Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Система контроля окружающей природой среды в социалистической Республике Вьетнам 10
1.1. Государственные органы СРВ, ответственные за контроль окружающей среды 10
1.2. Нормативные документы в области контроля загрязнения окружающей природной среды в СРВ 16
1.3 Сравнительный анализ Российских нормативов и нормативов СРВ 18
Глава 2. Математическое моделирование распространения загрязнений в воздушной среде 23
2.1. Модели и этапы моделирования 23
2.2. Качественное описание и количественное описание состояния тропосферы 29
2.2.1. Качественное описание состояния тропосферы. 29
2.2.2. Классификация количественных моделей распространения примесей в воздухе 34
2.3. Построение математической модели распространения загрязнений атмосферы выбросами нефтегазоперерабатывающего комплекса 43
2.3.1. Влияние метеорологических факторов на распрострадание загрязняющих веществ 45
2.3.2. Этапы построения модели загрязнения воздушного бассейна 47
2.3.3. Комплексная математическая модель распространения вредных токсичных веществ в воздушной среде 48
2.4. Алгоритм расчета по комплексной математической модели распространения вредных веществ в воздушной среде 54
2.4.1. Алгоритм расчета по эмпирической составляющей модели 54
2.4.2. Алгоритм расчета по диффузионной составляющей комплексной модели 64
2.4.3. Алгоритм расчета по статистической составляющей комплексной модели 73
2.4.4. Качественные выводы по результатам расчета 83
2.5. Выводы по главе 86
Глава 3. Системы экологического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха 88
3.1. Автоматизированной системы экологического мониторинга нефтегазоперерабатывающего комплекса 88
3.2. Техническая реализация АСЭМ для ГПК. 93
3.3. Фотометрический метод контроля вредных веществ в воздухе 110
3.3.1. Фотометрический метод контроля вредных веществ в воздухе и фотометрический газоанализатор 110
3.3.2. Принципиальная структура системы экологического мониторинга загрязнения атмосферы на основании использования газоанализатора поколения «Космос III» 122
Основные результаты работы 126
Приложение 128
Список литературы 144
- Государственные органы СРВ, ответственные за контроль окружающей среды
- Комплексная математическая модель распространения вредных токсичных веществ в воздушной среде
- Автоматизированной системы экологического мониторинга нефтегазоперерабатывающего комплекса
- Принципиальная структура системы экологического мониторинга загрязнения атмосферы на основании использования газоанализатора поколения «Космос III»
Государственные органы СРВ, ответственные за контроль окружающей среды
В СРВ организацией, ответственной за контроль окружающей среды, является Министерство Науки, Технологии и Окружающей среды (MOSTE)[l]. Своим Решением Номер 545-QD/TCCB от 7-ого октября 1993г Министр Министерства Науки, Технологии и Окружающей среды создал Национальное Агентство Окружающей Среды (NEA). NEA принадлежит к MOSTE и осуществит объединенное управление действий по защите окружающей природой среды по всей стране. Организационалъ-ная структура NEA показана на Рис. 1.1. Главными задачами NEA являются:
Изучение планов, политики, законодательств и инструкций по защите окружающей среды.
Организация методологического и профессионального исследования по защите окружающей среды.
Организация выполнения Государственного плана для Окружающей среды и поддержания Развития
Оценка экологического воздействия (EIA) относительно проектов развития
Развитие и управление системами экологического мониторинга, периодическая оценка и прогноза экологического состояния окружающей среды.
Проведение обучения по защите окружающей среде.
Осуществление функции государственного управления по защите окружающей среды.
Контроль отходов и загрязнения окружающей среды, решение всех вопросов, касающихся инцидентов окружающей среды.
Сбор, обработка и распространение информации о окружающей среде
Являющееся фокусом для выполнения Национального Плана Действия Биологического Разнообразия и Соглашения по Биологическому Разнообразию.
Проведение международного сотрудничества по защите окружающей среды.
В министерствах и провинциях существуют отраслевые и провинциальные комитеты науки, технологии и защиты окружающей природной среды, которые решают экологические вопросы в своих областях, территориях и по своим функциям деятельности. Эти комитеты вместе NEA создают единую систему контроля окружающей среды во Вьетнаме.
