Monografia. Inżynieria Środowiska

Type: Collection of books

Collection items (5)


Wartościowanie ocen ekologicznych systemów i technologii w gospodarce odpadami i ich wykorzystanie w analizie decyzyjnej

Generowicz, Agnieszka
Book
2013
Każda technologia lub system technologiczny w gospodarce odpadami powinien być oceniony wieloaspektowo w zakresie swojego funkcjonowania. Celem niniejszej pracy było opracowanie metodyki takiej oceny w aspekcie ekologicznym. Jako narzędzia oceny, porównania wariantów i wyboru wariantu najkorzystniejszego, w aspekcie jego oddziaływania na środowisko, wykorzystano analizę decyzyjną. Warunkami poprawnie przeprowadzonej analizy są: zapis kryteriów oceniających w postaci macierzy (tablicy) liczb, która stanowi formalny zapis problemu decyzyjnego (wielokryterialnego) oraz opracowanie ocenianych wariantów. Celem pracy było wykorzystanie analizy wielokryterialnej do opracowania metodyki oceny, porównania i wyboru wariantu najkorzystniejszego dla środowiska naturalnego: technologii, systemów gospodarki odpadami lub potencjalnych lokalizacji obiektów gospodarki odpadami. Wynikiem analizy decyzyjnej jest uszeregowanie ocenianych wariantów od najbardziej do najmniej korzystnego w aspekcie środowiskowym. Najtrudniejszym zadaniem, a jednocześnie warunkującym ostateczne rozwiązanie jest opracowanie metodyki i obliczenie kryteriów oceniających proponowane warianty obliczeniowe. Dla porównania technologii wykorzystano warianty modernizacji technologii produkcji chromianu sodu z zastosowaniem odpadów chromowych. Do oceny wariantów wykorzystano ocenę skutków ekologicznych na podstawie procesu w ujęciu rachunku skumulowanego i jakości technologicznej. Punktem wyjścia do analizy jest szczegółowy bilans materiałowy dla każdego wariantu ocenianej technologii. Na podstawie bilansu określa się skutki emisji do atmosfery, zrzutu ścieków i odpadów stałych. W wyniku obliczeń uzyskuje się tzw. wskaźniki zagrożeń skumulowanych, które wykorzystuje się w analizie decyzyjnej jako wartości macierzy decyzyjnej. Wskaźniki zagrożeń skumulowanych w rachunku skumulowanym zastosowano jako wskaźniki oceny środowiskowej w analizie decyzyjnej systemu gospodarki odpadami. Rozważono różne warianty systemu. Dla każdej z technologii obliczono wskaźniki zagrożeń skumulowanych, które wykorzystano jako kryteria oceniające w analizie wielokryterialnej. Użycie analizy pozwoliło na zestawienie wskaźników zagrożeń skumulowanych w macierzy decyzyjnej i ujęcie poszczególnych technologii w kompleksowy system gospodarki odpadami. Do określenia kompleksowych skutków ekologicznych funkcjonowania systemów gospodarki odpadami w regionie wykorzystano również program Integrated Waste Model (IWM-2). Program pozwala na zbilansowanie emisji (Life Cycle Inventory) na podstawie zdefiniowanych i zbilansowanych procesów jednostkowych systemu. Emisje jako kryteria do analizy wielokryterialnej systemu gospodarki odpadami w Krakowie pozwoliły na znalezienie rozwiązania systemu najkorzystniejszego środowiskowo. Analiza i wariantowanie lokalizacji instalacji opierają się na analizie rozkładu zanieczyszczeń wpisanej w opis sozologiczny, zdefiniowany w warstwach tematycznych mapy sozologicznej. W wyniku przeprowadzonych obliczeń otrzymuje się macierz, której składowe oznaczają odchylenia stężeń substancji zanieczyszczającej w punktach krytycznych obszaru obliczeniowego od wartości dopuszczalnych z uwzględnieniem wartości i walorów analizowanego obszaru uwzględnionego poprzez mapy tematyczne opracowane w systemie GIS. Obliczony wskaźnik jakości środowiska stanowi kryteria do analizy decyzyjnej, porządkującej warianty, przy przyjętych wagach uwarunkowań przyrodniczo-sozologicznych. Proponowana metodyka zapewnia możliwość ilościowej, zobiektywizowanej oceny rozwiązań technologii, systemów gospodarki odpadami oraz potencjalnych lokalizacji obiektów i instalacji w gospodarce odpadami, w aspekcie ich oddziaływania na środowisko.




