Моделювання та прогнозування приземних концентрацій забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел

Скачати

Забруднення атмосфери - результат викидів забруднюючих речовин з різних джерел. Причинно-наслідкові зв'язки цього явища потрібно шукати в природі земної атмосфери. Так, забруднення переносяться по повітрю від джерел появи до місць їхнього руйнуючого впливу; в атмосфері вони можуть перетерплювати зміни, включаючи хімічні перетворення одних забруднень в інші, ще більш небезпечні речовини.
Сталий зміст забруднень у повітрі (викиди) визначає ступінь руйнуючого впливу на даний регіон. Можна сказати, що ступінь забруднення атмосфери залежить від числа й маси викидів.
Відповідно до концепції захисту атмосфери, прийнятої в деяких промислово розвинених країнах (наприклад, у Німеччині), забрудненням атмосфери вважається пряме або непряме введення в неї будь-якої речовини в такій кількості, що впливає на якість і сполуку зовнішнього повітря, наносячи шкоду людям, живій і неживій природі, екосистемам, будівельним матеріалам, природним ресурсам - всій навколишньому середовищу [1].
В атмосферу викидається величезна кількість твердих часток у вигляді пилу, пару та газів. Степінь їх шкідливості різноманітна і залежить від хімічного складу, фізичних властивостей, умов розповсюдження в атмосфері і від багатьох інших факторів. Найбільшими забруднювачами атмосфери є теплові електростанції, підприємства чорної та кольорової металургії, виробництво будівельних матеріалів, транспорт. Щорічно в атмосферу Землі від антропогенних джерел поступає приблизно 250 млн. т пилу, 200 млн. т оксиду вуглецю, 50 млн. т різноманітних вуглеводнів, 150 млн. т діоксиду сірки, 50 млн. т оксидів азоту. Більша частина цих речовин утворюється при процесах горіння звичайних органічних палив. В порівнянні з масою всієї атмосфери Землі ці цифри можуть показатись незначними, так як складають менше однієї десяти тисячної долі процента. Однак, проходить постійне накопичення забруднень, а деякі із них шкідливі навіть при малих концентраціях, розповсюдження їх нерівномірне по поверхні Землі, і в ряді місць вже зараз досягнуті недопустимі концентрації [2].
Моніторинг атмосферного повітря – це система спостережень за станом атмосфери, його забрудненням і природними явищами, які відбуваються в ньому, а також оцінка і прогноз стану атмосферного повітря (контроль, аналіз, висновки).
На сьогоднішній день використовується велика кількість математичних моделей, що описують поширення забруднення в атмосферному повітрі. За допомогою даних програм можна розрахувати  його поширення, а також здійснити моделювання процесу динаміки зміни концентрації забруднювача з метою більш глибоко вивчення механізму функціонування системи та вироблення науково-обґрунтованих рекомендацій щодо управління даною системою.
    

 

1 Забруднення атмосфери

Атмосфера завжди містить певну кількість домішок, що поступають від природних і антропогенних джерел. До домішок, що виділяються природними джерелами, відносять: пил (рослинного, вулканічного, космічного походження, що виникає при ерозії ґрунту, частинки морської солі); туман, дими і гази від лісових і степових пожеж; гази вулканічного походження; різні продукти рослинного, тваринного і мікробіологічного походження і ін.
Природні джерела забруднень бувають або розподіленими, наприклад, випадання космічному пилу, або короткочасними стихійними, наприклад лісові і степові пожежі, виверження вулканів і т. п. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється з часом.
Стійкіші зони з підвищеними концентраціями забруднень виникають в місцях активної життєдіяльності людини. Антропогенні забруднення відрізняються різноманіттям видів і численністю джерел. Якщо на початку 20 століття в промисловості застосовувалося 19 хімічних елементів, то в середині століття промислове виробництво стало використовувати близько 50 елементів, а в 70-х роках – практично всі елементи таблиці Менделєєва. Це істотно позначилося на складі промислових викидів і привело до якісно нового забруднення атмосфери, зокрема, аерозолями важких і рідкісних металів, синтетичними з'єднаннями, що не існують і не утворюються в природі, радіоактивними, канцерогенними, бактеріологічними і іншими речовинами [3].