Существуют и институты, центры защиты окружающей среды университетов и министерств, которые проводят исследовательные работы в области экологии и играют инженерную и консультативную роль в проведении работ по выполнению различных проектов защиты окружающей природной среды.
Кроме того в стране создана национальная система экологического мониторинга со стационарными станциями (таблица. 1.1.), расположенными по всей территории с севера до юга. Эти станции экологического мониторинга служат сбору данных информации о состоянии окружающей среды. На основании этих данных делается прогноз экологического состояния различных районов страны.
Комплексная математическая модель распространения вредных токсичных веществ в воздушной среде
Как уже говорилось, одним из источников загрязнения воздушной среды на ГПК и близлежащих районах являются вентиляционные и технологические выбросы. Не всегда удается найти способ очистки выбросов, а современное состояние технологии в газовой отрасли таково, что не позволяет полностью исключить эти выбросы в атмосферу. Кроме того, проблема очистки воздушной среды связана с многомиллионными расходами и требует комплексного научно-обоснованного подхода. Одним из первых этапов решения проблемы является создание математических моделей. В сочетании с оперативной службой мониторинга, математическое моделирование позволяет провести контроль текущего состояния атмосферы, а также предвидеть опасные периоды высокой загрязненности воздушной среды вредными токсичными веществами, выбрасываемыми газоперерабатывающим заводом.
Информацией, необходимой при построении модели являются три группы параметров: источника, среды и граничные условия [24]
К параметрам источника относятся: скорость выброса загрязняющих веществ в атмосферу, тип источника (точечный, линейный, поверхностный), характер работы источника (разовый, периодический, постоянный), свойства вещества выбрасываемого в атмосферу.
В группу параметров среды входят: градиент температуры (горизонтальный и вертикальный), направление и скорость ветра, облачность, осадки, влажность, значение фоновых концентраций примеси в атмосфере и др.
К группе параметров граничных условий относятся: свойства поверхности (например, шероховатость), температура поверхности, высота инверсии.
Важную роль в описании источников выбросов имеют технологические параметры источника, которые определяют процесс эмиссии загрязнений в атмосферу. К таким параметрам относятся: объем газовоздушной смеси и перегрев выбрасываемых газов относительно окружающей среды, создающие дополнительный начальный подъем струи газов.
Выбросы, поступающие из дымовых и вентиляционных труб и отверстий, обычно обладают начальной скоростью подъема и часто перегреты относительно окружающего воздуха. Предпринималось много попыток схематизации исследуемого процесса. При слабом ветре отчетливо видно, что дым сначала распространяется почти вертикально вверх и только на некотором уровне начинает распространяться горизонтально. Поэтому необходимо учитывать начальный подъем примеси АН и рассматривать источник, расположенный на более высоком уровне (Не - Н +АН) обычно называемом эффективной высотой источника. Таким образом задача сводится к определению АН в зависимости от скорости ветра, перегрева примеси и других факторов.
Известно большое число различных формул для определения начального подъема примеси [30,35,36].
Однако ни одна из многочисленных формул не может быть универсальной прежде всего из-за недостатка экспериментальных данных. Этот недостаток обусловлен, главным образом, трудностями проведения наблюдений, особенно трудностями обнаружения струи на больших расстояниях от источника. Во многих случаях подъем дымовой струи продолжается после того, как она стала невидимой, что приводит к противоречию, когда за высоту подъема принимается видимая высота распространения струи.
В работе [37] было проведено ряд исследований, вследствие чего была предложена приближенная формула для определения начального подъема струи где U - скорость ветра; R - радиус устья трубы; W0, AT - скорость и перегрев выхлопных газов; Тв - температура окружающей среды.
Загрязнение атмосферы зависит не только от объемов выбросов вредных веществ, но и от того как эти вещества будут распространяться в воздушной среде под действием метеофакторов. В начале главы подробно рассмотрены факторы, влияющие на рассеивание примесей в воздушной среде.
