垃圾填埋场恶臭污染对感官影响的评价研究

王 亘，张 妍,，张 超，邹克华，王健壮，杨伟华,，孟 洁,

垃圾填埋场恶臭污染对感官影响的评价研究

王 亘1，张 妍1,2※，张 超3，邹克华1，王健壮2，杨伟华1,2，孟 洁1,2

（1. 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，天津 300191； 2. 天津迪兰奥特环保科技开发有限公司，天津 300191；3. 北京市城市管理研究院，北京 100028）

目前中国大气环境影响评价导则中缺少恶臭感官评价因子，实际工作中，多规避或以常规大气环境影响评价方法进行评价。针对这一问题，该文调查总结不同国家和地区恶臭标准、导则及文献，以某垃圾填埋场为例，通过模型模拟、敏感点现场嗅探监测及厂界监测等多种工具得到臭气浓度、臭气强度、恶臭发生频率等评价因子，研究中国恶臭污染的感官环境影响评价方法。结果表明，恶臭源调查结果显示，该垃圾填埋场恶臭管控措施较好，但当扩散条件较差时，厂界恶臭强度可达到4级（强烈的臭味）；模型模拟结果显示，厂界臭气浓度可达到1 000以上且恶臭发生频次较高；现场嗅探监测结果显示，距厂界1 km范围内2#（西方向）、6#（东北方向）监测点受该垃圾填埋场的恶臭影响较为严重；该垃圾填埋场周边不同方位上距恶臭源0.3～2.8 km范围内的敏感点受垃圾干扰相对较高，不同方位上距恶臭源1.8～4.0 km范围外的敏感点受垃圾干扰相对较低；针对厂界东侧3～4 km范围内某一居民区来说，其居住的居民可感知恶臭，但由于恶臭发生频率较低且强度相对不高，整体来说居民区受到该垃圾填埋场的恶臭干扰程度相对较低。

污染；垃圾；填埋场；空气质量模型；超标概率；防护距离；嗅探监测

0 引 言

垃圾处理厂作为城市管理的重要保障设施，近几年其建设数量和规模不断增长[1]，其中卫生填埋是占比最大的处理技术[2]。依据2017年《中国生活垃圾处理行业发展报告》统计，截至2016年，全国市级和县级城市共设卫生填埋场1 840座，其中市级卫生填埋处理量为32.5万t/d，县城卫生填埋处理量为13.5万t/d。目前，垃圾填埋场与居民区共建现象普遍，其恶臭污染可能导致其与周边居民的矛盾激化引发投诉。

恶臭污染属于感官污染，其从产生到受体感知到扰民进而引发投诉的过程受到多种因素的影响，如强度、愉悦度、持续时间、发生频率、气味特性、受体敏感度、受体从事的活动、气味的发生时间、环境背景浓度、与污染源之间的利益关系等。大多数发达国家和地区为了尽可能完整评价恶臭扰民，将这些因素总结成为可以量化的5个因子，为FIDOL[3-4]，分别表示频率（frequency）、强度（intensity）、持续时间（duration）、厌恶度（offensive）、地点（location），其中地点与土地利用类型、受体的容忍度以及受体对该地区的期望等有关。

《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）[5]指出“确定生活垃圾填埋场与常住居民居住场所等敏感对象之间合理的位置关系以及合理的防护距离。环境影响评价的结论可作为规划控制的依据。”然而，中国恶臭环境影响评价起步较晚，并且《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ2.2-2018）[6]中缺少恶臭感官因子评价，利用空气质量模型对恶臭感官指标臭气浓度进行模拟较为鲜见。大多数还是模拟H2S和NH3等物质浓度进行评价[7-10]或是进行典型恶臭物质的健康风险评价[11]。单一的物质浓度模拟难以评价感官风险，并且很可能会低估恶臭的影响程度及影响范围。除此之外，恶臭物质种类繁多且大多为痕量，目前国际上的分析测试方法也无法全部检出致臭物质，再加上恶臭物质之间具有协同和拮抗作用[12]，导致利用物质浓度推导出臭气浓度再进行评价还需进一步研究。

本文利用模型模拟及现场嗅探监测等多元化方法相结合，通过臭气浓度、臭气强度、恶臭发生频率等因子评价垃圾填埋场的恶臭影响，得到不同区域内的恶臭干扰状况。以期为中国垃圾填埋场恶臭污染环境影响评价提供有效途径，为环境管理部门及污染企业提供有效的参考及决策工具，为今后制定相关技术政策、管理规定提供科学依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 垃圾填埋场简介

