瑞典环境污染过程监测与控制技术

1 《瑞典环境污染过程监测与控制技术》介绍了一系列环保技术和环保相关理论2 技术实用可行性强，有些环保技术和理念具有优选性，对于我国有关环境污染治理技术、环境污染监测技术都有很高的借鉴作用

本书共17章，主要介绍了一系列环保技术及环保相关理论，涉及废水、大气、土壤及固体废物等各个方面，内容丰富全面，技术实用可行。废水方面主要介绍了废水的生物和化学监测以及废水迁移模型。土壤污染治理技术方面，主要介绍了土壤中二吖恶英等有机物萃取技术。重金属污染方面的主要内容包括瑞典斯德哥尔摩市中心沉积物中重金属迁移通量和流量及其对底栖生物有效性的影响研究以及河流和湖泊中金属净负载的可行性研究。在大气污染控制领域相关研究方面，本书分别介绍了北欧欧洲空气污染长距离漂移监测和评价合作方案监测站颗粒物浓度测定及化学成分分析、交通道路产生的微粒物、不同VOC光化学臭氧生成潜力、轮船氨泄漏的测定方法以及细微颗粒物被动式采样器的开发和测试。在碳足迹和温室气体方面，本书着重介绍了生命周期评估、欧洲造纸中的碳足迹等一些理论方法及如何通过食品选择减少温室气体排放。很后，本书还对城市固体废物的处理进行了系统介绍。本书可供环境保护领域的研究人员、管理人员阅读使用，也可供高等院校相关专业师生参考。

刘东方，南开大学环境科学与工程学院，教授 博导。长期从事环境保护相关技术科研与教学工作，具有丰富的相关经验。重点研究领域：废水处理、给水处理，污泥处理与处置，恶臭及废气处理 等。获得多项相关研究专利。

第1章污水处理厂出水的生化监测001
1.1概述001
1.2引言004
1.3研究目的004
1.4监测方案004
1.4.1取样点，污水处理厂004
1.4.2受纳水体005
1.4.3化学表征005
1.4.4生物学表征007
1.5实验方法007
1.5.1取样007
1.5.2化学分析007
1.5.3雄激素和雌激素的活性009
1.6结果与讨论009
1.6.1污水处理厂出水的化学特性——专题分析009
1.6.2污水处理厂出水中雌激素和雄激素活性021
1.6.3污水处理厂出水化学成分的季节变化性021
1.6.4受纳水体025
1.6.5污水处理厂出水的化学特性——未知化合物的鉴定026
1.7多变量数据分析034
1.8总结与结论036
1.9样品特性和检测结果040
参考文献045
第2章废水迁移扩散模型049
2.1概述049
2.2介绍049
2.3MALMAK模型050
2.3.1模型的发展050
2.3.2模型说明051
2.3.3模型测试053
2.4结论055
参考文献055
第3章瑞典斯德哥尔摩市中心沉积物中的镍、铜、锌、镉和铅056
3.1概述056
3.2瑞典斯德哥尔摩市中心沉积物中重金属研究背景057
3.3材料和方法058
3.4结果059
3.5讨论069
3.5.1物理和化学参数(包括水样中的铜)069
3.5.2斯德哥尔摩市中心沉积物表层镍、铜、锌、镉和铅浓度070
3.5.3斯德哥尔摩市中心镍、铜、锌、镉和铅的沉积物通量：对来源和流动的影响075
3.5.4镍079
3.5.5铜079
3.5.6锌、镉和铅080
3.5.7斯德哥尔摩市中心沉积物中镍、铜、锌、镉和铅的生物有效性081
3.5.8斯德哥尔摩市中心沉积物中历史沉积的金属081
3.6结论083
参考文献084
第4章处理二恶英污染的土壤086
4.1概述086
4.2光解催化剂处理二恶英污染土壤的目标和局限性087
4.3文献综述087
4.3.1二恶英和呋喃（PCDD/Fs）087
4.3.2土壤溶液中的胶体089
4.3.3二氧化钛092
4.3.4现有的土壤修复方法095
4.4材料和方法103
4.4.1提取103
4.4.2氧化104
4.5结果和讨论105
4.5.1萃取105
4.5.2氧化111
4.6结论112
参考文献112
第5章土壤中重烃的碱萃取115
5.1概述115
5.2目的115
5.3实验材料和方法115
5.4实验结果116
5.5结果和讨论117
5.6进一步的研究118
参考文献118
第6章无机溶液萃取土壤中有机物质的方案优化119
6.1概述119
6.2目的119
6.3材料和方法119
6.3.1实验设计119
