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1、清华大学环境科学与工程系环境系统分析第八章空气污染控制系统规划一.空气污染控制过程1.空气污染控制规划的主要内容(1)确定执行的空气质量标准(2)编制污染物排放清单(3)确定污染物控制规划方案2.空气污染控制过程二.比例下降规划模型1.模型假设比例下降模型的假设是污染源的污染物排放量的下降，将导致空气中的污染物浓度的等比例下降。比例下降模型在理论上并没有严格的证明，但有一些证据证明这个结论是合理的。例如，从1967年至1986年的10年间，美国旧金山的CO排放量降低了30％，同期空气中的CO浓度也大约下降了30％。13/13清华大学环境科学与工程系环境系统分析在以年平均值为基础进行
2、空气污染控制规划时，由于时间比尺较长，各种气象条件造成的差别得到平滑，比例下降模型的精确度较高。根据比例下降模型的假设，在优化模型中不必直接纳入空气质量的约束，而只需将现实的环境质量与环境质量标准相比较，确定必须消减的污染物总量，优化模型的任务在于将污染物的消减总量分配给各个污染源。由于不包含环境质量约束，可以大大简化计算过程。1.优化模型假定规划区域包含m个污染源，每个污染源存在n种可选择的污染控制方法，用以控制q种污染物。如果以xij表示产品的产量，其中i为污染源的编号，j是该产品的废气治理方法；以cij表示相应于生产单位产品所需支付的污染控制费用；以bijp表示第i个污染源采
3、用第j种控制方法是，生产单位产品的第p种污染物的排放量，又称排放因子，是源强经处理后的剩余量，即：式中：ηijp－第i个污染源采用第j中控制方法时，去除第p种污染物的效率；Qip－第i个污染源排放第p种污染物的源强。根据比例下降模型，可以写出比例下降模型的线性规划形式：式中：Si是对第i个源的产品产量约束；aij是逻辑变量，若对第i个源实施第j中控制可行，则aij＝1，否则aij＝0。Ap是区域内对第j种污染物排放量的总约束；bijp是排放因子，若第j种控制方法对第i个源的第p种污染物有效，则bijp＝1，否则bijp=0。13/13清华大学环境科学与工程系环境系统分析上述模型是一
4、个线性规划模型，可以用线性规划方法求解。例：一个地区范围内的污染源是两个发电厂和一个水泥厂，根据环境质量的要求和比例下降模型的假设，必须消减TSP的排放总量的80％，可供选择的TSP控制方法是：不加任何控制、隔板式沉淀器、多级旋风除尘器、长锥体旋风除尘器、喷雾除尘器和电除尘器。变量xij表示第i个污染源采用第j种控制方法是的产品产量，对发电厂用燃煤量表示，对水泥厂用水泥产量表示。TSP控制方法TSP污染源编号去除效率发电厂A发电厂B水泥厂0不加控制0x10x20x301隔板式沉淀器0.59x11x21x312多级旋风除尘器0.74--x323长锥体旋风除尘器0.85--x334喷雾
5、除尘器0.94x14x24x345静电除尘器0.97x15X25-每个污染源采用不同控制方法去除单位TSP的费用如下：变量C10C11C14C15C20C21C24C25C30C31C32C33C34单位费用01.02.02.801.42.23.001.11.21.53.0三个污染源各自的产品产量、TSP排放因子和TSP排放量示于下图：产量（t/a）TSP源强（kg/t）TSP排放量（kg/a）发电厂A400,0009538,000,000发电厂B300,0009528,500,000水泥厂250,0008521,250,000三个污染源的TSP排放总量为87,750,000kg/
6、a。为了控制TSP污染，需要去除TSP总量的80％，即TSP的允许排放量为：Ap≤87,750,000x(1-80%)＝17,550,000kg/a。根据所给条件，本例的最优化模型为：13/13清华大学环境科学与工程系环境系统分析该模型的总费用以元/a表示。上式中前三个约束为生产量约束（等式约束）；第四个约束为TSP排放总量约束；最后一个为变量非负约束。用单纯型法容易求得本例的解：Z*242,793157,207300,000250,0001,517,207本例的解的意义在于：为了消减TSP，发电厂A采用隔板沉淀器和喷雾除尘器；发电厂B只采用喷雾除尘器；水泥厂则全部采用多级旋风除尘
7、器。1.比例下降模型的对偶模型比例下降模型中给定的产品产量是未来的计划，如果实际与计划产生偏差，对目标会产生数目影响？80％的消减比例是根据比例下降的假设作出的，环境管理部门可能会怀疑它的环境治理效果，主张加强控制，而工业企业则主张放松约束，以便降低控制费用；控制目标的变化又会对目标产生数目影响呢？这些问题都可以通过对原问题进行灵敏度分析得到解答。而灵敏度分析可以通过对原模型的对偶模型研究得到不符解决。为了构造一个对偶模型，对原线性规划问题进行标准化处理：将目标函数表