该填埋场总占地面积604 km2，其作业面高度原始设计为40 m，处理量2 000 t/d，设计运营年限13 a，但是由于原设计库容耗尽，为保障居民生活垃圾有效处置，该填埋场已运行25 a，处理量4 500 t/d，目前一期堆体高度53 m，二期高度43 m。除此以外，该填埋场内部还设有一个垃圾堆肥车间，车间内每日堆肥新鲜垃圾，车间密闭且顶部设有4个排气口。该填埋场除臭措施包括作业面日覆盖、膜下负压抽气且火炬燃烧、全密闭的渗滤液处理系统以及喷洒除臭剂等。

1.2 污染源监测方法

调查垃圾场的恶臭源排放节点，分别为作业面、中间堆体、堆肥车间排口，其中，堆肥车间排放筒作为点源，考虑其集中处理后排气筒中的恶臭排放，采用SOC-01型采样装置在采样点进行“肺法”取样（天津迪兰奥特环保科技开发有限公司），采用便携式烟气含湿量检测仪测量烟气出口温度及速度（青岛明华电子仪器有限公司）；作业面、中间堆体作为面源，采用风洞采样器进行采样，该采样器的设计依据德国VDI 3880标准[13]，采样时风洞内风量保持在60 m3/h，采样速率为0.04 m3/h，其风洞内部结构如图1所示。

1.进风扇 2.活性炭过滤器 3.扩散板 4.采样口 5.出风扇

采样集中在2018年7―9月，每个月采集2次，每个设施分别采集6次，采集时间跨越08:00-18:00不同时段。利用三点比较式臭袋法[14]计算臭气浓度。为避免采样袋本底挥发性有机物干扰，采样前用样品气体将采样袋清洗2次。采样完成后在24 h内将所有样品送往实验室进行分析。

1.3 敏感点现场嗅探监测

为了尽可能的直接评价居民的感受，利用现场嗅探监测方法在敏感点监测臭气强度、恶臭发生持续性等指标。在进行现场嗅探监测后，进行恶臭源调查，确认设施是否正常运行、有无偷排漏排行为，并对厂区和周边进行巡查，配合开展厂界臭气强度及臭气浓度检测，查看厂界臭气浓度是否超标等。

现场嗅探监测集中在2018年7―9月，针对垃圾填埋场东侧距厂界3～4 km范围内某一居民区的恶臭投诉情况，选择其在下风向时进行监测。设置7个监测点位，依次监测，每个点位监测5 min，每个月监测2次，每个点位共监测6次，每个点位的监测时间跨越08:00-18:00不同时段。厂界臭气浓度按照《恶臭污染环境监测技术规范》（HJ 905—2017）[15]的方法进行布点，采用无动力瞬时采样瓶取样（天津迪兰奥特环保科技开发有限公司），分别采集6次，每次采集3个样品。

1.4 模型及模型输入数据

1.4.1 模型

CALPUFF模型是美国EPA 支持开发并推荐的，为非稳态三维拉格朗日烟团模式，可利用三维气象场模拟排放源大气污染物的传输、扩散、干湿沉降等过程[16-17]，不同国家和地区推荐使用该模型进行气味扩散的模拟[18-20]，该模型包含恶臭评价模块，同时也是中国大气环境影响评价导则中推荐的法规模型。

1.4.2 源调查数据

该垃圾填埋场的排放参数具体见表1，其中源强为6 次采样的平均值。

表1 垃圾填埋场源调查内容

注：所列参数为该填埋场2018年7至9月作业情况参数，致使其评价结果也为作业时对周边的影响。

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

点源和面源恶臭排放率的计算方法见公式（1）、（2）。

1.4.3 气象数据

采用2017年全年逐日8次地面气象观测，其中包括风向、风速、气压、温度、相对湿度、总云量和低云量。该气象站与排气筒的直线距离约为10 km，可较好反映污染源所在地的低空气象参数。该填埋场所在地2017年主导风向为西北（NW），全年年均风速为1.93 m/s，静风频率（风速小于0.5 m/s）为3.07%，约269 h；风速0.5～2 m/s的发生频率最高，为64.3%，其风玫瑰图见图2。高空气象数据由气象模式WRF生成。

图2 2017年研究区风向玫瑰图

1.4.4 其他参数

根据环评导则规定和模型特点，确定预测范围为以作业面某点为中心点，边长为100 km的矩形区域。为了准确描述各污染源及敏感点的位置，定量污染程度，对评价区域进行嵌套网格处理，其中最小网格为500 m×500 m。

