率是在環境氣味濃度基礎上制定的，環境氣味濃度可以是引發惡臭煩惱最小濃度，即煩惱閾值，也可以代表是比較微弱的氣味，原則上這一限值的設定需考慮到源特征、氣味性質、人口敏感性、背景濃度、公眾期望以及健康影響等。耿靜等[34]曾對惡臭污染所有典型行業的679個樣品進行了臭氣強度和臭氣濃度的測試，其中，臭氣強度的測試方法采用了日本的6級強度表示法[35]，臭氣強度0.5級對應的臭氣濃度約為10，臭氣強度1級對應的臭氣濃度約為20。本研究除研究臭氣濃度指標外，加入全年臭氣濃度超過10、20的惡臭發生頻率指標，模擬研究惡臭對敏感點的干擾情況。

2.2 模型模擬評價

利用CALPUFF模型模擬臭氣濃度及惡臭發生頻率。其中，全年臭氣濃度小時最大值模擬結果如圖3a所示，全年臭氣濃度超過20、10的惡臭發生年小時數，如圖3b、3c所示。

圖3 CALPUFF模型模擬臭氣濃度及惡臭發生頻率

由圖3可以看出，作業面全年最大小時臭氣濃度在1 600左右，廠界全年最大小時臭氣濃度在400～1 500之間，廠界超過20的惡臭發生頻率為2%～40%之間（發生頻率為年臭氣濃度超過20的小時數與模擬的全年小時數的對比），遠遠不符合現行標準要求。可能是由于中國垃圾源頭未分類且廚余垃圾占比高，再加上該填埋場超負荷運行導致廠界惡臭發生強度和頻率均較高。針對廠界東側3～4 km的敏感點來說，其小時最大臭氣濃度超過標準限值，為35左右，其臭氣濃度超過20和10的惡臭發生頻率較低，都小于0.5%。

由于臭氣濃度10是三點比較式臭袋法檢出限，因此設定此濃度為環境氣味濃度。研究表明，較高的環境氣味濃度一般匹配較低的超標概率，反之，較低的環境氣味濃度一般匹配較高的超標概率[36]。基于表2不同國家和地區惡臭評價導則中規定的環境氣味濃度，大多集中于1～7之間，而臭氣濃度為10環境氣味濃度設定值較高，所以預設相對較低的超標概率來判定垃圾填埋場大致的影響范圍及影響程度。研究分別以99.5%=10、99%=10、98%=10為質量目標研究該填埋場防護距離，以風向的角度表示擴散的方向，以20°為增量得到該垃圾填埋場不同方向的防護距離如圖4所示。

表2 不同國家和地區惡臭評價導則中推薦的模型及惡臭質量標準

圖4 不同OICS下垃圾填埋場周邊不同方向的防護距離

由圖3和4可以看出，該填埋場最遠影響距離大致為南偏東20°方向上，主要是由于全年盛行風在此方向上，Piringer等[37]的研究表明，不同方向上防護距離遠近與大氣穩定度和風向密切相關。除此之外，不同的OIC可導致不同的防護距離結果，若設定OIC為99.5%=10時，其各個方向的防護距離大致為1.8～4.0 km之間，其中該填埋場南側影響距離最遠，大致為4 km，東側（敏感點所在方位）大致為2 km；若設定99%=10時，其各個方向的防護距離大致為0.9～3.4 km之間，比99.5%=10時得到的防護距離平均縮短了近1 km，約為37%；若設定98%=10時，其各個方向的防護距離大致為0.3～2.8 km之間，比99%=10時得到的防護距離平均縮短了0.7 km，約為40%。其中最遠的南側大致為2.8 km，東側大致為0.4 km，在此距離內的敏感點受垃圾場氣味干擾頻次較高。

2.3 現場嗅探監測評價

利用現場嗅探監測方法驗證模擬結果并進行進一步評價。現場嗅探監測法考慮強度、頻率、煩惱度等代表人群的感受因子，其中臭氣強度監測方法為日本的6級強度分級法。針對于強度因子，而不是濃度，主要考慮到低濃度的環境樣品往往不易捕捉到，且采樣及實驗室分析對于頻繁的惡臭監測是不適合的。各個點位臭氣強度取其最大監測數據，其結果如圖5所示。

注：1”～7”為監測點

由圖5可以看出，可聞到垃圾味兒的點位為2#、3#、4#、6#點位，臭氣強度為2～3級。其中2#監測點聞到淡淡的垃圾味兒，氣味兒一陣一陣的飄過來，惡臭時有發生，臭氣強度最高為2.5級；3#監測點可聞到淡淡的垃圾味兒，但是發生頻率較低，同樣，臭氣強度最高為2.5級。4#監測點僅有一次聞到垃圾味兒，其臭氣強度為2級。6#監測點臭氣強度較高為3級，其中3次監測中惡臭持續發生。

總體來說，2#監測點處于上風向，6#監測點處于擴散軸線的兩側，但這2個監測點位都靠近填埋場（1 km以內），其臭氣強度均較大，惡臭發生頻次也相對較高。其中，6#監測點監測點為村莊，但該村莊已大部分搬遷，這很可能是由于垃圾場的惡臭污染問題導致的。除此之外，處于下風向敏感點的4#監測點和5#監測點總體臭氣強度不高且惡臭發生頻次較低。

通過惡臭源及廠界調查發現，場內惡臭管控措施較好，尚未發現偷排漏排行為。但當氣壓低、溫度高且基本處于靜風狀態時，擴散條件較差，場內可聞到較為明顯酸腐味，使人產生嘔吐、呼吸困難等身體癥狀，廠界惡臭強度最高達到了4級，這與模型模擬的廠界全年最大小時臭氣濃度約為1 500相呼應。但下風向廠界采集到樣品的臭氣濃度最高僅為199，這與監測人員感受到的臭氣強度有所出入，這有可能是H2S和VFAs等物質在運輸過程中逸散或轉化造成的。