Для полного математического описания процесса загрязнения атмосферы выбросами газоперерабатывающего комплекса, учитывающего метеорологические условия, географические особенности и рельеф местности в окрестности завода, в настоящей работе предлагается создание единой комплексной модели прогноза [48,73]. Части этой модели могут использоваться как в отдельности, так и в совокупности, в зависимости от целей прогноза загрязнения окружающей среды.
К комплексной модели предъявляются ряд требований:
- модель должна осуществлять прогноз загрязнения атмосферы от существующих источников выброса вредных веществ при различных атмосферных условиях, которые могут быть оперативно измерены;
- модель должна обеспечивать проведение всех видов прогноза;
- простота вычислительных алгоритмов.
С учетом этих требований комплексная модель включает:
- эмпирическую модель в качестве предварительной;
- статистическую модель, рассчитанную на применение в период установившихся атмосферных процессов, а также для оперативного прогноза; - физическую диффузионную модель, предназначенную для использования в наиболее сложных атмосферных условиях и краткосрочных прогнозах.
При выборе эмпирической модели, т.е. модели, основанной на сходстве наблюдаемых ситуаций, используется опыт прогнозирования загрязнения воздуха и метеорологических условий накопленного в Главной геофизической обсерватории (ГГО).
Существует ряд прогностических элементов, которые могут быть физически соотнесены с условиями диффузии загрязняющих веществ и поведением факелов выбросов. Последние в свою очередь связаны с типом атмосферной циркуляции, суточным ходом температурных процессов и синоптическими особенностями атмосферы. Сложность прогнозирования состоит в том, что отдельные элементы модели дают недостаточно точные решения для реального прогноза, в особенности в условиях опасных ситуаций, когда требуется принять решение по ограничению выбросов. Поэтому создание достоверной прогностической схемы требует накопления большого экспериментального материала, учитывающего все многообразие практических ситуаций загрязнения атмосферного воздуха и позволяющего составить специальные таблицы с предсказываемыми значениями концентраций загрязняющих веществ. При этом компьютерная система должна позволять оперативно изменять состав и числовые показатели предиктов в процессе прогнозирования.
Особенностью модели является то, что она помимо предсказания концентрации загрязнителя дает возможность прогнозировать значения используемых в ней предиктов.
Автоматизированной системы экологического мониторинга нефтегазоперерабатывающего комплекса
На АГГЖ содержание сероводорода в сырье достигает 25%. Для успешной и безопасной работы предприятия необходимо осуществлять оперативный контроль за состоянием атмосферы в районе газоперерабатывающего завода. Важность этой проблемы обусловлена высокой токсичностью выбрасываемых веществ, большими объемами перерабатываемого газа [50].
Загрязнение воздуха происходит как от высотных, так и от низких источников, при этом приземная концентрация вредных веществ может превысить санитарные нормы на значительном расстоянии от промышленной площадки.
Наибольшую опасность представляют низкие источники загрязнения, которые выбрасывают в атмосферу вредные вещества. Причинами появления этих источников могут быть как утечки через аварийные разрывы оборудования на различных стадиях процесса, так и неблагоприятные метеорологические условия, интенсифицирующие накопление вредных высокотоксичных выбросов в приземных слоях атмосферы санитарной зоны предприятия. В результате создаются загазованные зоны, в которых концентрации загрязняющих веществ могут быть опасными и даже смертельными для человека. При аварийных выбросах такие зоны образуются в течение нескольких секунд с последующим распространением загрязнителя на значительные расстояния от источников выброса [51]. В связи с вышеизложенным для принятия своевременных управляющих решений необходимо оперативно выявлять зоны загрязнения, отслеживать и прогнозировать скорость движения и концентрацию вредных веществ в зависимости от сложившейся ситуации, своевременно по мере необходимости управлять технологическим процессом АГПК в режиме реального времени. Организацию эффективного контроля за загрязнением воздуха в районе ГПК можно осуществлять с помощью автоматизированной системы экологического мониторинга загрязняющих веществ (АСЭМ).