模拟计算区域采用1 km精度的GLCC格式数据对土地利用类型进行分析；并且，考虑复杂地形对空气扩散的影响，采用90 m精度的SRTM格式数据对地形进行分析。

2 结果与分析

2.1 恶臭感官评价因子

欧洲、加拿大、澳大利亚等国家和地区的恶臭环境影响评价推荐的模型及恶臭影响的质量标准（odor impact criteria，OICs）总结见表2。

从推荐的扩散模型可以看出，AERMOD、CALPUFF等这些空气质量模型可用于预测恶臭排放，国外很多研究也都证明这些空气质量模型预测恶臭浓度的有效性[28-31]。并且，恶臭排放特征常通过周边环境中恶臭浓度超过某极限值的出现频率表征，例如英国限定生物垃圾填埋OIC为98,1-hour= 1.5 OUE/m3，其含义为评估范围内全年98%的时间臭气发生小时平均浓度不应超过1.5 OUE/m3。中国垃圾填埋场恶臭限值制定主要依据《恶臭污染物排放标准》（GB14554—93）[32]以及河北省地方标准《生活垃圾填埋场恶臭污染物排放标准》（DB13/2697—2018）[33]。然而，对于环境敏感点来说，缺乏恶臭质量标准（OIC）来评判恶臭扰民情况。

恶臭发生频率是在环境气味浓度基础上制定的，环境气味浓度可以是引发恶臭烦恼最小浓度，即烦恼阈值，也可以代表是比较微弱的气味，原则上这一限值的设定需考虑到源特征、气味性质、人口敏感性、背景浓度、公众期望以及健康影响等。耿静等[34]曾对恶臭污染所有典型行业的679个样品进行了臭气强度和臭气浓度的测试，其中，臭气强度的测试方法采用了日本的6级强度表示法[35]，臭气强度0.5级对应的臭气浓度约为10，臭气强度1级对应的臭气浓度约为20。本研究除研究臭气浓度指标外，加入全年臭气浓度超过10、20的恶臭发生频率指标，模拟研究恶臭对敏感点的干扰情况。

2.2 模型模拟评价

利用CALPUFF模型模拟臭气浓度及恶臭发生频率。其中，全年臭气浓度小时最大值模拟结果如图3a所示，全年臭气浓度超过20、10的恶臭发生年小时数，如图3b、3c所示。

图3 CALPUFF模型模拟臭气浓度及恶臭发生频率

由图3可以看出，作业面全年最大小时臭气浓度在1 600左右，厂界全年最大小时臭气浓度在400～1 500之间，厂界超过20的恶臭发生频率为2%～40%之间（发生频率为年臭气浓度超过20的小时数与模拟的全年小时数的对比），远远不符合现行标准要求。可能是由于中国垃圾源头未分类且厨余垃圾占比高，再加上该填埋场超负荷运行导致厂界恶臭发生强度和频率均较高。针对厂界东侧3～4 km的敏感点来说，其小时最大臭气浓度超过标准限值，为35左右，其臭气浓度超过20和10的恶臭发生频率较低，都小于0.5%。

由于臭气浓度10是三点比较式臭袋法检出限，因此设定此浓度为环境气味浓度。研究表明，较高的环境气味浓度一般匹配较低的超标概率，反之，较低的环境气味浓度一般匹配较高的超标概率[36]。基于表2不同国家和地区恶臭评价导则中规定的环境气味浓度，大多集中于1～7之间，而臭气浓度为10环境气味浓度设定值较高，所以预设相对较低的超标概率来判定垃圾填埋场大致的影响范围及影响程度。研究分别以99.5%=10、99%=10、98%=10为质量目标研究该填埋场防护距离，以风向的角度表示扩散的方向，以20°为增量得到该垃圾填埋场不同方向的防护距离如图4所示。

表2 不同国家和地区恶臭评价导则中推荐的模型及恶臭质量标准

图4 不同OICS下垃圾填埋场周边不同方向的防护距离

由图3和4可以看出，该填埋场最远影响距离大致为南偏东20°方向上，主要是由于全年盛行风在此方向上，Piringer等[37]的研究表明，不同方向上防护距离远近与大气稳定度和风向密切相关。除此之外，不同的OIC可导致不同的防护距离结果，若设定OIC为99.5%=10时，其各个方向的防护距离大致为1.8～4.0 km之间，其中该填埋场南侧影响距离最远，大致为4 km，东侧（敏感点所在方位）大致为2 km；若设定99%=10时，其各个方向的防护距离大致为0.9～3.4 km之间，比99.5%=10时得到的防护距离平均缩短了近1 km，约为37%；若设定98%=10时，其各个方向的防护距离大致为0.3～2.8 km之间，比99%=10时得到的防护距离平均缩短了0.7 km，约为40%。其中最远的南侧大致为2.8 km，东侧大致为0.4 km，在此距离内的敏感点受垃圾场气味干扰频次较高。

