Главная » Математика » Математическое моделирование распространения выбросов загрязняющих веществ с атмосферным воздухом

Математическое моделирование распространения выбросов загрязняющих веществ с атмосферным воздухом

Содержание:
1. Методы оценки загрязнения атмосферы и их связь с действующей нормативной базой
2. Методы прогнозной оценки загрязнения атмосферного воздуха
3. Основное уравнение диффузии примесей в атмосфере
4. Исходные данные для решения задачи диффузии примесей в атмосфере
5. Аналитические решения уравнения диффузии для точечного источника
6. Основные закономерности распространения примесей в атмосфере
7. Приложение

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С АТМОСФЕРНЫМ ВОЗДУХОМ

Содержание:
1. Методы оценки загрязнения атмосферы и их связь с действующей нормативной базой
2. Методы прогнозной оценки загрязнения атмосферного воздуха
3. Основное уравнение диффузии примесей в атмосфере
4. Исходные данные для решения задачи диффузии примесей в атмосфере
5. Аналитические решения уравнения диффузии для точечного источника
6. Основные закономерности распространения примесей в атмосфере
7. Приложение

1. Методы оценки загрязнения атмосферы и их связь с действующей нормативной базой
Атмосферный воздух как аэродисперсная система содержит в переменных количествах различные примеси природного и антропогенного происхождения. Загрязненным принято называть воздух, содержащий примеси, состав которых и концентрации могут причинять ущерб человеку и объектам окружающей среды -фауне, флоре, строениям и т. д. Загрязнители в воздухе могут на¬ходиться в газообразном и взвешенном состоянии в виде жидких и твердых аэрозолей. Загрязняющие примеси в воздухе могут иметь естественное и антропогенное происхождение, образовываться в .результате химических (фотохимических) реакций взаимодействия в атмосфере. Продукты химических превращений в атмосфере мо¬гут оказаться в экологическом отношении более опасными, чем ис¬ходные химические вещества.
Уровень загрязненности воздуха зависит от метеорологиче¬ских условий: температуры и влажности, направления и скорости преобладающих ветров, инверсии температуры и т.д. Соответст¬венно физическим характеристикам воздуха изменяется физиче¬ская и химическая активность содержащихся в нем загрязняющих веществ. В каждой программе контроля загрязнения первой задачей является установление критериев, на которых должны основы¬ваться контрольные решении. Эта проблема касается некоторых трудностей, особенно когда речь идет о влиянии на здоровье лю¬дей. Установление стандартов качества воздуха требует определе¬ния допустимых уровней загрязнения. Для живых организмов, с которыми можно экспериментировать, например, с растениями и некоторыми животными, можно установить какой уровень какого вредного вещества оказывает специфическое воздействие. Когда речь идет о здоровье людей, наиболее важно выяснить, какова за¬висимость между экспозицией и влиянием на здоровье людей в реальных условиях населенных мест. Такая информация в настоящее время фактически недоступна по многим причинам, наиболее важными из которых являются следующие причины :
• данные об уровне экспозиций не репрезентативны для реальных условий, т.к. не отражают динамики загрязнения;
• невозможно отделить эффект, возникающий от загрязнений, от таких социально-экономических факторов, как ус¬ловие проживания, питание, национальные или социальные привычки и др.;
• при установлении допустимых уровней трудно учитывать способность людей адаптироваться к условиям загрязнения;
•сложно относить определенные эффекты к концентрации загрязнителя или смеси загрязнителей из-за незнания зако¬нов синергизма.