В основу концепции экологического мониторинга ГПК был положен интегрированный подход, что предусматривает создание системы, выполняющей весь комплекс необходимых операций, включая:
- первичные измерения;
- сбор, передачу, накопление и обработку полученных данных;
- сбор, передачу, накопление и обработку полученных данных;
- анализ экологической ситуации;
- поддержку принятия решений по управлению экологической обстановкой;
- распределение результатов мониторинга между пользователями АСЭМ в данном случае можно представить в виде блок-схемы (рис. 3.1).
К системе в целом предъявляются следующие технические требования:
- система должна иметь распределенные по площади контролируемого района автоматизированные станции контроля, укомплектованные метеодатчиками и автоматическими газоанализаторами вредных веществ;
- количество станций зависит от требуемой точности определения и площади, на которой контролируется загрязнение воздуха.
Концентрация загрязнителей зависит как от выбросов рассматриваемого предприятия, так и от метеоусловий, рельефа местности. Поэтому система экологического мониторинга окружающей среды представляет собой разветвленную сеть непрерывно действующих датчиков концентрации вредных веществ и метеопараметров; аппаратуру сбора и обработки их информации с использованием персонального компьютера (ПК) [52].
Применение ПК обуславливает возможность реализации автоматизированной системы сбора, обработки и хранения информации, т.е. создание набора программ, связанных единой управляющей системой. Источниками информации являются датчики, которые располагаются на разных участках контролируемого региона. Станции контроля должны располагаться так, чтобы при любом направлении ветра ни один из источников выбросов не оставался без контроля.
Можно выделить три основных типа автоматизированных систем экологического мониторинга окружающей среды:
- промышленные системы, контролирующие выбросы определенного предприятия и степень загрязнения воздуха в районе расположения предприятия;
- городские системы, предназначенные для измерения уровня загрязнения атмосферы городов выбросами промышленных предприятий, расположенных в данном городе;
- региональные системы, рассчитанные на сбор и статистическую обработку данных о загрязнении на значительной территории.
Система автоматизированного мониторинга и управления загрязнением атмосферы предназначена для своевременного обнаружения вредных компонентов в приземном слое воздуха населенных пунктов, близлежащих к Астраханскому газоперерабатывающему комплексу, в его санитарной зоне, сигнализации в случае, если их концентрация превышает санитарные нормы, а также для управления выбросами источников ГПК соответствующим воздействием на технологический процесс [53].
Основные функции системы экологического мониторинга:
- измерение содержания вредных компонентов в воздухе: сероводорода, сернистого газа, окислов азота, окиси углерода, углеродов и меркаптанов;
-измерение метеорологических параметров: скорости и направления ветра, влажности и температуры воздуха, количества осадков;
-сбор и передача различного вида информации по каналу;
-обработка информации на центральном пункте: индикация измерений; цветовая индикация превышения концентраций; отображение в виде графиков; ведение базы данных и ее резервное копирование; протоколирование; прогнозирование; -сигнализация в случае превышения ПДК (предельно-допустимая концентрация).
Структурная схема автоматизированной системы экологического мониторинга и управления выбросами вредных веществ ГПК представлена на рисунке 3.2.
Принципиальная структура системы экологического мониторинга загрязнения атмосферы на основании использования газоанализатора поколения «Космос III»
Как и сказано в 3.2.1, газоанализатор "Космос III", при эксплуатации на Земле может работать без обслуживания и может полностью заменить роль дорогостоящих РСН со многими газоанализаторами различных типов. Микропроцессорная электроника позволяет передавать полученную информацию через стандартный модем с использованием стандартной программы "q модем" любому пользователю. На основании использования газоанализатора поколения «Космос III», структурная схема АСЭМ представляет как на рис.3.9.
Здесь кроме связи между центром мониторинга и сетью РСН- газоанализаторов «Космос III», по требованиям может быть также уста-новленна связь между любым РСН «Космос III» с любым непосредственным пользователем измеряемых прибором данных о концентрациях различных загрязнителей в любом реальном времени.
Связи ЦМ с фотометрическими газоанализаторами «КосмосШ» и удаленными терминалами и одельными пользователями осуществуются по радио и/или телефонному каналу с возможностью двухстороннего инициирования сеансов.
Технология обработки информации, работа всех комплексов в ЦМ и поддержка запросов пользователей удаленных терминалов осущест-вуются так же как в пункте 3.2.1.