6.3.2实验步骤120
6.3.3分析120
6.4结论121
6.4.1温度122
6.4.2时间125
6.4.3萃取剂溶液浓度126
6.4.4变量的相对重要性127
6.5有关研究结论的讨论128
第7章金属净负荷的可行性研究129
7.1概述129
7.2引言与文献综述130
7.3金属净负荷的可行性研究方法132
7.3.1颗粒态金属132
7.3.2滞留模型测试地点的选择133
7.3.3金属滞留模型的测试与回顾134
7.4结果139
7.4.1颗粒态金属139
7.4.2湖泊金属滞留模型140
7.4.3河流金属滞留结果145
7.5讨论与结论148
7.5.1颗粒态金属148
7.5.2湖泊金属滞留模型149
7.5.3河流金属滞留模型151
7.5.4对未来工作的建议151
参考文献152
第8章利用低成本仪器在北欧监测站监测空气中PM1、PM2.5和PM10153
8.1介绍153
8.1.1为什么研究悬浮颗粒？153
8.1.2悬浮颗粒的粒径——一个重要的参数153
8.1.3气溶胶的来源153
8.1.4积累模式154
8.1.5颗粒物采样154
8.1.6积累模式气溶胶的形成154
8.1.7积累模式悬浮颗粒的化学成分155
8.1.8研究目标155
8.2实验155
8.2.1里尔渥尔比(LilleValby)(丹麦)156
8.2.2比尔肯内斯(Birkenes)(挪威)156
8.2.3艾斯普维瑞特(Aspvreten)(瑞典)157
8.2.4维罗拉赫蒂(Virolahti)(芬兰)157
8.2.5在相对较低湿度下对滤膜进行称量157
8.3结果与讨论157
8.3.1PM1、PM2.5和PM10的平均浓度157
8.3.2PM1浓度的变化157
8.3.3PM1浓度的高低159
8.3.4风向分析160
8.3.5季节性变化160
8.3.6积累模式与粗粒模式之间的相关性160
8.3.7PM2.5是否可以很好代表积累模式颗粒物？168
8.3.8PM1中无机离子的化学分析168
8.4结论169
参考文献169
第9章道路交通产生的磨损颗粒物171
9.1概述171
9.2目的和方法173
9.3方法173
9.3.1道路模拟器的安装173
9.3.2监测和取样方法176
9.3.3分析方法177
9.3.4模型178
9.4测量180
9.4.1道路模拟器180
9.4.2在马尔默数据测定181
9.4.3在斯德哥尔摩市的测定181
9.4.4瑞典城区空气质量网络内的测定184
9.5实验结果184
9.5.1道路模拟器184
9.5.2测得数据的质量闭合/质量平衡195
9.5.3现场数据的受体模型199
9.5.4PM和痕量元素排放系数213
9.5.5方法对比219
9.5.6地点对比221
9.6讨论222
9.7结论223
参考文献224
第10章欧洲环境中各种VOC的POCP研究227
10.1摘要227
10.2大气中VOC和臭氧概述228
10.2.1大气中VOC对环境的影响228
10.2.2对流层臭氧228
10.2.3光稳定态228
10.2.4对流层臭氧前体物，NOx和VOC229
10.2.5VOC的大气化学230
10.2.6根据臭氧生成能力对各种VOC进行排序230
10.2.7目的231
10.3对POCP概念的临界分析方法231
10.3.1瑞典环境科学研究院（IVL）光化学轨迹模型231
10.3.2模型的建立和本研究的参数231
10.3.3确定臭氧产生量的不同方法232
10.4POCP概念临界分析的结果233
10.4.1对相对POCP值影响较小的模型参数234
10.4.2VOC和NOx的背景排放235
10.4.3VOC点源的日均值235
10.5POCP临界分析的结论236
10.6选择POCP计算的模型236
10.6.1初始浓度237
10.6.2SO2、CO、CH4和异戊二烯的背景排放237
10.6.3点排放源的形状237
10.6.4不同时刻VOC点源237
10.6.5VOC点源的排放密度237
10.6.6背景VOC排放的分布237
10.6.7干沉降速率237
10.6.8气象参数237
10.6.9VOC和NOx的背景排放238
