CC BY
32
личестве 0,5 мг-экв/л или 482 т/год. Суммарное поглощение С02 в данном случае составит 3259 т/год.
Подобная укрупненная оценка объемов техногенного стока С02 из окружающей среды позволяет прогнозировать удельную эффективность в размере 2,4 тонны С02 на 1 МВт выработанной энергии. Сокращаемые по предлагаемой технологии выбросы углекислоты не просто перестают поступать в окружающий атмосферный воздух, а связываются химически и создают безвозвратный техногенный сток углекислого газа.
Если принять, с некоторым запасом, общее мировое годовое производство электроэнергии на теплоэнергетических объектах (включая атомные) на уровне 20 000 ТВт-час, то при глобальном их переводе на предлагаемую систему водопользования можно ожидать безвозвратный техногенный сток из атмосферы углекислого газа в количестве около 48 млрд. тонн ежегодно. Производство электроэнергии в России ориентировочно составляет 1000 ТВт-час, что равняется безвозвратному стоку углекислого газа в размере 2,40 млрд. тонн в год или 48 млрд. евро (рыночная стоимость квоты на выброс 1 миллиона тонн С02 колеблется в пределах 20-45 миллионов евро).
Однако безвозвратный техногенный сток углекислого газа из атмосферы - это лишь десятая часть от объема возможных сокращений выбросов на теплоэлектростанциях в результате экономии органического топлива при выработке электроэнергии. Без учета атомных (где это отразится только на экономических показателях) на теплоэлектростанциях за счет экономии органического топлива на выработку электроэнергии можно ожидать сокращение выбросов на 384 млрд. тонн углекислого газа ежегодно.
УДК 519.863:504.6 К.Л. Иванушкин
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ОПТИМИЗАЦИИ ВЫБОРА ШУМОЗАЩИТНОГО МЕРОПРИЯТИЯ
В статье рассматриваются вопросы оценки акустического воздействия и автоматизированного подбора мероприятий по шумоглушению. На примере процесса подбора глушителей шума в системах механической вентиляции показана возможность построения оптимизационной модели, которая позволяет осуществлять проектирование сложных схем шумозащи-ты с учетом условий применимости используемых средств. Для решения задачи предложена целевая функция, полученная на основе критерия минимума финансовых затрат.
The article describes aspects of environmental noise estimation and automated choice of noise control actions. The possibility of optimization model construction is shown in the example of sound attenuators parameters in ventilation systems ducts. With taking into account any additional conditions of sound attenuators application the model is suggested as a method of designing for complex noise abatement programs. Proposed as a solution of the problem the objective function is based on the criterion of a minimum of financial cost.
Шум является одним из наиболее распространенных и агрессивных факторов загрязнения окружающей среды. Гигиеническими исследованиями
установлено, что шум мешает нормальному отдыху, трудовой деятельности людей и является причиной многих заболеваний. В настоящее время проблеме неблагоприятной акустической обстановки уделяется высокое внимание. Применяемые сегодня методы оценки акустического качества и защиты окружающей среды многообразны. Комплекс мер по защите от шума не ограничивается инженерными или техническими средствами [1], поэтому проектирование эффективной комплексной схемы шумозащиты объекта является крайне трудоёмкой задачей.
Основой всех правовых, организационных и технических мер по снижению шумности является правильная оценка уровня шумового воздействия на человека. Соблюдение допустимых значений уровней шума имеет смысл лишь в случае, когда известно, как измеренные уровни шума связаны с результатами его воздействия. При этом речь идет о суммарном воздействии на человека, а не об оценке отдельных эффектов. Каждое предприятие имеет свой набор оборудования, которое характеризуется определенными характеристиками звукоизлучения, таким образом, каждый объект оказывает разное воздействие на окружающую среду.