    • Промисловий розвиток Вінницької області та вплив його на

якісний стан атмосфери

Вінницька область - один з типових регіонів України за характером структурно-функціональних особливостей господарства, демографічними та екiстичними проблемами населення, провідними рисами природно-ресурсного потенціалу та екологічної ситуації. За оцінкою природно-ресурсного потенціалу область посідає чотирнадцяте місце серед регіонів країни та знаходиться дещо нижче середніх позицій (0,91) від середніх показників України [4].
Промисловий розвиток Вінниччини певною мірою спирається на місцеві мінеральні та енергетичні ресурси. В першу чергу до таких виробництв в області належать гідроелектростанції (Унiжська, Ямпiльська на Дністрі, середні та малі ГЕС на Південному Бузі та його притоках), каолінові заводи (Глуховецький і Турбiвський), вапнякові заводи та кар’єри (Пiщанський, Iзраiлiвський у Могилів-Подільському і Мурафський - у Шаргородському районах), гранітні, піщані кар’єри та щебеневі заводи, виробництва оздоблювальних будівельних матеріалів і наповнювачів (загальним числом понад 20). Разом ці галузі створюють лише 3-4 % промислової продукції області, але значно суттєвіше впливають на забруднення атмосфери та гідросфери в межах даної та суміжних територій виробничими викидами та відходами [5].
Вінниччина характеризується, в цілому, як порівняно благополучний регіон із значно меншим, ніж в промислових областях, рівнем забруднення атмосферного повітря. Понад 50% викидів в атмосферне повітря (від їх загальної кількості) на території області - це викиди автотранспорту, ще близько 35% – викиди Ладижинської ТЕС та понад 3% – викиди магістральних газопроводів. Викиди усіх інших підприємств області становлять близько 10% [6].
Основними забруднювачами атмосфери залишаються піприємства, основними видами економічної діяльності є:

  • виробництво тепло- та електроенергії;
  • транспорт та переробна промисловість.

 

    • Галузь підприємства, яке є джерелом забруднення атмосфери

Виробництво електроенергії на теплових електростанціях супроводжується виділенням великої кількості тепла, тому такі станції намагаються будувати недалеко від великих міст і промислових центрів для використання цього тепла.
Паливно-енергетичний комплекс, в тому числі теплові електростанції, - один з найбільших у промисловості забруднювачів навколишнього середовища, на його частку припадає 47,7% загальних викидів шкідливих речовин в атмосферу і до 70% парникових газів.  Велика кількість відходів, що утворилися на підприємствах паливно-енергетичного комплексу в попередні десятиліття, знаходиться в відвалах і шламонакопичувачах [7].
Ладижинська теплова електростанція (ТЕС) є однією з найбільш ефективних станцій України. Станція збудована у 1968-1972 р.р. та обладнана 6-ма високоекономічними пиловугільними енергоблоками потужністю по 300 МВт. Станція розташована у Вінницькій області на р.Південний Буг та з'єднана лініями електропередачі з південними і центральними районами України та енергосистемою Молдови.
Ладижинська ТЕС є потужним джерелом викидів шкідливих хімічних речовин у атмосферу. Викиди з двох 250-метрових й однієї 180-метрової труб розносять пануючі в цій місцевості вітри на відстані до 100 кілометрів [8].
В результаті спалювання  вуглеводневого палива в топках ТЕС в атмосферу викидається вуглекислй газ, концентрація якого зростає приблизно на 0,25% за рік. Це небезпечно, бо може викликати в майбутньому розігрівання атмосфери за рахунок парникового ефекту. З труб ТЕС в атмосферу викидаються також оксиди сірки й азоту, які є причиною виникнення кислотних дощів. Атмосфера забруднюється також дрібними твердими частками золи, шлаку, неповністю згорілого палива (сажею) [7].
Хімічний склад пилу (золи) залежить від родовища вугілля, товщини шару, вмісту в куті порожньої породи. Пил складається, як правило, з Si2, СаО, МgO, Nа2О і містить мікродомішки сполук ванадію, ртуті, свинцю, миш’яку, радіоактивні і канцерогенні речовини. Дисперсна сполука пилу залежить від способу помелу і марки вугілля. Розмір часток коливається від 5 до 60 мкм. Швидкість осадження частинок визначається в залежності від їх розмірів і властивостей, а також від властивостей повітря. Значна частка домішок випадає поблизу джерела.
До складу димових газів входить SО2, що утворюється в результаті окислювання сірки, що є у вугіллі в межах від 0,3 до 8%. Концентрація SО2 у димових газах залежить від вмісту сірки у вугіллі, коефіцієнта надлишку повітря в топці казана, технології спалювання і визначається за матеріальним балансом.
Оксиди азоту NОХ утворюється при високих температурах у топці казана в результаті взаємодії азоту і кисню, що утримуються в повітрі. Концентрація NОХ у димових газах залежить від максимальної температури в топці [9].
Забруднення атмосфери аерозолями також має досить негативний вплив на навколишнє середовище та життя і здоров’я людини. Аерозолі поділяються на первинні - безпосередньо викидаються в атмосферу, і вторинні - утворюються при перетвореннях в атмосфері. Час існування аерозолів в атмосфері коливається від хвилин до місяців, залежно від багатьох  факторів.  Великі аерозолі на висоті 1 км існує 2-3 доби, в тропосфері - 5-10 діб, в стратосфері - до декількох місяців.
Різні компоненти продуктів згоряння палива, що викидаються в атмосферу і під час перебування там ведуть себе по-різному (змінюється температура, властивості, фазові і агрегатні стани, утворюються і розкладаються хімічні сполуки, суміші) називаються домішковими викидами.
При виході в атмосферу викиди містять продукти реакцій у твердій, рідкій і газовій фазах. Зміни складу викидів після їх виходу можуть проявлятися у вигляді: осадження важких фракцій; розпаду на компоненти; хімічні реакції з компонентами повітря; взаємодії з повітряними течіями, хмарами, атмосферними опадами, сонячним випромінюванням різної частоти (фотохімічні реакції) та ін
 У результаті склад викидів може істотно змінитися, можуть утворитися нові компоненти, поведінку та властивості яких (зокрема, токсичність, активність, здатність до нових реакцій) можуть значно відрізнятися від вихідних. Не всі ці процеси в даний час вивчені з достатньою повнотою, але по найбільш важливим є загальні уявлення, що стосуються газоподібних,  рідких і твердих речовин [10].