Следовательно, задачи и требования к чистоте воздуха по необходимости основаны на очень неточных критериях, поэтому они должны быть гибкими и доступными для изменений по мере полу¬чения новых данных. Установление стандартов качества воздуха требует определения допустимых уровней. Нормирование допус¬тимого содержания химических факторов основано на представ¬лении о наличии порогов в их действии. Значения пороговых концентраций являются относительными и зависят от множества причин как физических (агрегатного состояния вещества, среды, режима, длительности поступления и т.п.), так и биологических (физиологического состояния организма, возраста, пути поступления и др.). — В разных странах неодинаково подходят к вопросу о месте приложения нормативов загрязнения: в одних странах нор¬мативы устанавливаются на выброс вредных веществ в атмосфер¬ный воздух, в других — на качество сырья, в третьих — на качество воздуха, т. е. условий пребывания людей в жилых районах и про¬изводственных помещениях.
В соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) при определении качества воздуха исполь¬зуются четыре уровни ПДК: I — отсутствие прямого или косвенного влияния на человека, животных или растительность; II — возмож¬ность раздражения органов чувств, вредного воздействия на рас¬тительность, уменьшение прозрачности воздуха и др.; III — наруше¬ние жизненно важных физиологических функций и возникновение хронических заболеваний; IV — возникновение острых заболеваний и гибель людей и животных. В России при установлении ПДК за¬грязняющих веществ принимают первый, самый низкий уровень, когда максимальные концентрации примеси в атмосфере, отнесен¬ные к определенному периоду осреднения, при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказыва¬ют ни на него, ни на окружающую среду в целом никакого вредно¬го действия. Различают ПДК для производственных помещений, для атмосферного воздуха, максимально разовую и среднесуточ¬ную. В зависимости от токсичности загрязняющего вещества вы¬деляют 4 класса опасности: 1 — чрезвычайно опасный; 2 — высоко опасный; 3 — умеренно опасный: 4 — малоопасный. Максимально разовая ПДК устанавливается для предупреждения рефлекторных, реакций человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии (до 20 мин), а среднесу¬точная — для предупреждения их резорбтивного (общего токсично¬го, канцерогенного и др.) влияния. ПДК для большин¬ства загрязняющих веществ в атмосферном воздухе во много раз меньше, чем ПДК для тех же веществ на территории предприятий. ПДК для веществ, на территории предприятий устанавливаются в размере 30 % ОТ ПДК загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны помещений.
В зависимости от времени осреднения значение максималь¬ных концентраций изменяется и становится тем меньше, чем больше отрезок времени осреднения. Национальные стандарты качества воздуха в ряде зарубежных стран устанавливают значения ПДК для разных интервалов времени: 0,5; 1; 8; 24 ч, год. Разраба¬тываются ПДК вредных веществ и для растений. За предельно допустимую разовую концентрацию загрязненного воздуха для каж¬дого вида растений принимается концентрация газа, при которой после 5 мин. действия наблюдается уменьшение фотосинтеза более чем на 10% .
При одинаковом уровне превышения ПДК опасность факти¬ческого загрязнения воздуха оценивается в зависимости от ве¬ществ, присутствующих в воздухе. При этом учитывается класс опасности вещества и степень осреднения полученных концентра¬ций определенного загрязнителя. В Соответствий с санитарными нормами СН 245-71 условие суммирования вредного воздействия различных примесей, находящихся в атмосферном воздухе, опре¬деляется соотношением:где С1,.., Сn,; ПДК1… ПДКn — обнаруженные концентрации соответствующих веществ в воздухе и их ПДК.
Данное соотношение весьма условно, так как не все вредные вещества характеризуются суммированием действия при их одно¬временном присутствии в воздухе; одни отличаются усилением действия, другие — ослаблением. При кратковременном воздейст¬вии смеси загрязнений возникает эффект суммирования.. При дли¬тельном поступлении в организм вредных веществ, даже в малых концентрациях, характер их комбинированного воздействия еще неизвестен. Анализ исследований комбинированного действия загрязнителей показывает, что в большинстве случаев нельзя считать обоснованным мнение об установлении эффекта суммирования при ингаляций различных смесей. Кроме того, под влиянием климатических факторов могут происходить химические реакции, как между вредными ингредиентами, так и между ними и веществами, входящими в состав природной атмосферы, что приводит к образованию вторичных продуктов загрязнения с иным биологиче¬ским действием. В сочетании с высокой температурой воздуха, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами усиливается токсический эффект отдельных вредных ингредиен¬тов.