Методика проведения акустического расчета представляет собой сложный расчётный алгоритм, где получаемый результат основан на сериях длительных и громоздких вычислений. В силу сегодняшнего высокого уровня развития информационных систем и внедрения в практику инженерного проектирования программных средств машинного счёта выполнение таких расчётов специалистами в проектных организациях требует использования соответствующих программных продуктов. Разработка последних, в свою очередь, также требует детального подхода и предельного соответствия расчётной методике. На практике число таких средств весьма ограниченно, они обладают рядом важных недостатков, ограничивающих их применение или негативно сказывающихся на результатах расчёта. В основе вычислительного комплекса должна лежать система имитационного моделирования воздействия шумов и вибраций машин, установок, производственных участков на окружающую среду, реализующая следующие основные функции:
1. Построение исходной имитационной модели объекта.
2. Имитация акустического и вибрационного воздействий на заданном интервале времени.
3. Анализ воздействия источников шума и вибраций на различных интервалах времени по результатам имитационного моделирования.
4. Выбор шумозащитного и (или) виброзащитного мероприятия, который может проводиться как для проектируемого объекта, так и для действующего предприятия.
Последняя задача представляет наибольший исследовательский интерес. Для выбора решений шумозащиты (виброзащиты) можно выделить два метода на основе существующих методик:
— разработка итерационного метода с целью решения задачи выбора мероприятий по шумозащите для сложных производственных объектов;
— разработка экономико-математической модели оптимизации выбора мероприятий по шумозащите (виброзащите) на основании критерия мини-
мума приведённых затрат и с использованием методов линейного целочисленного программирования.
Предлагается рассмотреть второй подход.
Исходные данные для решения задачи моделирования виброакусти-ческого воздействия:
— источники шума: множество K = {1,..., k,...n¡c};
— режим работы источников;
— нормативные уровни звука: множество Ld = {1, l, ... пд};
— стоимость шумозащиты Зсум., руб.
Для учёта дисперсии звукового поля все частотно зависимые величины дополнительно отмечаются индексом i, включающим расчётные среднегеометрические частоты октавных полос f, Гц. Кроме того необходимо учесть произвольное (неравномерное) распределение источников шума по территории промышленной площадки; для этого оценку ожидаемых уровней звукового давления, уровней звука следует проводить в нескольких расчётных точках, описываемых множеством J, причём, каждой точке может соответствовать различное значение Ld j.
После расчёта уровней звукового давления (виброскорости, виброускорения) в заданной точке, в случае превышения нормативного уровня воздействия, установленного для данной территории, определяется требуемое снижение найденных уровней до допустимых значений. [4] Затем, на основании полученного снижения, а также других факторов подбирается шумозащи-та (виброзащита). Несовершенство подхода в том, что можно подобрать только одно решение для одного источника. Проблема требует комплексного решения, выгодного как с экологической, так и с экономической точки зрения. Задача состоит в оптимизации системы в целом. Необходимо предложить такие решения, такой эффективности, чтобы на границе СЗЗ (или в иных случаях необходимой оценки воздействия на известного реципиента) уровни звукового давления (виброскорости, виброускорения) не превышали их допустимых значений, установленных для данной территории. Задача может быть решена с использованием итерационной процедуры подбора, либо применением модели линейного (частично) целочисленного программирования.
Октавные уровни звукового давления в j-ой расчётной точке от k-го источника можно найти по следующей формуле [4]:
Lk = LWk — 20 • lg j +(&L,jk — ll)—’
где Lw ijk — уровень звуковой мощности k-го источника в j-ой точке на i-ой среднегеометрической частоте октавной полосы, дБ;
rjk — расстояние от k-го источника до^ой точки, м;
&LHjk — показатель направленности k-го источника для j-ой точки, дБ;
ра — поправка на поглощение звука в воздухе, дБ/км.