1.3   Заходи зменшення шкідливих викидів в атмосферне повітря

Ладижинська ТЕС –потужне енергетичне підприємство, одне з самих крупних підприємств Вінницької області. Питома вага обсягу промислової продукції електростанції по Вінницькій області складає 15 %, а по місту Ладижин – 95 %. За 2008 рік станцією за забруднення навколишнього природного середовища було сплачено понад 30,0 млн. грн.
Питання охорони довкілля на станції многогранне. Це і охорона атмосферного повітря, і охорона водного басейну, і раціональне використання природних ресурсів, і поводження з відходами, і дотримання правил утримання зелених насаджень, і  виконання вимог земельного кодексу.    
З метою охорони атмосферного повітря в котлоагрегатах ТЕС тривалий час (з початку дев’яностих років) проводяться роботи по впровадженню та випробуванню різних схем триступеневого спалювання палива з метою зменшення утворення та викидів в атмосферу оксидів азоту.
Вперше схема триступеневого спалювання палива була впроваджена в 1992 році на блоці № 4. Аналогічні роботи розпочато на блоці № 6 з деякими змінами в проекті ( на блоці № 4 в додаткові пальники згідно проекту  подавався  природний  газ,  але  враховуючи  дефіцит  газу,  на блоці № 6 було вирішено в додаткові пальники подавати вугільний пил). Роботи на блоці  № 6 були розпочаті в 1998 році власними силами та за власні кошти станції. Загальна вартість цього проекту на той час складала 1,5 млн. грн. 
В 2004 році з Державного фонду охорони навколишнього природного середовища   на  виконання  природоохоронного  заходу “Впровадження технології триступеневого    спалювання    палива    на   блоці    № 6   Ладижинської    ТЕС     з використанням   в   додаткових    пальниках    вугільного пилу з метою зменшення викидів оксидів азоту в атмосферу” було виділено 345,0 тис. грн., 294,6 тис. з яких було використано на закупівлю необхідних матеріалів та обладнання. В 2006 році для виконання вищезазначеної роботи на рахунок Ладижинської ТЕС було перераховано 255,00 тис. грн. державних коштів, які були використані для закупівлі необхідних матеріалів. Роботи по впровадженню триступеневої схеми на енергоблоці № 6 тривають. Виконання цього природоохоронного заходу дасть можливість зменшити викиди оксидів азоту в атмосферне повітря до 40%. Планується виконати аналогічну роботу на всіх блоках.
Крім цього, з метою зменшення викидів золи в повітря Ладижинська ТЕС постійно виконує капітальні, середні та поточні ремонти електрофільтрів. 
На енергоблоці № 2 була проведена реконструкція під час капітального ремонту блоку. Вартість реконструкції склала понад 30,0 млн. грн. 
Виконання даних робіт дало можливість  збільшити ККД електрофільтрів. Ступінь очищення димових газів в електрофільтрах блоку № 2 при номінальних навантаженнях  після їх реконструкції становить  99,60-99,77 %.
За результатами проведеної реконструкції  вирішено виконати аналогічну роботу на всіх електрофільтрах поетапно – під час капітальних ремонтів відповідних блоків.
На сьогоднішній день основним методом зменшення викидів в атмосферу діоксиду вуглецю (СО2) є зниження витрати палива під час спалювання в котлоагрегатах, а також впровадження енергозберігаючих технологій.
З метою зменшення викидів СО2 Ладижинська ТЕС на основі Кіотського протоколу про зменшення викидів парникових газів виконала комплекс робіт з впровадження українсько-нідерландського проекту «Енергозбереження та зменшення викидів СО2 на теплових електростанціях України». Були виконані заходи як режимного характеру, так і такі, що потребують незначної реконструкції деяких вузлів, це дало можливість зменшити питомі витрати палива на виробництво електроенергії. Впровадження цього проекту  забезпечує більш економічну роботу енергоблоків, при цьому з найменшими обсягами викидів шкідливих речовин. 
Викиди в атмосферне повітря оксиду вуглецю (СО) - це продукт хімічного неповного  згоряння палива, яке обумовлюється критичним надлишком повітря. На Ладижинській ТЕС з метою контролю кількості кисню, що подається в зону горіння, використовується пристрій автоматичного контролю хімічного недопалу палива, якій був розроблений та виготовлений в Київському інституті технічної теплофізики Академії наук України. Застосування цього пристрою дає можливість вести роботу котлоагрегатів з гранично малими надлишками повітря, при цьому за відсутністю викидів СО2. Постійний контроль хімічного недопалу допомагає обслуговуючому персоналу оперативно скорегувати роботу котла, тим самим зменшити або виключити повністю викиди оксиду вуглецю в атмосферу [11].