3 結 論

1）本文應用模型模擬、敏感點現場嗅探監測、廠界監測等方法，針對垃圾填埋場2018年7―9月運營參數進行惡臭污染評價研究，評價因子考慮了臭氣強度、臭氣濃度及惡臭發生頻率等。其中，模型模擬從時間及空間上得到了該垃圾填埋場惡臭感官的環境影響程度和影響范圍，現場嗅探監測補充敏感點的真實監測數據并間接驗證模擬數據，該方法可對企業或管理部門檢查惡臭投訴提供有效的參考及決策工具。

2）經調查，垃圾填埋場惡臭管控措施較好，當擴散條件較差時，廠界惡臭強度可達到4級（強烈的臭味）。若該填埋場運營參數不變，模型模擬結果顯示，廠界臭氣濃度可到達1 000以上且惡臭發生頻次較高。現場嗅探監測結果顯示，距廠界1 km范圍內2#（西方向）、6#（東北方向）監測點受該垃圾填埋場的惡臭影響較為嚴重。

3）該垃圾填埋場周邊不同方位上距惡臭源0.3～2.8 km范圍內的敏感點全年可感知臭氣濃度的頻率在2%以上，受垃圾干擾相對較高；不同方位上距惡臭源1.8～4.0 km范圍外的敏感點全年可感知臭氣濃度的頻率在0.5%以下，受垃圾干擾相對較低。

4）針對廠界東側3～4 km范圍內某一居民區來說，其居住的居民可感知惡臭，但由于惡臭發生頻率較低且強度相對不高，整體來說居民區受到該垃圾填埋場的惡臭干擾程度相對較低。

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Sense assessment of odor pollution from landfill

Wang Gen1, Zhang Yan1,2※, Zhang Chao3, Zou Kehua1, Wang Jianzhuang2, Yang Weihua1,2, Meng Jie1,2

(1.,,300191,; 2.,,300191,; 3.,100128,)

Landfill is an important guaranteed facility for urban management. The sanitary landfill number was 1840 until 2016 in China, and the handing capacity was about 325000 t/d in cities and 13 5000 t/d in countries.The odor complaints of landfills by residents occurred frequently, one reason was the co-construction between landfills and residential areas in China, the other reason is high moisture and organic content in Chinese landfill. Odor pollution was sensory, the scale of odor impact was determined by the parameters collectively known as the FIDO factors (frequency, intensity, duration and offensiveness ) and L factor ( L, denoting the location, which is often taken to be a surrogate for the sensitivity and incorporation of the social and psychological factors that can be expected for a given sensitive area). However, there was no constitutional assessment method for odor environmental impact. Odor assessment was usually avoided or assessed by the conventional atmospheric environment methods. Aiming at this problem, based on odor guidelines, criteria and researches of various countries and regions, taking landfill as an example, an assessment method of odor environmental impact was researched by multi-tool odor assessment including modelling simulation, sniff testing, plant boundary monitoring and so on. Odor concentration, odor intensity, odor frequency and other evaluation factors were obtained through these tools in order to assess odor pollution. There were three main kinds of odor emission sources in this landfill, including the composting workshop (point source because of collection emission), operating surface (area source), intermediate heap (area source). The wind tunnel sampler was used to sample from the area source for odor emission rate. CALPUFF modeling was used to simulate odor concentration and odor frequency. Odor intensity, odor frequency and odor quality of the sensitive area were recorded by sniff testing to evaluate the odor feeling of residents directly. Besides, the odor concentration of landfill boundary was also gotten by monitoring and investigating odor sources, and it was used to inspect if the facilities were operated properly. The results indicated that despite proper odor management and control measurements of this landfill, odor intensity of plant boundary was high to level 4 which represented strong odor by sources investigation. Odor concentration could be greater than 1 000, odor frequency which exceedance of odor concentration 20 was high to 2%-40% in poor air dispersion conditions throughmodelling simulation. The sensitive area within 1 km from the factory boundary was seriously affected by the landfill smell through sniff testing; The direction-dependent sensitive points around landfill within 0.3-2.8 km were relatively high disturbed and outside 1.8-4.0 km were relatively low disturbed by modelling simulation. What’s more, the residential area located on the east of the landfill boundary within 3-4 km was judged as relatively low disturbedfrom the landfill. This research results can provide an effective assessment approach for odor environmental impact from landfill in China, it also can provide reference and decision-making tools for environmental management departments and polluting enterprises.

pollution; wastes; landfill; air quality model; exceedance probability; separation distance; sniff testing

2019-05-03

2019-06-10

天津市自然科學基金資助項目(18JCQNJC08800)；國家自然科學基金資助項目（21577096）

王 亙，高級工程師，主要研究方向為惡臭法規、標準與管理。Email：54255204@qq.com

張 妍，工程師，主要研究方向為惡臭擴散模擬、風險評價。Email：zhangyan_510@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.028

X703.5

A

1002-6819(2019)-12-0232-07

王 亙，張 妍，張 超，鄒克華，王健壯，楊偉華，孟 潔. 垃圾填埋場惡臭污染對感官影響的評價研究[J]. 農業工程學報，2019，35(12)：232－238. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.028 http://www.tcsae.org

Wang Gen, Zhang Yan, Zhang Chao, Zou Kehua, Wang Jianzhuang, Yang Weihua, Meng Jie. Sense assessment of odor pollution from landfill[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(12): 232－238. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.028 http://www.tcsae.org