С учётом снижения уровня звукового давления от установки средства шумозащиты (или другого мероприятия) g-го вида (типоразмера):
Цл = Ь„к -20• ^у +(Д!„Д -“ Х Х^ ■ х'*>■
1000 VseSVgeG
где ЛЬ^ - показатель эффективности средства шумозащиты g-гo типоразмера 5-го класса на /-ой среднегеометрической частоте октавной полосы, дБ; Xк& — бинарная переменная, принимающая значения , Г1, если в к - том источнике устанавливается gs - е средство,
[0, если в к - том источнике не устанавливается gs - е средство.
В результате расчёта получится конкретное значение уровня звукового давления Ь 'ук, дБ, для к-го источника шума ву-ой точке, причём
Ьук Ь ук ^2 ^2 ДЬigs Х kgs ,
VseS VgeG
а для совокупности источников шума
(
Lj — 10 • lg X10W'
L 'ijk ^X kgs
Vs Vg
VkeK
Выражение не является линейным относительно переменной X*kgs,
поэтому его необходимо привести к линейному виду. Выполняя преобразования логарифмов, получим:
0,1-L.. _, 0,1-LVi VfJ°’1Mjigs XkgS
10 j =i (10 ijk • 0,1VsVg ).
Vk
Поскольку i i Xlegs — Xk для Vk e K и X*kgs — {0,1} , то выбирает-
VseS VgeG
0,1L-7 ,
’ ijk __
ся только один вариант gs-гo средства для к-го источника: 10
0ДЬ'-к. 0,1ДЬ- , rX*kg'5*
(10 у • 0,1 ). Поэтому можно сделать следующий эквивалентный
переход:
0,1-Ь.. х—, 0,1Ь'.., ^ х—, 0,1Ь.
10 у =Х10 ук ЕХ 0,1 ^ • X .
Vk Vs Vg
Данные преобразования позволили привести выражение к линейному виду относительно переменной Xк& • Необходимо также, чтобы выполнялось условие единственности выбора средства шумозащиты в к-ом источнике
0,1-Ь.. х—, 0,ЬЬ'.., , 0,ЬДЬ.
10 у = £10 "к •(ЕЕ0,1 • Хк,+1 -Хк).
Vk Vs Vg
В каждой расчётной точке должно выполняться следующее условие: уровни звукового давления не должны превышать допустимых значений [4], установленных для данной территории, то есть: Ьу < Ьд у. Если рассматривать описанную схему для подбора глушителей в системах механической вентиляции, то можно ввести дополнительные условия:
1. Размеры глушителя а^ и (мм) должны быть больше или равны размеров воздуховода (канала) ак и Ьк (мм), в котором они устанавливаются.
2. Если размеры воздуховода (канала), в котором устанавливается g-
ый глушитель больше 500 мм, то выбирается пластинчатый глушитель, если меньше или равны 500 мм, то выбирается трубчатый глушитель. [3]
3. Площадь свободного сечения g-го глушителя ¥св расч к, устанавливаемого в к-ом источнике, должна быть больше или равна площади свободного сечения воздуховода (канала, шахты), в котором будет смонтирован этот глушитель. [3]
4. Скорость движения воздуха в g-ом глушителе Урасч к должна быть
больше или равна скорости движения воздуха в воздуховоде (канале), в котором устанавливается данный вид глушителя. [3]
5. Суммарные капитальные вложения от установки глушителей не должны превышать некоторого ограничения Кит'. [2]
В качестве функционала модели можно использовать приведённые затраты на установку и эксплуатацию g-го вида глушителя:
Зсум. ш Сgs • X kgs + Е н •X X X К* • х*&,
УкєК VgєG VkєK VgєG
где — текущие затраты на установку gs-го глушителя,р_уб.;
Ен — нормативный коэффициент эффективности;
— капитальные затраты на установку gs-го глушителя,р_уб.
Область допустимых значений Н модели задана системой ограничений:
' 0,Ш., 0,ЪА£. _ 0,ЬЬл ..