 

 

 

2 Постановка задачі та вибір оптимального програмного забезпечення

        2.1 Постановка задачі

        1. Розрахувати за допомогою Mathcad для заданих трьох підприємств       м. Вінниці максимальні концентрації, відстані на яких досягаються максимальні концентрації забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел методикою ОНД-86.
        2. Побудувати карту розсіювання забруднюючих речовин від викидів трьох стаціонарних джерел за планом району м. Вінниця.
        3. Здійснити прогнозування за допомогою MS Excel забруднення атмосфери на основі даних спостережень за один місяць. Для прогнозу використати лінійну, експоненціальну, логарифмічну, поліноміальну (2-го, 3-го степеня),  степеневу залежності.     
        Вихідні параметри екосистеми взято згідно з варіантом №28. Для проведення розрахунків максимальних концентрацій забруднюючих речовин, побудови карти розсіювання для трьох стаціонарних джерел, підприємства №3, №7 і №8 і здійснення прогнозування забруднення атмосфери. Для цього беремо наступні вихідні параметри (Табл. 2.1, 2.2).

Таблиця 2.1 – Вихідні дані

В –28

Параметри

Забруднюючі речовини

Номер під-ва

H, м

D, м

V, м3/с

Тг, °С

CO

NO2

NO

3

20,1

1,1

0,5

120,0

0,0949

 

0,0181

7

18,9

1,3

0,9

88,5

0,0713

0,0689

0,0486

8

10,1

0,7

0,5

97,0

 

0,0922

0,0768

 

Таблиця 2.2 – Вихідні дані

Дата

Значення

01.04.2005

20,37

02.04.2005

20,47

03.04.2005

35,33

04.04.2005

34,60

05.04.2005

36,60

06.04.2005

38,06

07.04.2005

37,67

08.04.2005

39,36

09.04.2005

36,44

10.04.2005

40,67

11.04.2005

34,91

12.04.2005

38,38

13.04.2005

33,58

14.04.2005

35,09

15.04.2005

40,67

16.04.2005

35,84

17.04.2005

41,83

18.04.2005

43,26

19.04.2005

38,86

20.04.2005

44,64

21.04.2005

36,90

22.04.2005

36,21

23.04.2005

42,92

24.04.2005

36,56

25.04.2005

36,81

26.04.2005

40,07

27.04.2005

41,53

28.04.2005

37,90

29.04.2005

37,48

30.04.2005

46,86

01.05.2005

41,90

2.2 Вибір оптимального програмного забезпечення

   

Для проведення прогнозування та моделювання стану атмосферного повітря обираємо такі програмні забезпечення, як: Мathcad, MS Excel, ОНД-86. Розглянемо кожне із програмних забезпечень окремо.

Mathcad містить сотні операторів і вбудованих функцій для вирішення різних технічних завдань. Програма дозволяє виконувати чисельні і символьні обчислення, проводити операції з скалярними величинами, векторами і матрицями, автоматично переводити одні одиниці вимірювання в інші.

Mathcad має простий і інтуїтивний для використання інтерфейс користувача. Робота здійснюється в межах робочого аркуша, на якому рівняння і вирази відображаються графічно, на противагу текстовому запису в мовах програмування [12].
Mathcad також використовується в складніших проектах, щоб візуалізувати результати математичного моделювання, шляхом використання поширених обчислень і традиційних мов програмування. За допомогою цієї програми можна здійснити не лише обчислення даних, а також і моделювання та прогнозування певних процесів за допомогою методик та раніше виведених формул. Даний програмний пакет дозволяє здійснювати побудову графіків прогнозування, вводити зміну відповідних параметрів тощо [13].

Отже, серед основних можливостей Mathcad є:

Основна відміна Mathcad від аналогічних програм − це графічний, а не текстовий режим вводу виразів. Для набору команд, функцій, формул можна використовувати як клавіатуру, так і кнопки на численних спеціальних панелях інструментів. В будь якому разі − формули будуть мати звичний, аналогічний книжковому, вигляд. Тобто особливої підготовки для набору формул, власне, й не потрібно. Обчислення із введеними формулами здійснюються за бажанням користувача або миттєво, одночасно із набором, або за командою. Будь-які змінні, формули, параметри можна змінювати, спостерігаючи наочно відповідні зміни результату. Це надає можливість організації насправді інтерактивних обчислювальних документів. Ця програма є досить зручною у своєму використанні, тому для створення методики обчислення максимальних концентрацій від стаціонарних джерел забруднення обираємо саме це програмне забезпечення [13].
Microsoft Excel (повна назва Microsoft Office Excel) − це простий і зручний засіб, що дає можливість проаналізувати дані і за необхідності поінформувати про результат зацікавлену аудиторію, використовуючи Internet. Це програма для роботи з електронними таблицями, створений корпорацією Microsoft для Microsoft Windows, Windows NT і Mac OS. Microsoft Excel входить до складу Microsoft Office і на сьогоднішній день Excel є одним з найбільш популярних програм у світі [14].
Типові області застосування Excel:

  • завдяки тому, що лист Excel являє собою готову таблицю, Excel часто використовують для створення документів без усіляких розрахунків, що просто мають табличне представлення (наприклад, прайс-листи в магазинах, розклади);
  • у Excel легко можна створювати різні види графіків і діаграм, які беруть дані для побудови з комірок таблиць (графік зниження ваги тіла за вказаний період від початку занять спортом);
  • його можуть використовувати звичайні користувачі для елементарних розрахунків;
  • Excel містить багато математичних і статистичних функцій, завдяки чому його можуть використовувати школярі і студенти для розрахунків курсових, лабораторних робіт.

Табличний процесор Excel фірми Microsoft призначений для введення, зберігання, обчислення і виведення великих обсягів даних у вигляді, зручному для аналізу і сприйняття інформації. Усі дані зберігаються й обробляються у вигляді окремих або зв'язаних таблиць. Одна або кілька таблиць складають «робочу книгу». У цьому випадку таблиці називаються робочими аркушами цієї книги, аркуші можна видаляти, доповнювати або переміщати з однієї робочої книги в іншу. Фізично на диску зберігається вся книга у вигляді окремого файла з розширенням «xls».

Можливості Excel дуже високі (обробка тексту, управління базами даних).

Ключовими перевагами табличного редактора MS Excel є:

  • ефективний аналіз і обробка даних;
  • багаті засоби форматування та відображення даних;
  • наочний друк
  • спільне використання даних і робота над документами.
  • обмін даними й інформацією через Internet і внутрішні Intranet-

    мережі [15].
Дана програма настільки потужна, що в багатьох випадках перевершує
спеціалізовані програми-редактори або програми баз даних. А також вона є досить простою та зручною у використанні, тому дане програмне забезпечення використовується для прогнозування приземних концентрацій забруднюючих речовин  від викидів стаціонарних джерел.

 

ОНД-86 Методика розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств.
Встановлює вимоги в частині розрахунку концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі при розміщенні та проектуванні підприємств, нормуванні викидів в атмосферу реконструюються і діючих підприємств, а також при проектуванні повітрозабірних споруд.
Призначена для відомств і організацій, що здійснюють розробки з дозволу, проектування і будівництва промислових підприємств, нормування шкідливих викидів в атмосферу, експертизі та узгодженню атмосфероохранних заходів.
Програма “ОНД-86 Калькулятор” призначена для попереднього розрахунку полів концентрацій шкідливих речовин в атмосфері без врахування впливу забудови (відповідно до ОНД - 86 для точкових джерел). Дана програма дозволяє провести візуалізацію розсіювання концентрацій на картах. При чому візуалізувати можна концентрацію кожної речовини окремо і в сумарному вигляді. Тому для проведення побудови карти розсіювання використовуємо дане програмне забезпечення [16].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Розрахунок та прогнозування концентрацій забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел

3.1 Розрахунок максимальних концентрацій забруднюючих речовин викидів стаціонарних джерел

 

За допомогою програми «Mathcad» для заданих трьох підприємств            м. Вінниці було розраховано максимальні концентрації, відстані на яких досягаються максимальні концентрації забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел №3, 7, 8 за методикою ОНД-86.
На рисунках 3.1 – 3.5 зображено методику і обрахування максимальних концентрацій для підприємства №3. Для стаціонарних джерел №7, №8 обрахунки виконано аналогічно.

Рисунок 3.1 – Введення вихідних даних для розрахунку від
               стаціонарного джерела джерела №3 при викиді NO2


Рисунок 3.2 – Методика обчислення максимальної концентрації для
                                  всіх забруднюючих речовин

  
Рисунок 3.3 – Результати обчислення концентрації забруднюючих      
                                  речовин від викидів стаціонарного джерела №3 для NO2  
                                  та NO

 
Рисунок 3.4 – Результати обчислення концентрації забруднюючих
                        речовин від викидів стаціонарного джерела №7 для CO
                        та  NO2

Рисунок 3.5 – Результати обчислення концентрації забруднюючих
                     речовин від викидів стаціонарного джерела №8 для СO
                        та NO2 
   
 Отже, за допомогою програми «Mathcad» і методики ОНД-86 було обчислено максимальні концентрації забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел №3, 7 та 8.

3.2 Розрахунок приземних концентрацій забруднюючих речовин викидів групи джерел та побудова карти

 

Розташування стаціонарних джерел №3, 7 та 8 на карті м. Вінниці зображено на рисунку 3.6.

Рисунок 3.6 – Місце розташування підприємств №3, 7, 8
Будуємо карту розсіювання забруднюючих речовин від викидів трьох стаціонарних джерел за планом району м. Вінниця.
Вводимо дані по підприємству №3 в програму «ОНД-86 Калькулятор», далі завантажуємо карту в графі «Файл рисунка» і отримуємо карту розсіювання від викидів (рисунки 3.7 – 3.13). Для підприємств №7, 8 виконано аналогічні дії і аналогічно побудовано карти розсіювання забруднюючих речовин.