Modelowanie transportu zanieczyszczeń w ciekach powierzchniowych

Bielski, Andrzej
Book
2011
W pracy opisano model transportu masy dla nieustalonych warunków przepływów i stężeń. W modelu uwzględniono szybkości procesów chemicznych, biochemicznych lub fizycznych, jakim podlega transportowana substancja.Na ogólną postać modelu złożyły się następujące równania: ciągłości przepływu, bilansu pędu, adwekcyjno-dyspersyjnego transportu masy z uwzględnieniem szybkości procesów wpływających na stężenie transportowanej substancji, szybkości adsorpcji lub absorpcji, równania pomocnicze.Celem niniejszej pracy było wyznaczanie wartości współczynników modelu przepływu i transportu masy na podstawie wyników pomiarów przepływów i stężeń w określonym przekroju rzeki w warunkach nieustalonych przepływów i nieustalonych stężeń.Napisany został program komputerowy, który minimalizując sumę kwadratów odchyleń między zmierzonymi w czasie badań terenowych i obliczonymi z odpowiednich modeli wartościami przepływów lub stężeń określonej substancji, umożliwił wyznaczanie wartości współczynników modeli cząstkowych: przepływu i transportu masy. Stwierdzono, że wyznaczanie zbyt dużej ilości współczynników modeli cząstkowych na podstawie fali przepływu lub stężenia może prowadzić do wyników niepewnych. W takich wypadkach konieczne są dodatkowe informacje umożliwiające odrzucenie rozwiązań nieprawdziwych.Substancja transportowana przez wodę może dyfundować przez powierzchnię kontaktu do fazy stałej materiału dna cieku. Tam może ulegać dalszym przemianom chemicznym, biochemicznym lub adsorpcji.Wyznaczenie współczynnika dyspersji wzdłużnej na podstawie przejścia fali znacznika przez określony przekrój kontrolno-pomiarowy może wymagać stosowania modelu transportu masy z równoczesną reakcją chemiczną, uwzględniającego szybkość adsorpcji lub absorpcji.Przeanalizowano szczegółowo zagadnienia transportu masy przez granicę faz dla stanów ustalonych i nieustalonych.Wyprowadzono szereg równań określających ogólną szybkość procesu w odniesieniu do fazy stałej. Równania takie mogą być wykorzystane przy budowaniu ogólnych modeli transportu masy w ciekach powierzchniowych, zbiornikach wodnych, wodach podziemnych. Sformułowano nowy model przenikania masy przez granicę faz, dla potrzeb obliczeń w stanach nieustalonych. Wprowadzono poprawkę (tzw. poprawkę do modelu Whitmana) do równania transportu masy, uwzględniającego procesy adsorpcyjno-absorpcyjne, która zwiększa dokładność modelu przenikania masy przez granicę faz w przypadku okresowych zmian stężeń.Określono wyprzedzenie w czasie ekstremum gradientu stężenia w umownie stałej fazie adsorpcyjnej lub absorpcyjnej w stosunku do ekstremum stężenia w fazie ciekłej. Sformułowano warunek występowania procesu adsorpcji lub absorpcji przy równocześnie zachodzącej reakcji chemicznej bez możliwości desorpcji.Przeanalizowano istniejące i podano nowe metody doboru wartości parametrów dla schematów numerycznych zapewniających możliwie niską dyfuzję numeryczną.Zbadano wpływ adwekcyjnej liczby Couranta na wartość globalnego ilorazu współczynników tłumień amplitudy fali stężenia w przypadku równania adwekcji oraz wpływ dyfuzyjnej liczby Couranta na wartość globalnego ilorazu współczynników tłumień amplitudy fali stężenia w przypadku równania dyfuzji.Stwierdzono, że w przypadku transportu adwekcyjnego z równoczesną reakcją chemiczną przebiegającą według mechanizmu jednocząsteczkowego pierwszego rzędu, powodującą zanik transportowanej substancji, typ warunku stabilności jawnego schematu numerycznego zależy od znaku różnicy między liczbą 1 a sumą adwekcyjnej liczby Couranta i iloczynu stałej szybkości procesu oraz kroku czasu Dt. Jeżeli różnica jest dodatnia, to suma adwekcyjnej liczby Couranta i iloczynu stałej szybkości procesu i kroku czasu powinna być mniejsza od 1, przy czym iloczyn musi być mniejszy od 1; w przeciwnym razie suma adwekcyjnej liczby Couranta i połowy iloczynu stałej szybkości procesu i kroku czasu powinna być mniejsza od 1, przy czym iloczyn musi być mniejszy od 2. Zauważono, że jawny schemat numeryczny dla równania dyfuzji może przy dostatecznie niskiej dyfuzyjnej liczbie Couranta powodować tłumienie amplitudy fali słabsze, niż wynikałoby to z rozwiązania dokładnego. Wówczas iloraz współczynników tłumień jest liczbą większą od 1.Można domniemywać, że model transportu masy uwzględniający szybkość procesów absorpcyjno-adsorpcyjnych będzie również mógł być wykorzystany do analizy propagacji fali stężenia w przypadku występowania stref stagnacji w rzece. Takie zastosowanie modelu musi być jednak potwierdzone odpowiednimi badaniami.Z punktu widzenia problematyki propagacji zanieczyszczeń interesujące byłoby również przeprowadzenie badań mających na celu określenie wpływu pominięcia lub uwzględnienia w równaniu bilansu pędu efektów związanych z nierównomiernym rozkładem prędkości podłużnej w przekroju cieku oraz naprężeń turbulentnych na wartości współczynników modelu transportu masy.