垃圾焚烧问题论文

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1、xxx大学大学生数学建模竞赛练习承 诺 书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其它公开的数据（包括网上查到的数据），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话

2、）： 所属学校（请填写完整的全名）： 参赛队员 (打印并签名) ：1. 2. 3. 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期： xx 年 7 月 16 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：xx大学生数学建模竞赛编 号 专 用 页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人评分备注全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：垃圾焚烧厂的动态监控方法和经济补偿方案摘要本文主要针对焚烧厂周边环境的动态监控和经济补偿问题做出一定探讨，并且根据焚烧炉装置发生故障的情况对设计方法做出修正。结合风力、降

3、雨等外界因素对环境污染物含量的影响，建立改进的高架连续点源扩散模型，对焚烧厂周边地区环境进行实时实地的动态监控。距离污染源越远，各污染因素的含量越小，由于受到季节性降雨和风力的影响，各地略有不同。在此基础上，利用模糊综合评价法对各监测点进行环境等级的划分，结合风向频率，给出焚烧厂周边地区的经济补偿方案。同一环境等级的区域呈现围绕污染源展开的趋势，而风向频率的不同，使同一等级内的地区受污染程度不同。而就焚烧炉装置发生故障的情况而言，根据故障发生的概率大小，修正焚烧厂周边各地污染物含量的大小，重新计算各污染因子的权重值，并最终修改和完善所设计的监测方法和补偿方案。较正常运行相比，周边地区同一环境等

4、级的区域范围增大，需要进行经济补偿的范围也有所扩大。关键词高斯扩散模型 模糊综合评价法 动态监测 补偿一、问题重述城市垃圾经过分类处理，剔除可回收垃圾和有害垃圾后，将剩余垃圾在焚烧炉中焚烧处理，既可避免垃圾填埋侵占大量的土地，又可利用垃圾焚烧产生的能量进行发电等获得可观的经济效益。因此当“垃圾围城”在今天的中国逐步突出时，垃圾焚烧也成为中国垃圾处理的主要手段之一。但由于政府监管不力、投资者目光短浅等多方面的原因，前些年各地建设的垃圾焚烧电厂，在运行中出现了环境污染问题，给垃圾焚烧计数在我国的推广造成了很大阻力。而事实上垃圾焚烧厂对环境的污染风险与建设投资规模、运行监管力度有直接关系。在建设投资

5、规模方面，小型垃圾焚烧厂没有规模效应，在污染治理方面的投入也受到影响，致使其污染物排放比较严重，对环境的危害较大。目前国内各大城市均倾向于采用新型大型焚烧炉取代分散的小型焚烧炉，但考虑到诸多成本问题，对于不同城市来说，把大型焚烧厂的建设规模控制在什么水平，还有待研究。在垃圾焚烧厂的运行监管方面，由于目前主要是在垃圾焚烧厂内进行测量监控，缺少从周边环境视角出发的外围动态监控，因而难以形成为民众所信服的全方位垃圾焚烧厂环境监控体系。现计划在深圳市某地点建立一个中型的垃圾焚烧厂，处理垃圾量为1950吨/天（设置三台可处理垃圾650吨/天的焚烧炉，排烟口高度80米，每天24小时运转）。我们需要综合考虑

6、垃圾焚烧厂对周围带来环境污染以及其他危害的多种因素（例如，焚烧炉的污染物排放量、居住点离开垃圾焚烧厂的距离、风力和风向及降雨等气象条件、地形地貌以及建筑物的遮挡程度等等），在进行科学定量分析的基础上，确立一套可行的垃圾焚烧厂环境影响动态监控评估方法，并针对潜在环境风险制定出合理的经济补偿方案。现我们的目标是，在收集相关资料的基础上考虑以下问题：(1) 假定焚烧炉的排放符合国家新的污染物排放标准（参见附件1），根据垃圾焚烧厂周边环境设计一种环境指标监测方法，实现对垃圾焚烧厂烟气排放及相关环境影响状况的动态监控。并以设计的环境动态监控体系实际监控结果为依据，设计合理的周围居民风险承担经济补偿方案。

7、(2) 由于各种因素焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）损坏或出现其他故障导致污染物的排放增加，致使相关各项指标将严重超标（如：烟尘浓度、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二恶英类及重金属等排放超标，附件2给出了一台可处理垃圾350吨/天的焚烧炉正常运作时的在线排放监测记录）。在考虑故障发生概率的情况下修正设计的监测方法和补偿方案。二、问题分析环境的动态监控体系，是指在考虑到焚烧炉污染物排放量、气象条件等诸多因素基础上的监控方法，实时实地计算焚烧厂烟气的排放量，将其反馈给垃圾焚烧厂，从而实现保护环境的目标。外界因素不同程度的影响，致使同一时间点下，不同监测点的烟气含量各不相同，首先可以考虑结合风力、风