Рисунок 3.7 – Введення даних про джерело викиду

Рисунок 3.8 – Введення даних про речовини

Рисунок 3.9 – Потужність викидів


Рисунок 3.10 – Введення параметрів для розрахунку

Після введення всіх параметрів натискаємо на «Розрахувати». Потім вводимо координати точки розташування підприємства на карті і отримуємо побудовані карти розсіювання забруднюючих речовин (рисунки 3.11 – 3.14).

Рисунок 3.11 – Карта розсіювання СО


Рисунок 3.12 – Карта розсіювання NO

Рисунок 3.13 – Карта розсіювання NО2


Рисунок 3.14 – Сумарна карта розсіювання всіх забруднюючих речовин
Отже, за допомогою методики ОНД-86 і програми «ОНД-86 Калькулятор» було побудовано карту розсіювання забруднюючих речовин від підприємств  №3, 7, 8. На карті чітко видно ізолінії, які показують розсіювання кожної забруднюючої речовини і їх сумарне розсіювання.

 

3.3 Побудова регресійних залежностей для прогнозування процесів в екосистемі

Здійснимо прогнозування за допомогою MS Excel забруднення атмосфери на основі даних спостережень за один місяць. Для прогнозу потрібно використати лінійну, поліноміальну, експоненціальну, логарифмічну та степеневу залежності.
Вводимо згідно з номером варіанту дати і значення показника. Будуємо діаграми прогнозів (рисунки 3.15 – 3.22).

Рисунок 3.15 – Прогнозування за допомогою лінійної залежності

Рисунок 3.16 – Прогнозування за допомогою поліноміальної залежності 2-го
                          порядку

Рисунок 3.17 – Прогнозування за допомогою поліноміальної залежності 3-го
                          порядку

Рисунок 3.18 – Прогнозування за допомогою експоненціальної залежності

Рисунок 3.19 – Прогнозування за допомогою логарифмічної залежності

Рисунок 3.20 – Прогнозування за допомогою степеневої залежності

Рисунок 3.21 – Прогнозування за допомогою лінійної фільтрації

Рисунок 3.22 – Прогнозування поліноміальної апроксимації на 3
                          періода  вперед

На графіках зображено рівняння, які описують відповідну залежність і похибка прогнозування (R2). Чим більша похибка, тим точніший прогноз. З рівнянь видно, що найбільша похибка в поліноміальній 3-го степеня апроксимації даних, тому побудували графік прогнозу на 3 періода вперед.

 

 

 

 

 