Устранение причин загрязнения связано со значительными организационно-техническими трудностями и большими матери¬альными затратами, поэтому невозможно решить проблему сни¬жения уровня загрязнения воздуха одновременно по всем ингреди¬ентам и источникам выбросов. Чтобы определить приоритетность соответствующих мероприятий, следует оценить относительный вклад различных ингредиентов и источников в общее загрязнение воздуха. Оценка относительного вклада зависит от наличия эффек¬тивных критериев и методов комплексной оценки суммарного за¬грязнения. Универсальный метод суммарной оценки загрязнения воздуха должен удовлетворять следующим требованиям:
• наличие единого безразмерного показателя для сравнения источников и уровней загрязнения в пространстве и време¬ни; независимость этого показателя от количества невзаи¬модействующих групп химических и физических факторов;
• учет степени токсичности отдельных ингредиентов и вре¬мени их воздействия; учет возможных взаимодействий раз¬личных ингредиентов, включая образование вторичных за¬грязнителей;
• учет влияния физических факторов на особенности токси¬ческого воздействия загрязнителей на живой организм;
• количественная оценка степени опасности для здоровья и окружающей среды.
В последнее время разработаны различные показатели сум¬марной оценки загрязнения воздуха. Однако ни один из них не яв¬ляется универсальным. В нашей стране в санитарно-гигиенической
практике для суммарной оценки загрязнения применяется метод [136], заключающийся в классификации отдельных загрязнителей по степени токсичности (на основе соответствующих номограмм) в зависимости от длительности воздействия концентраций (разовых, среднесуточных, среднемесячных, среднегодовых). Опасность фак¬тического загрязнения оценивается по 4 степеням (допустимая, вы¬зывающая опасения, опасная и чрезвычайно опасная), границы ко¬торых зависят от класса опасности, времени осреднения фактиче¬ских концентраций и коэффициента превышения значений ПДК.
Суммарный индекс опасности определяется по следующей формуле:
, (2)
где число всех возможных пар веществ; m — номер пары ве¬ществ; N — количество анализируемых веществ в атмосферном воз¬духе; (ki+kj)m/2 — средняя кратность превышения ПДК m-й пары веществ, концентрации которых предварительно стандартизирова¬ны (приведены к 3-му, наиболее распространенному классу опас¬ности); nm — число веществ с однотипным характером комбиниро¬ванного действия (если все рассматриваемые вещества обладают однотипным характером комбинированного действия, то n= N); am — коэффициент, характеризующий эффект комбинированного дей¬ствия: при независимом действии веществ а = 0, при эффекте сум¬мирования а = 1, потенциирования а > 1, антагонизма а 0,35; II — повышенное загрязнение, 0,2<Р 0,35; III - относительно пониженное загрязнение, Р < 0,2. Параметр Р связан с метеорологическими параметрами и со сред¬ними по городу концентрациями загрязнителей, но характеризует в основном общую неблагоприятную для загрязнения метеорологи¬ческую обстановку. При его расчете смешиваются сведения о мно¬гих загрязнителях, характерных для различных районов города, от¬носящихся к различным классам опасности и попадающих в атмо¬сферу различными путями.
Кроме того, параметр Р не изменяется пропорционально за¬грязнению: две ситуации с одинаковым числом превышения m и разными концентрациями могут быть оценены одной и той же ве¬личиной Р, большему загрязнению может соответствовать меньшее значение показателя……

Скачать полную версию можно по ссылке…

Математическое моделирование распространения выбросов загрязняющих веществ с атмосферным воздухом: 3 комментария

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

X

Pin It on Pinterest

X
Share This