8、向、温度因素的影响，完成对焚烧厂周边各地烟气含量的检测。而由于降雨对污染物具有吸附作用，直接影响各地区的烟气含量，所以应结合各季度降雨量的大小，实时实地计算出焚烧厂周边地区各污染因素的含量，实现对焚烧厂周边环境的动态监控。居民承担风险的大小，与当地环境污染程度密切相关，而污染程度的评估，又由空气中颗粒物、HCL、SO2等污染物的含量所决定，因此可以结合国内的环境评价标准，在模糊综合评价法的基础上，衡量出各污染物对大气环境质量影响的相对重要程度，再分析各监测点环境的隶属环境等级，进行相应的区域划分。最后结合不同风向的频率大小，分析得出各地居民承担风险的大小，实现合理的经济补偿。但当焚烧炉的装置发

9、生故障时，各地的烟气含量会发生相应的变化，我们应根据不同故障发生的概率大小，修正焚烧厂周边各地污染物含量的大小，重新计算各污染因子的权重值，并最终修改和完善所设计的监测方法和补偿方案。三、模型假设1、污染物浓度在与监测点和污染源直线成直角的方向上、高度方向上的分布均符合正态分布；2、在实际分析空间中风速是均匀的、稳定的；3、焚烧厂排放的烟气是连续均匀的；4、在扩散过程中污染物质量是守恒的（不考虑转化）；5、在风向、风力、温度等外界因素影响下，区域环境中各污染因素的含量间的比值不变；6、假设污染源为点源；四、定义符号说明1、名词解释有效源高：排放烟气的烟囱有效高度，为烟囱几何高度和抬升高度之和；

10、扩散参数：污染物浓度正态分布公式中的标准差；2、符号说明序号变量变量说明单位11任意点P (x,y,z) 的实源污染物浓度mg/m322任意点P (x,y,z) 的像源污染物浓度3x,y,z,H任意点P (x,y,z) 的实际污染物浓度4q源强，即单位时间内污染物的排放量mg/s5y侧向扩散系数m6z竖向扩散系数7H烟囱的有效高度，即有效源高8C0排放符合标准中，不考虑降雨影响，高价连续点源扩散模式中某点的污染物浓度mg/m39C1排放符合标准中，考虑降雨影响下，改进的高价连续点源扩散模式中某点的污染物浓度10降雨系数11I降雨强度mm/天12ai判定环境等级时，第i种污染因素的权重13p每台

11、焚烧炉发生故障的概率14c没有发生故障时烟尘浓度mg/m315c发生故障时的烟尘浓度16cc修正后的烟尘浓度五、模型的建立与求解1、 排放符合标准下的动态监控体系和经济补偿方案1.1、 动态监控体系焚烧厂周边环境的动态监控体系，是指在考虑污染物排放量、气象条件等诸多因素的基础上，实时实地计算空气中各污染因子含量的体系。1.1.1、 模型前准备（1）有效源高的确立有效源高是排放烟气的烟囱有效高度，为烟囱几何高度和抬升高度之和，而抬升高度又由大气稳定度、风速和烟源型别大小共同决定。首先，大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的极重要因素，国内现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法，将大气稳定度分为强不稳定

12、、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级，根据焚烧厂建设当地的实际温度、风力的风向的数据，结合97年中山大学的调查 1 ，我们发现各季度广东沿海地区的大分部的地面、垂直大气稳定度均处于D等级，即为中性。接下来，将各季度的风向、风速进行整理和统计，我们发现数据中存在风速差异相对较大的现象，例如2011年6月22日、23日的风速分别达到7.2m/s和 9.7m/s，当月其它天数的风速却仅为3m/s左右。而根据风级、风向和征象对照表 （附件1） 中的规定，我们分析后认为这是合理范围内的现象，因此可得到各季度的风向、风速均值的统计结果，具体如表5-1所示：表5-1 各季度风向、风速均值统计表 单位：m/s第

13、一季度报告第四季度报告风向SPD十分钟平均风速均值风向SPD十分钟平均风速均值南5.667北.000西3.444南3.546西北3.220西3.279西南3.254西南2.924总计3.414总计3.042第二季度报告第三季度报告风向SPD十分钟平均风速均值风向SPD十分钟平均风速均值北2.243北1.500东1.680东1.367东北1.770东北1.908东南2.067东南1.491南2.000南1.640西2.624西2.571西北2.871西北1.863西南1.964西南2.744总计2.280总计2.079绘制对应的各季度风速、风向均值图，如图5-1所示： 图5-1 各季度风向、风速均值统计图经过上述图表分析，我们发现各季度平均风速均值为3m/s左右。依据GB3840-83文件中提出的抬升公式， 91年北京市环境保护科学研究所的计算结果 2 显示：在D等级稳定度下，风速为3m/s的中型烟源的烟气抬升距离为h0为39.5米。最后根据题目中设计的排烟口高度h为80米，我们计算得到有效源高H为H=h+h0=119.5米。（2）