X10 ,]к • ( XX0,1 ^ • Х^ + 1 - хк) < 10 ^ V і є I, Vj є J
H =
VseS VgeG'
* X* < F
ce. табл-kgs kgs — ce. расч.к
Vk
Vk є K є K
Z Z Fc
VseS VgeG
ZI ZI Vтабл. kgs X kgs — Vpac4. к VsєS VgeG
ZZ Kgs * Xkgs < K- Vk є K
VseS VgeG
501 * X"kgs < max (o*; bk ) Vk є K max (o*; bk ) * X\gs < 500 Vk є K
Z Z Ogs * Xtgs — ak Vk є K
VsєS VgєG
Z Z bgs * Xkgs — bk Vk є K
VsєS VgєG
Z Z X* = X* Vk є K
VsєS VgєG
Xkgs = 10 Vg є G, Vk є K, Vs є S.
H.
что для всех
При этом необходимо найти такие Xkgs Xkgs e H будет выполняться условие:
/(xkT) = min X I I(Cg, + EH • Kg,) • X*g,,
VkeK VgeG VseS
что и представляет собой искомую целевую функцию.
Стоит отметить, что акустический расчёт сложен, трудоёмок, требует большого числа однотипных вычислений, включает определение целого ряда промежуточных значений и может накапливать существенную погрешность в ходе выполнения. Однако расчёты часто надёжнее измерений, когда
определяется среднее значение или невозможно выполнить измерения вследствие высоких уровней остаточного шума. Поэтому представленная модель может существенно сократить трудозатраты на принятие проектных решений и повысить их качество, в частности, для предприятий химической промышленности, металлургии, топливно-энергетического комплекса.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ 12.1.029-80. ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация. - Введ. 01.07.1981. - М.: Изд. стандартов, 2001. - Зс.
2. Ковригин С. Д. Архитектурно-строительная акустика/уч. пособие: Ковригин С. Д., Крышов С. И. - М.: Высш. шк., 1986. - 255 с.: 20 ил.
3. Руководство по расчёту и проектированию шумоглушения вентиляционных установок/НИИ строительной физики Госстроя СССР, ГПИ Сантех-проект Госстроя СССР, НИИСК: в развитие СНиП II—12—77 (раздел 8). - М.: Стройиздат, 1982. - 87 с.: 53 табл., 26 ил.
4. СНиП 23-03-2003. Защита от шума/НИИ строительной физики РААСН. - Введ. 30.06.2003. - М.: ЦПП, 2004. - 39 с.: табл.
УДК 628.316.12: 542.943: 628.349.094.3 Н.А. Иванцова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ФЕНОЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Получены некоторые экспериментальные результаты по окислению фенола с использованием ультрафиолетового излучения. Установлено, что степень деструкции достигает 99 %. Определено, что степень окислительной деструкции зависит от исходной концентрации фенола в системе и от времени обработки.
Experimental results on the oxidation of phenol using UV light are received. The degree of degradation reaches 99 %. It was determined that the degree of oxidative degradation depends on the initial concentration of phenol in the system and the processing time.
Высокие темпы загрязнения окружающей среды привели к тому, что во многих развивающихся странах мира остро встала проблема качества природных вод, связанная с загрязнением последних разнообразными органическими веществами искусственного происхождения.
Крупными источниками загрязнения природных вод органическими веществами, являются предприятия органического синтеза, нефтедобычи и нефтепереработки, городские системы и т.д. Перечень попадающих в окружающую среду загрязнителей так многообразен, что не представляется возможным осуществлять мониторинг состояния гидросферы по каждому из них в отдельности.
Весьма перспективными способами решения проблем очистки сточных вод от фенолов являются передовые окислительные технологии, в частности, фотохимические методы. К достоинствам фотохимических реакций относится лёгкость регулирования их скорости в широких пределах с изменением интенсивности светового потока, а также данные процессы безреагентны. Однако широкое применение подобных процессов с целью очистки сточных вод