4 Оцінка стану екосистеми за даними моделювання та прогнозування

Екологічний моніторинг довкілля є сучасною формою реалізації процесів екологічної діяльності за допомогою засобів інформатизації і забезпечує регулярну оцінку і прогнозування стану середовища життєдіяльності суспільства та функціонування екосистем для прийняття управлінських рішень щодо екологічної безпеки, збереження природного середовища та раціонального природокористування [17].
Шляхи вирішення екологічних проблем, стратегія екологічної безпеки і стійкого розвитку все ще залишаються під загальною увагою. Оцінки глобального екологічного стану навколишнього середовища змінюються від оптимістичних (типу “необхідно запобігти екологічній кризі”) до помірковано песимістичних (типу “планета знаходиться на передодні кризи”) і вкрай песимістичних (“на регіональних рівнях мова вже йде про “тверду екологічну кризу”). Вважають, що відповіді на ці питання повинна дати наукова концепція екологічної безпеки на базі екологічного моніторингу навколишнього середовища. Першим етапом у будь-якому випадку може бути тільки система одержання (збору) інформації про стан навколишнього природного середовища. Наприкінці 60-х рр. Багато країн усвідомили, що необхідно скоорденувати зусилля по збору, збереженню і переробці даних про стан навколишнього середовища [18].
На даний час, моніторинг довкілля виконується, згідно Постанови  Кабінету Міністрів України №391 від 30.03.1998р., Міністерством надзвичайних ситуацій, Міністерством охорони здоров’я, Мінагрополітики, Держкомлісгоспом, Мінекономресурсів, Держводгоспом, Держкомземом, Держбудом Ураїни. Всі ці органи влади містять в собі спеціальну службу спостережень, що здійснює такі основні види спостережень, як спостереження за станом забруднення повітря в містах і промислових центрах, забруднення ґрунту, забруднення прісних і морських вод, трансграничним переносом речовин, що забруднюють атмосферу, хімічним і радіонуклідним складом, кислотністю атмосферних опадів і забрудненням сніжного покриву й ін. [19].
Спостереження за станом атмосферного повітря також відбувається у Вінницькій області. При наявності досить великого природно-ресурсного потенціалу на території знаходяться потужні джерела промислових викидів. Основні задачі екологічного моніторингу: спостереження за станом біосфери, оцінка і прогноз її стану, визначення ступеня антропогенного впливу на навколишнє середовище, виявлення факторів і джерел впливу. В кінцевому випадку метою моніторингу навколишньго середовища є оптимізація відносин людини з природою, екологічна орієнтація господарської діяльності.
Стан атмосферного повітря за останні роки практично не змінювався. За даними обласної санітарно-епідеміологічної станції із загальної кількості відібраних проб 8,6% – з перевищенням гранично допустимої концентрації (ГДК). Найвищий відсоток проб з перевищенням ГДК зареєстровано в Вінницькому, Гайсинському, Могилів-Подільському, Теплицькому, Тульчинському, Тиврівському районах.
Постійний моніторинг атмосферного повітря проводився у Вінниці двома постами. Постом типу “Пост-2”,  проведено 11600 спостережень за повною програмою. Середня концентрація за попередній рік по місту за всіма інгредієнтами кратності до ГДК відповідає значенням: пил – 1,3 ГДК, діоксид сірки – 0,12 ГДК, оксид вуглецю – 1,3 ГДК, діоксид азоту – 1 ГДК, фтористий водень – 1,2 ГДК, аміак – 0,5 ГДК, формальдегід – 2 ГДК. Максимальні концентрації кратності до ГДК відповідають значенням: пил – 1,4 ГДК, діоксид сірки – 0,03 ГДК, оксид вуглецю – 3,2 ГДК, діоксид азоту – 2,7 ГДК, фтористий водень – 1,8 ГДК, аміак – 1,1 ГДК, формальдегід – 1,1 ГДК.
В літній період концентрація по пилу збільшується, а оксид вуглецю змінює свої концентрації в залежності від напрямку і сили вітру.
Випадків високих забруднень і екстремально високих забруднень атмосфери протягом останніх років не спостерігалось. Значення замірів двох постів підтверджуються аналізами повітря, проведеними лабораторіями обласної та міської санітарної служби, та лабораторій підприємства “Хімпром”. В межах санітарно-захисних зон перевищення ГДК не виявлено.
За даними обласної санітарно-епідеміологічної служби питома вага досліджених проб атмосферного повітря, що перевищує гранично допустиму концентрацію складає 6,6%. Питома вага проб атмосферного повітря які не відповідають санітарно-гігієнічним нормативам на міських магістралях та вулицях з інтенсивним рухом, склала 5,2%. Випадків радіаційних аварій в області не зареєстровано. Рівень радіаційного фону залишався стабільним і не перевищував допустимих рівнів.
За даними санітарно-епідеміологічної служби м. Вінниця з 1520 спостережень було виявлено 28 випадків перевищення ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі, із них 20 випадків перевищення вмісту оксиду вуглецю і 8 випадків перевищення вмісту пилу. Ці перевищення були встановлені в весняно-літній період на магістральних вулицях. Прилеглих до них житлових кварталах, житлових кварталах з малим рухом автомобілів.
Зменшення викидів на більшості підприємств міста Вінниці на протязі останніх років пояснюється, в основному, скороченням обсягів виробництва, простоями підприємств, припиненням виробничої діяльності. По області спостерігається значне збільшення викидів на підприємствах Міністерства палива та енергетики України. Наприклад, на Ладижинській ТЕС збільшення викидів пов’язане із збільшенням долі вугілля у загальному об’ємі використаного палива [20].
Важливим засобом охорони атмосферного повітря є правове регулювання державного обліку усіх об'єктів, які справляють або можуть справити шкідливий вплив на здоров'я людей і на стан атмосферного повітря, видів і ступенів впливу на його стан фізичних та біологічних факторів (ст. 31 Закону України «Про охорону навколишнього природного середовища») [17].  
Облік здійснюється відповідно до постанови Кабінету Міністрів України від 13 грудня 2001 року № 1655 «Про затвердження Порядку ведення державного обліку в галузі охорони атмосферного повітря» [21].
Істотну роль у проведенні попереджувальних охоронних заходів відіграє моніторинг (ст. 32 Закону), який проводиться з метою отримання, збирання, оброблення, збереження та аналізу інформації про викиди забруднюючих речовин та рівень забруднення атмосферного повітря, оцінки та прогнозування його змін і ступеня небезпечності та розроблення науково обґрунтованих рекомендацій для прийняття рішень у галузі охорони атмосферного повітря.
Здійснення контрольних заходів у галузі охорони атмосферного повітря передбачено у розділі II Закону України «Про охорону атмосферного повітря» (статті 27-30). Ці заходи мають на меті забезпечення дотримання вимог законодавства про охорону атмосферного повітря місцевими органами виконавчої влади, органами місцевого самоврядування, посадовими особами цих органів, а також підприємствами, установами, організаціями та громадянами [17].
Основними організаційними та технологічними методами боротьби із забрудненням повітря такі:

  • скорочення кількості електростанцій за рахунок будівництва більш потужних, обладнаних новітніми системами очищення й утилізації газових и очищення й утилізації газовихта пилових викидів;
  • очищення вугілля до його використання на ТЕС;
  •  заміна вугілля і мазуту на ТЕС екологічно чистим паливом — газом;

