А61 Выбросы загрязняющих веществ г.Луга Ленинградской области. Модель Anylogic
Модель позволяет осуществлять мониторинг за состоянием атмосферного воздуха в г. Луга. Разработана модель методом системной динамики.
Мониторинг осуществляется по следующим загрязняющим веществам:
Оксиды азота NOx ,оксид углерода CO, сажа C, фенол C5H6O, диоксид серы SO2, бенз(а)пирен, фторид водорода HF, углеводороды СН, формальдегид СН2О
Таблица 1. Загрязняющие вещества и их фоновая концентрация
| № | Вещество | Класс опасности | Сфон , мг/м3 |
| 1 | Оксиды азота NOx (в пересчёте на NO2) | 3 | 0,06 |
| 2 | Оксид углерода CO | 4 | 3 |
| 3 | Сажа C | 4 | 0,12 |
| 4 | Фенол C5H6O | 2 | 0,003 |
| 5 | Диоксид серы SO2 | 3 | 0,06 |
| 6 | Бенз(а)пирен | 2 | 0,3 |
| 7 | Фторид водорода HF | 2 | 0,02 |
| 8. | Углеводороды СН | 1 | 0,01 |
| 9. | Формальдегид СН2О | 2 | 0,01 |
Основные факторы, оказывающие влияние на загрязнение атмосферного воздуха, следующие:
— выбросы от предприятия ОАО «Лужский абразивный завод» (3 площадки в разных частях города);
— выбросы от предприятия ООО «Лужский завод Белкозин»;
— выбросы от предприятия ОАО «Химик»;
— выбросы от автомобильного транспорта.
1 этап. Расчёт выбросов от источников загрязнения на предприятиях. На каждом источнике загрязнения с помощью специально аппаратуры измеряется выброс вредных веществ Сi, г/м3 (табл. 2). Максимальная концентрация См загрязняющих веществ при этом достигается на некотором расстоянии Хм.
- Сперва считается расход газовоздушной смеси:
, м3/с
Число π округляется до значения 3,14.
D – диаметр устья источника выброса, м.
w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси, м/с.
- Затем рассчитывается мощность выброса Мi:
Мi=СiVi , г
Vi – расход газовоздушной смеси, м3/с.
- Рассчитывается ΔТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси ТГ и температурой окружающего атмосферного воздуха ТВ, оС.
ΔТ= ТГ— ТВ, оС
ТВ определяется по самому жаркому месяцу в году 30 оС. ТВ в среднем ровняется 50 оС.
- Рассчитываются m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.
Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:
Н – высота источника загрязнения, м.
Коэффициент n определяется в зависимости от υМ по формулам:
1.5. См рассчитывается по формуле:
А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации (неблагоприятным метеорологическим условиям), для Ленинградской области равен 160 (нормированный показатель).
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных ВВ и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, зола и т.п., скорость упорядоченного оседания которых равна нулю) F = 1. Все вещества, по которым ведётся исследование, попадают в эту категорию.
На предприятиях города Луга имеются следующие источники загрязнения:
Таблица 2. Выброс загрязняющих веществ Сi из источников загрязнения на предприятих г. Луга
| Площадка | Кол-во источников | D, м | Н, м | w0, м/с | СNOx, г/м3 | СCO, г/м3 | СC, г/м3 | Сфенол, г/м3 | СSO2, г/м3 | Сбенз(а)перен, г/м3 | СHF, г/м3 | СCH, г/м3 | СCH2O, г/м3 |
| ОАО «Лужский абразивный завод» Площадка 1 | 42 | 0,75 | 17 | 5 | 0,008 | 0,032 | 0,010 | 0,00001 | 0,0003 | 0,0000001 | 0,0 | 0,00001 | 0,0006 |
| ОАО «Лужский абразивный завод» Площадка 2 | 7 | 0,75 | 8 | 5 | 0,006 | 0,027 | 0,007 | 0,00002 | 0,0002 | 0,0000001 | 0,0 | 0,00001 | 0,0007 |
| ОАО «Лужский абразивный завод» Площадка 3 | 15 | 0,75 | 10 | 5 | 0,006 | 0,027 | 0,007 | 0,00002 | 0,0002 | 0,0000001 | 0,0 | 0,00001 | 0,0005 |
| ООО «Лужский завод Белкозин» | 37 | 0,9 | 15 | 5 | 0,014 | 0,025 | 0,002 | 0,0 | 0,0002 | 0,0 | 0,0 | 0,00001 | 0,0001 |
| ОАО «Химик» | 21 | 0,8 | 13 | 5 | 0,011 | 0,030 | 0,004 | 0,0 | 0,0005 | 0,0 | 0,00001 | 0,00001 | 0,0002 |
2 этап.Расчёт выбросов от автомобильного транспорта.
