Development of an Optimization Model for the Identification of Sources of Organic Atmospheric Pollutants

Abstract

This study addresses the development of a mathematical and optimization model for identifying the sources of organic atmospheric pollutants in the city of Ouargla, based on environmental modeling and simulation techniques. The study focuses on volatile organic compounds (VOCs), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), and wax compounds (WAX), which are used as indicators for distinguishing biogenic and natural pollution sources. In addition, mass conservation equations, Monte Carlo simulation techniques, and the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm were employed to analyze pollutant transport and estimate the contribution of different pollution sources. The results revealed that traffic emissions and indoor pollution sources represent the major factors influencing health risks associated with air pollution. The study also demonstrated the effectiveness of CPI and WAX indicators in differentiating between natural and petroleum-related pollution sources. Furthermore, improving ventilation and reducing traffic-related emissions were shown to significantly enhance air quality and mitigate the environmental and health impacts associated with atmospheric pollution.

Cette étude porte sur le développement d’un modèle mathématique et d’optimisation visant à identifier les sources des polluants organiques dans l’atmosphère de la ville de Ouargla, en s’appuyant sur des techniques de modélisation et de simulation environnementale. Elle se concentre sur l’étude des composés organiques volatils (COV), des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), ainsi que des composés cireux (WAX) utilisés comme indicateurs pour déterminer les sources biogéniques et naturelles des polluants. L’étude repose également sur les équations de conservation de la masse, les techniques de simulation de Monte Carlo et l’algorithme d’optimisation PSO afin d’analyser le transport des polluants et d’estimer la contribution des différentes sources de pollution. Les résultats ont montré que les émissions liées au trafic routier et les sources intérieures constituent parmi les principaux facteurs influençant les risques sanitaires associés à la pollution atmosphérique. L’étude a également démontré l’efficacité des indices CPI et WAX dans la distinction entre les sources naturelles et pétrolières des polluants. De plus, l’amélioration de la ventilation et la réduction des émissions du trafic contribuent de manière significative à l’amélioration de la qualité de l’air ainsi qu’à la diminution des impacts sanitaires et environnementaux liés à la pollution atmosphérique.

تتناول هذه الدراسة تطوير نموذج رياضي وتحسيني لتحديد مصادر الملوثات العضوية في الغلاف الجوي بمدينة ورقلة، بالاعتماد على تقنيات النمذجة والمحاكاة البيئية. وتركّز على دراسة المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، إضافة إلى مركبات الشمع (WAX) المستخدمة كمؤشر لتحديد المصادر البيوجينية والطبيعية للملوثات. كما تعتمد الدراسة على معادلات حفظ الكتلة، وتقنيات محاكاة مونتي كارلو، وخوارزمية التحسين. PSO لتحليل انتقال الملوثات وتقدير مساهمة مصادر التلوث المختلفة. وقد أظهرت النتائج أن الانبعاثات المرورية والمصادر الداخلية تُعد من أبرز العوامل المؤثرة في المخاطر الصحية المرتبطة بتلوث الهواء. كما بيّنت الدراسة فعالية مؤشري CPI وWAX في التمييز بين المصادر الطبيعية والبترولية للملوثات، إضافة إلى أن تحسين التهوية وتقليل الانبعاثات المرورية يساهمان بشكل ملحوظ في تحسين جودة الهواء والحد من التأثيرات الصحية والبيئية المرتبطة بتلوث الغلاف الجوي.