Особливе значення в очищенні атмосферного повітря має озеленення міст і сіл, особливо промислових зон.
Не виключається можливість здійснення й інших заходів, які забезпечують належну охорону атмосферного повітря [22].
Висновки

Отже, під час виконання даного курсового проекту було здійснено моделювання та прогнозування приземних концентрацій забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел.
В першому розділі здійснено загальну характеристику забруднення атмосфери джерелами природного та техногенного походження. Описаний промисловий розвиток Вінницької області та вплив його на якісний стан атмосфери. Галуззю підприємства, яка є основним джерелом забруднення атмосфери є енергетична галузь. Потужним представником даної промисловості у Вінницькій області є Ладижинська теплова електростанція. В результаті діяльності якої викидається велика кількість шкідливих і небезпечних забруднюючих речовин. Тому в даному розділі також описані  заходи, які проводяться на Ладижинській ТЕС для зменшення шкідливих викидів.
В другому розділі обрано найбільш оптимальне програмне забезпечення для моделювання та прогнозування концентрацій забруднюючих речовин від стаціонарних джерел. Це такі програми як: Мathcad, MS Excel, ОНД-86. Також відповідно до варіанту завдання, введено вихідні дані, для  проведення розрахунків максимальних концентрацій забруднюючих речовин, побудови карти розсіювання підприємств №3, №7 і №8 і здійснення прогнозування забруднення атмосфери.
        У третьому розділі розрахувано за допомогою Mathcad для заданих трьох підприємств м. Вінниці максимальні концентрації і відстані, на яких досягаються максимальні концентрації забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел методикою ОНД-86. Побудувано карту розсіювання забруднюючих речовин і здійснено прогнозування за допомогою MS Excel забруднення атмосфери на основі даних спостережень за один місяць. Для прогнозу використовували лінійну, поліноміальну (2-го, 3-го степеня), експоненціальну, логарифмічну, степеневу залежності.  
У четвертому розділі проаналізовано та оцінено стан атмосферного повітря у Вінницькій області за допомогою екологічного моніторингу. Розглянуто гранично-допустимі викиди різних речовин та їх перевищення. Екологічний моніторинг також виконує істотну роль у проведенні попереджувальних охоронних заходів. Тому на основі проведених досліджень розроблено науково обґрунтовані рекомендацій для зменшення шкідливих викидів та прийняття рішень у галузі охорони атмосферного повітря.

 

    

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Владимиров А.М. і ін. Охорона навколишнього середовища. Харків: 1991. – 326 c.
2. Болбас М.М. Основи промислової екології. Київ : 1999. – 280 с.
3. Гавриленко О. П. Сучасний стан та основні проблеми ресурсів атмосферного повітря в Україні. − К. : Знання, 2008. – 646 с.
4. http://golob.narod.ru/greenregion.html
5. http://www.experts.in.ua/regions/detail.php?ID=4312
6. http://www.geograf.com.ua/uk/referatbank/referathuman/1123
7. Г. О. Білявський, Р. С. фурдуй. Основи екологічних знань: Підручник. – К: Либідь, 1997. – 288 с.
8. http://www.zakhidenergo.ua/ua/subsections.php?s=ltes
9. Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. -М.: Мир, 1998.-375 с.
10. ВнуковА.К.Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. Справочник. М.: Энергоатомиздат.1992.- 175 с.
11. http://vineco.ucoz.org/_ld/0/60_Jkb.doc.
12. Петрук В.Г., Володарський Є.Т., Мокін В.Б. Основи науково-дослідної роботи. Навчальний посібник / Під ред. д.т.н. Петрука В.Г. – Вінниця: УНІВЕРСУМ – Вінниця, 2005. – 144 с.
13. Пискунова Е.Г., Тлисов М.И., Шаповалов А.В. Численное моделирование локального и мезомасштабного распространения загрязняющих веществ в атмосфере.-Нальчик, 2005г.-75 с
14. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1995.-265 с.
15. Ковальчук П. І. Моделювання і прогнозування стану навколишнього середовища: Навч. Посібник. – К.: Либідь, 2003. – 208 с.
16. Згуровский М. З., Скопецкий В. В., Хрущ В. Х. и др. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде. – К., 1997.
17. Закон України «Про охорону навколишнього природного середовища». Відомості Верховної Ради, 1991, № 41.
18. Ю.А. Злобін. Основи екології. К.: Лібра, 1998.
19. Постанова Кабінету Міністрів України №391, від 30.03.1998р. «Про затвердження Положення про державну систему моніторингу довкілля».
20. http://vinnitsa.com/vineco/rozdil/ekosit/mon.htm
21. Постанова Кабінету Міністрів України від 13 грудня 2001 року №1655 «Про затвердження Порядку ведення державного обліку в галузі охорони атмосферного повітря».
22. Гиляров А.М. Популярна екологія - М.: МГУ, 1990.
   

Скачати

Види навчальних матеріалів: 
Оцінка: 
0
No votes yet