10.7欧洲环境条件下的POCP值239
10.7.1对流层NOx和VOC产生的臭氧239
10.7.2为了控制臭氧，应该进行VOC或者NOx的减排吗？243
10.7.3各种VOC的POCP值244
10.8讨论与结论252
参考文献252
第11章利用氮氧化物转换器测量船上氨泄漏255
11.1概述255
11.2背景介绍255
11.3轮船上氮氧化物的排放以及氨泄漏256
11.3.1轮船上氮氧化物的排放256
11.3.2选择性催化还原258
11.3.3氨泄漏259
11.4氨的测量259
11.4.1氨的测量概述259
11.4.2可见光/红外光的吸收261
11.4.3湿式化学法261
11.4.4化学方法261
11.5本研究所用的方法261
11.5.1湿化学法261
11.5.2激光系统262
11.5.3红外线系统263
11.5.4氧化催化剂266
11.5.5其他测试266
11.6测量和结果267
11.6.1活动A267
11.6.2活动B269
11.6.3实验室试验273
11.7讨论和结论276
11.8展望277
参考文献277
第12章细微颗粒物被动式采样器的开发和测试279
12.1概述279
12.2细颗粒物被动式采样器的开发背景279
12.3采样器的构造280
12.4采样器测试281
12.5结论283
参考文献284
第13章生命周期评价方法——WAMPS在废物管理规划中的应用285
13.1概述285
13.2背景介绍285
13.3方法285
13.4方案和假定286
13.5结果与讨论287
13.6结论289
第14章欧洲造纸中的碳足迹290
14.1概述290
14.2背景介绍292
14.3目的292
14.4碳足迹：一般方法、框架和标准293
14.5纸箱板及纸箱产品说明294
14.6研究范围294
14.6.1功能单位294
14.6.2研究总体范围294
14.6.3碳足迹系统分析的类型296
14.6.4数据采集过程296
14.6.5系统边界296
14.6.6废物焚烧和垃圾填埋场中的能源回收298
14.6.7数据质量要求298
14.6.8气候变化的类型指标299
14.6.9敏感性检查299
14.7森林中碳的储存（步骤1）300
14.7.1介绍300
14.7.2管理高储存碳的森林的必要性300
14.7.3消费者的需求、森林管理和碳储存之间的关系301
14.7.4森林可持续管理——以瑞典为例302
14.7.5其他国家的可持续森林管理304
14.7.6如何计算与购买木材相关的森林碳储存的份额305
14.7.7根据国家值计算与购买木材相关的森林碳储存份额306
14.7.8次国家计算308
14.7.9关键假设和不确定因素308
14.7.10欧洲市场改装每吨纸箱产生的生物固碳的计算309
14.8林业产品中的碳储存(步骤2)310
14.9改装纸箱(步骤3~7)的生产和运输过程中的温室气体排放310
14.10与生命周期末端相关的排放(步骤9)310
14.10.1介绍310
14.10.2材料回收311
14.10.3纸箱的废物焚烧311
14.10.4垃圾填埋312
14.10.5概要——生命周期末端313
14.11避免生产阶段和周期末端的排放量(步骤10)314
14.11.1生产阶段314
14.11.2介绍314
14.11.3物料回收314
14.11.4纸箱的废物焚烧314
14.11.5填埋315
14.11.6概要——避免周期末端排放量315
14.12改装纸箱的碳足迹概要315
14.13敏感性检验316
14.14结论316
参考文献317
第15章欧盟和加利福尼亚州排放交易体系链接320
15.1概述320
15.2背景介绍321
15.3链接的意义322
15.3.1链接的经济意义322
15.3.2链接的政治意义323
15.3.3不同设计特点的意义324
15.4欧盟ETS与新兴加利福尼亚州ETS链接的分析326
15.4.1欧盟和加利福尼亚州在链接中的位置326
15.4.2相对严格的目标327
15.4.3抵消交易的认可327
15.4.4价格管理328
15.4.5行业覆盖329
15.4.6配额分配329