При расчете выбросов автотранспорт подразделяется на следующие пять категорий: — легковые; — автофургоны и микроавтобусы до 3,5 тонн; — грузовые от 3,5 до 12 тонн; — грузовые свыше 12 тонн; — автобусы свыше 3,5 тонн.
В таблице указаны пробеговые выбросы МkiL. загрязняющих веществ по категориям автомобилей.
Таблица 3. Пробеговые выбросы МkiL. загрязняющих веществ по категориям автомобилей.
2.1. Выброс i-того загрязняющего вещества (г/с) движущимся автотранспортным потоком на автодороги с фиксированной протяженностью L (км) определяется по формуле:
МkiL (г/км) – удельный пробеговый выброс i-гo вредного вещества автомобилями k-ой группы для городских условий эксплуатации, определяемый по таблицt;
k — количество групп автомобилей;
Gk — фактическая наибольшая интенсивность движения, т.е. количество автомобилей каждой из k групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автодороги в единицу времени в обоих направлениях по всем полосам движения (табл. 4);
rVki — поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока на дороге (в городских условиях может варьироваться от 0,3 до 1);
L (км) — протяжённость автодороги. Протяжённость дорог в городе Луга составляет 37 км.
Таблица 4. Интенсивность движения Gk
| № | Категория автомобилей | Интенсивность движения Gk, шт./ч | Расход воздуха Q, м3/с |
| 1 | Легковые | 630 | 8 |
| 2 | Автофургоны и микроавтобусы до 3,5 т | 90 | 15 |
| 3 | Грузовые от 3,5 до 12 т | 25 | 30 |
| 4 | Грузовые свыше 12 т | 10 | 50 |
| 5 | Автобусы свыше 3,5 т | 35 | 35 |
2.2. Пересчёт выброса на концентрацию вредного вещества осуществляется по формуле:
Сi = МkiL *1000/Q, мг/м3
Q — расход воздуха в источнике выбросов (м3/с) (табл. 4).
3 этап. Расчёт средней концентрации загрязняющего вещества в атмосферном воздухе в городе. Для каждого загрязняющего вещества рассчитывается отдельно путём суммирования концентраций от всех источников (включая источники на предприятиях и выбросы от автомобилей) и деления на количество источников (по среднему арифметическому).
4 этап. Расчёт коэффициента загрязнения для каждого загрязняющего вещества Ki осуществляется по формуле:
Сфон – фоновая концентрация загрязняющего вещества (мг/м3) (табл. 1).
5 этап. Суммарный коэффициент загрязнения Kсум рассчитывается по формуле:
n – количество коэффициентов загрязнения (равно количеству загрязняющих веществ).
При Ксум < 1 экологическая обстановка является благоприятной. При Ксум > 1 экологическая обстановка является неблагоприятной.
По результатам моделирования по идее Ксум должно получиться более 1, однако превышение не должно быть значительным (не более 2). Если нужный результат не получается, допускается менять значения концентраций загрязняющих веществ на источниках предприятий (из табл. 2).
Если коэффициент загрязнения слишком высокий, есть смысл уменьшать значение концентраций NOx , СО, сажи, SO2.
Если коэффициент загрязнения слишком низкий, следует повышать концентрацию выбросов фенола у абразивного завода (можно на всех трёх площадках).
Модель должна быть гибкая, что бы в ней можно было менять параметры (количество источников выброса, их показатели, кол-во машин и т.п.) и видеть изменение конечного результата.
Если получиться добавить интерактивные элементы (ползунки и т.д.) – будет совсем прекрасно.