2.3 现场嗅探监测评价

利用现场嗅探监测方法验证模拟结果并进行进一步评价。现场嗅探监测法考虑强度、频率、烦恼度等代表人群的感受因子，其中臭气强度监测方法为日本的6级强度分级法。针对于强度因子，而不是浓度，主要考虑到低浓度的环境样品往往不易捕捉到，且采样及实验室分析对于频繁的恶臭监测是不适合的。各个点位臭气强度取其最大监测数据，其结果如图5所示。

注：1”～7”为监测点

由图5可以看出，可闻到垃圾味儿的点位为2#、3#、4#、6#点位，臭气强度为2～3级。其中2#监测点闻到淡淡的垃圾味儿，气味儿一阵一阵的飘过来，恶臭时有发生，臭气强度最高为2.5级；3#监测点可闻到淡淡的垃圾味儿，但是发生频率较低，同样，臭气强度最高为2.5级。4#监测点仅有一次闻到垃圾味儿，其臭气强度为2级。6#监测点臭气强度较高为3级，其中3次监测中恶臭持续发生。

总体来说，2#监测点处于上风向，6#监测点处于扩散轴线的两侧，但这2个监测点位都靠近填埋场（1 km以内），其臭气强度均较大，恶臭发生频次也相对较高。其中，6#监测点监测点为村庄，但该村庄已大部分搬迁，这很可能是由于垃圾场的恶臭污染问题导致的。除此之外，处于下风向敏感点的4#监测点和5#监测点总体臭气强度不高且恶臭发生频次较低。

通过恶臭源及厂界调查发现，场内恶臭管控措施较好，尚未发现偷排漏排行为。但当气压低、温度高且基本处于静风状态时，扩散条件较差，场内可闻到较为明显酸腐味，使人产生呕吐、呼吸困难等身体症状，厂界恶臭强度最高达到了4级，这与模型模拟的厂界全年最大小时臭气浓度约为1 500相呼应。但下风向厂界采集到样品的臭气浓度最高仅为199，这与监测人员感受到的臭气强度有所出入，这有可能是H2S和VFAs等物质在运输过程中逸散或转化造成的。

3 结 论

1）本文应用模型模拟、敏感点现场嗅探监测、厂界监测等方法，针对垃圾填埋场2018年7―9月运营参数进行恶臭污染评价研究，评价因子考虑了臭气强度、臭气浓度及恶臭发生频率等。其中，模型模拟从时间及空间上得到了该垃圾填埋场恶臭感官的环境影响程度和影响范围，现场嗅探监测补充敏感点的真实监测数据并间接验证模拟数据，该方法可对企业或管理部门检查恶臭投诉提供有效的参考及决策工具。

2）经调查，垃圾填埋场恶臭管控措施较好，当扩散条件较差时，厂界恶臭强度可达到4级（强烈的臭味）。若该填埋场运营参数不变，模型模拟结果显示，厂界臭气浓度可到达1 000以上且恶臭发生频次较高。现场嗅探监测结果显示，距厂界1 km范围内2#（西方向）、6#（东北方向）监测点受该垃圾填埋场的恶臭影响较为严重。

3）该垃圾填埋场周边不同方位上距恶臭源0.3～2.8 km范围内的敏感点全年可感知臭气浓度的频率在2%以上，受垃圾干扰相对较高；不同方位上距恶臭源1.8～4.0 km范围外的敏感点全年可感知臭气浓度的频率在0.5%以下，受垃圾干扰相对较低。

4）针对厂界东侧3～4 km范围内某一居民区来说，其居住的居民可感知恶臭，但由于恶臭发生频率较低且强度相对不高，整体来说居民区受到该垃圾填埋场的恶臭干扰程度相对较低。

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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

天津市自然科学基金资助项目(18JCQNJC08800)；国家自然科学基金资助项目（21577096）

王 亘，高级工程师，主要研究方向为恶臭法规、标准与管理。Email：54255204@qq.com

张 妍，工程师，主要研究方向为恶臭扩散模拟、风险评价。Email：zhangyan_510@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.028

X703.5

A

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

王 亘，张 妍，张 超，邹克华，王健壮，杨伟华，孟 洁. 垃圾填埋场恶臭污染对感官影响的评价研究[J]. 农业工程学报，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