15.5结论330
参考文献331
第16章食品消费选择和气候变化333
16.1概述333
16.2背景335
16.3食品对气候的影响,生命周期概述337
16.3.1气候账户337
16.3.2案例研究338
16.3.3家庭运输340
16.3.4食品垃圾340
16.3.5航空运输340
16.3.6最重要的假设340
16.3.7LCA研究结果中不确定性分析340
16.3.8从LCA研究结果中得出政策建议340
16.4LCA研究结果的总体评价341
16.4.1“食品杂货袋”研究案例341
16.4.2家庭运输342
16.4.3废弃物342
16.4.4航空运输342
16.4.5所有例子342
16.4.6影响结果的敏感性/重要假设343
16.5讨论344
16.5.1促进较低温室气体排放的食品消费的政策手段345
16.5.2为什么政策工具面向最终消费者,而不是生产者？345
16.5.3一般建议346
16.5.4案例具体建议347
16.5.5结果的不确定性/变化性348
16.5.6交叉检查的结果348
16.6结论和建议349
16.7温室气体政策手段350
16.7.1瑞典食物链相关的食品与气候政策350
16.7.2政策瞭望354
参考文献357
第17章如何处理城市固体废物361
17.1概述361
17.2生命周期评估362
17.2.1生命周期评估概述362
17.2.2生命周期评估框架362
17.2.3生命周期评估中重要术语与方法363
17.3经济性评估364
17.4ORWARE模型364
17.4.1方法和对模型的一般描述364
17.4.2ORWARE中生命周期评估365
17.4.3ORWARE几个子模型概述366
17.5早期ORWARE研究368
17.6系统研究369
17.6.1目标369
17.6.2系统边界369
17.6.3情景371
17.6.4敏感性分析372
17.7结果373
17.7.1环境影响373
17.7.2一次能源载体的能源消耗375
17.7.3经济性376
17.8敏感性分析378
17.8.1一般敏感性分析378
17.8.2敏感性分析——特殊的选择379
17.9结论380
参考文献381

    8.1.7积累模式悬浮颗粒的化学成分累积模式占据PM2.5的颗粒的大多数，因此进行了许多关于积累模式微粒的化学组成的研究。在微细的模式中，发现的物质包括硫酸、氨、有机碳、碳元素和某些过渡金属元素（如铅、镉、钒、镍、铜、锌、锰、铁、锑等）。微细模式与粗劣模式中还可以找出很多共有物质，如某些元素（钒、铜、锰，镍，铬，钴，硒）和硝酸盐。细小的硝酸盐通常形成硝酸铵，伴随硝酸和氨氮之间的反应。悬浮颗粒中的主要重量来自于有机质（OM
    =
    OC
    x转换因子）或者硫酸根SO42-。8.1.8研究目标在斯堪的纳维亚，PM的区域背景浓度被证实为主要贡献者，PM浓度甚至达到了城市水平（Forsberg
    et
    al.,
    2005）。区域PM水平一个重要的组成部分是PM的远程运输。在斯堪的纳维亚EMEP的监测站点，测量的PM1相较于PM2.5颗粒在远程运输中占更大的一部分，这可能是受当地机械性气溶胶的影响。接下来进行的化学分析能够提供关于PM远程运输的一些更多的重要信息。在本研究中，在EMEP站点（目前正在监测PM2.5和PM10
    ）对PM1进行为期一年的测量。在样品的分项中对主要阴离子（SO42-,
    NO3-,
    Cl-）和阳离子（NH4+,
    Na+,
    K+,
    Ca2+,
    Mg2+）进行化学分析，这与EMEP的建议的一级站点一致。
    第二节
    实验通过对北欧的四个欧盟监测评估项目站点（图1）PM进行测量。PM1,
    PM2.5
    and
    PM10的取样以24小时为基础（转换为格林威治时间为06:00）或者实时贮存的小时值。在不同的时间不同的地点应进行为期一年的测量。在所有的采样点，PM1都用相同的仪器（IVL,
    PModell
    S1）收集。仪器的进样口（图8.2）由IVL与德隆科技大学一起合作研发。它的流率为17.8
    L?
