3.3.3. Контролируемые параметры и единицы измерения загрязнения атмосферного воздуха
Воздушная среда характеризуется следующими основными параметрами: газовым молекулярным составом чистого воздуха, газовыми загрязняющими примесями, запыленностью, микрофлорой а также вспомогательными параметрами, такими как: температура, давление влажность, скорость и направление ветра, и, наконец, полями – электрическим, радиационным, электромагнитным, звуковым и тепловым.
К основным, наиболее распространённым примесям относятся совокупность твёрдых частиц: пыль и/или аэрозоли, сернистый газ S02, окислы азота NXOX, окись углерода СО, углекислый газ СО2, фреоны,
Единицы измерения загрязнения атмосферы зависят от вида загрязняющего вещества.
Для пыли, сажи, аэрозолей различают массовую, объёмную, счётную и поверхностную концентрации.
Массовая, или гравиметрическая концентрация – это масса частиц, содержащихся в единице объёма воздуха. В международной практике чаще всего используется единица массовой концентрации мг/м3. При очень низких концентрациях может использоваться также мкг/м3 (мкг/м3, 10-3 мг/м3) и нанограмм на кубический метр (нг/м3).
Для оценки экологического воздействия на окружающую среду тех или иных источников выбросов содержание атмосферной пыли и аэрозолей также определяют по выпадению на подстилающую поверхность и измеряют в единицах массы на единицу площади: г/м, кг/га или т/км2.
Объёмная концентрация – это объём частиц содержащихся в единице объёма загрязнённого воздуха, которую измеряют в см3/м3.
Счётная концентрация – это отношение числа загрязняющих частиц к единице объёма загрязнённого воздуха, выражаемая количеством частиц в 1 м3.
Поверхностная концентрация характеризует суммарную поверхность частиц, содержащихся в единице объёма воздуха и измеряется в м2/м3.
При исследованиях загрязнённости воздуха большое значение придают размерам пылевых частиц или аэрозолей, так как мелкие частицы обладают способностью легко проникать глубоко в лёгкие и оседать там, а с другой стороны имеют низкую гравиметрическую седиментацию (осаждение) и поэтому составляют основную часть трансграничного переноса. Размеры частиц большей частью измеряют в микронах – мкм. При характеристике дисперсности аэрозоля (пыли) пользуются различными средними размерами частиц: средний арифметический диаметр, средний квадратный диаметр, средний кубический диаметр (Такеуи Н., 1984), а также геометрическим и аэродинамическим диаметром частиц (Шадрин А.С., 1978).
Средний арифметический
диаметр
определяют
по формуле (3.2):
,
(3.2)
где ni – число частиц в i-м интервале диаметров со средним размером di, N – общее число частиц.
Средний квадратичный
(средний по поверхности) диаметр
определяют по формуле (3.3):
.
(3.3)
Средний кубический (средний по объёму) диаметр определяют по формуле (3.4):
.
(3.4)
Геометрический диаметр Dpij частиц в интервале размеров частиц от Dpi до Dpj определяется по соотношению (3.5)
Dp
= Dpij
=
.
(3.5)
Аэродинамический диаметр Dal связан с геометрическим диаметром соотношением (3.6)
Dal
= Dp
,
(3.6)
где
– плотность частиц.
В газовом анализе пользуются объёмными и массовыми единицами измерения концентрации (содержания) определяемого компонента в смеси. Объёмные единицы измерений показывают долю объёма, занимаемого определяемым компонентом в анализируемой газовой смеси.
Объёмными (относительными) единицами являются проценты (об %), промилле (% об) и число объёмных частей на миллион (об. част. 10-6 или vpm).
Массовыми единицами являются либо масса определяемого компонента в единице объёма анализируемой смеси, например миллиграмм на кубический метр, либо безразмерные единицы, определяющие число массовых частей определяемого компонента на миллион (ppm) массовых частей анализируемой газовой смеси.
Объёмные единицы – удобнее массовых и поэтому более распространены в газовом анализе, поскольку относительное, например процентное, содержание определяемого компонента не зависит от давления и температуры газа. При анализе примесных количеств вещества пользуются массовыми единицами (чаще всего мг/м3 и ppm), причём указывают агрегатное состояние примеси.
Соотношения между безразмерными и размерными единицами для некоторых газов следующие:
SO2 CO O2 NO NO2 |
1 ppm 1 ppm 1 ppm 1 ppm 1 ppm |
= 2,7 мг/м3 = 1,2 мг/м3 = 2,1 мг/м3 = 1,25 мг/м3 = 2,0 мг/м3 |
Часто при указании концентрации указывается время, в течение которого определяется её среднее значение (час, сутки, год), а также сезон года (лето, осень, зима, весна).