    min-1。由于其较的低背景浓度和适宜的压降，所有的采集点采用25mm聚四氟乙烯膜的盘状过滤器(TF
    1000)。在城市背景环境下其特性与欧盟参考方法（Persson
    et
    al.,
    2002）比较，显示出很好的效果（图8.3）。在这项研究所使用的采样仪器中去除不需要的颗粒影响。在它撞击采样器的金属板之前，气流在管口处加速。管口直径必须降至要去除颗粒的动力学直径。空气中收集颗粒的动力学直径越小，采样器中去除的颗粒越多，同时，管口直径（还有撞击润滑的地方）也要越小。这就会导致在进行PM1取样时出现问题。如果润滑的地方覆盖满颗粒，粒子可能会跃出。为了解决这个问题，IVL采样头处安装一个预分离器，但是，这个只在繁忙的街道上加载高负荷悬浮颗粒时比较有必要。有时会在过滤器内发现昆虫，但这比较少见。然而，也用不同的技术和不同的地点对PM2.5和PM10进行测量。8.2.1
    里尔?渥尔比（丹麦）在混合纤维素脂过滤器上收集PM10颗粒，该过滤器有一个SM200测试衰减监控器（Opsis,
    Sweden），其流率为16.7
    L?min-1。使用TEOM监测仪（美国热电）测量，其操作温度为50℃，流率为3L?min-1，旁路流率为13.7
    L?min-1。不使用校正因子。根据TEOM对PM10的测量，我们推测，每年由挥发物的蒸发造成的损失高达9μg
    m-3。8.2.2
    比尔肯内斯（挪威）使用两个来自Derenda
    (LVS
    3.1)的低体积采样器对PM2.5和PM10颗粒进行取样，其操作流率为38
    L?min-1。样品的收集要根据6+1天计划，以周为单位。所有的样品要使用石英纤维过滤器（Whatman
    QM-A,
    47
    mm）进行预先烘烤（850°C
    处理
    3.5
    小时）。过滤器每次的批量要一样，以便减小吸附能力（Kirchstetter
    et
    al.,
    2001）上的偏差。取样的第四天指定为区域空白，要以接近相同的方式对其进行准备，处理，运输和储存，比如过滤器暴露。过滤器要在暴露前后的48小时内设置温度为20℃和相对湿度为50%。8.2.3
    Aspvreten（瑞典）使用带有Rupprecht和Pataschnick
    （常规型）PM10入口的连续TEOM
    1400A法对PM10进行分析。数据平均每小时记录一次，一共记录24个小时的数据。它的一个功能是调整半挥发性成分的损失使其结果与欧盟参考标准近似。PM10(欧盟参考)
    =
    1.26
    x
    PM10(TEOM)
    +
    3.6
    使用IVL取样头（IVL,
    PModell
    S2.5）在纤维过滤膜（耐热硼硅玻璃纤维与氟碳涂层，TFE）上同时收集PM2.5和PM1。过滤器在50%的湿度和20℃条件下进行称重。8.2.4
    维罗拉赫蒂（芬兰）使用Digitel
    D
    PM10/2.3/01的取样头（流率为38
    L?
    min-1）在过滤器（PTFE，聚四氟乙烯）上对PM10颗粒进行收集。使用MCZ
    PM2.5取样头对PM2.5进行取样。过滤器在室温和湿度下进行称重。这里使用的数据仅来自过滤样品。除过滤样品外，还要包括维罗拉赫蒂监测的PM10和PM2.5。用监测器（热电合成，安德森FH
    62
    I-R，相关系数1.31）测量PM10的重量与过滤样品之间的相关性很好（PM10(监测器)=1.12*
    PM10(过滤器)，相关系数r=0.97,
    n=50）。
    图8.1
    地图显示国家位置
    图8.2
    目前研究中使用的PM1取样入口
    图8.3
    分离器显示了使用IVL头（入口）和在城市环境下PM1的浓度和参考方法（KFG
    =
    Kleinfilterger?t）8.2.5
    低相对湿度下过滤器的称量为了估测颗粒的含水量，在称量前应该将过滤器的湿度平衡在溶解点以下。在较低的相对湿度条件下称量过滤器会面临许多问题。湿度的减小意味着含水量的减少和溶解离子浓度的增加。这可能会提高硝酸铵的损失，降解为氨和硝酸。因此，在对过滤器进行称量和分析前不应该减小湿度。第三节
    结果与讨论8.3.1
    PM1,
    PM2.5
    和
    PM10的平均浓度一些情况下，悬浮颗粒的质量浓度接近检出限（约0.5
    μg
    m-3），从而增加了数据的相对不确定性。其他情况下，PM颗粒间的误差接近测量的准确值。对于这两种状况，有时PM1的浓度比PM2.5的浓度高，而PM2.5的浓度比一些未知的PM10的浓度高。对于PM2.5和PM10，不确定的部分主要是由于在不同的地点采用不同的样品所造成的。对比不同悬浮颗粒的尺寸，从资料中将不清楚的结果去除掉。准确的测量结果就是在估计值上下浮动10%左右，当PM1< 1.1?PM2.5和 PM2.5< 1.1?PM10时可以使用（见表8.1）。表8.1 斯堪地那维亚地区2006年一年中PM1, PM2.5a和 PM10的浓度（μg m-3） PM1 PM2.5 PM10Lille Valby 8.1 11.3 25.6Birkenes 5.4 6.6 10.6Aspvreten 4.7 7.3 11.8Virolahti 4.9 9.4 11.5PM1的平均浓度从原来为PM2.5平均浓度的50%（Virolahti）变化为80%（Birkenes）。PM1/PM2.5的测量可能受技术的影响。PM1的平均浓度从原来为PM10平均浓度的30%（LilleValby）变化为50%（Birkenes）。8.3.2 PM1浓度的变化图8.4-8.7显示了每月PM1的平均浓度、很小浓度和优选浓度。一年中出现两个优选值，一次在5-6月，一次在8-9月。月平均浓度受到月优选浓度的影响。当某月有优选浓度时，这个月通常会有几天都会出现高浓度。PM1的大力度优惠浓度在12月份，是通过对所有的地点进行观察所得。在比尔肯内斯，PM10高浓度阶段出现在九月，持续了2个星期，且这两周每周的浓度为23 μg m-3和26 μg m-3。 目前欧盟指令对PM10的质量要求为每年大于37天（90%）不超过50 μg m-3，它是日均浓度。对PM2.5没有类似的，但是根据新的欧盟指令要求，每年PM2.5的平均浓度不应超过25 μg/m-3。表8.2显示了超过均值的数据。Birkenes的超出浓度天数没有显示，可能是由于对PM2.5和PM10的测量每周只有24h进行采样。表8.2 PM2.5超过25μg/m-3和PM10超过50μg/m-3的天数。同时也给出了PM1/PM2.5的比率 PM1 PM2.5 PM1 /PM2.5