2.2.1. Единицы измерения концентраций и нормирование загрязнителей воздуха

Воздух - самая распространенная на Земле смесь газов. Содержащийся в воздухе кислород необходим для существования гетеротрофных организмов, он защищает поверхность земли от крупных метеоритов и служит сырьем для защитного озонового экрана.

Концентрация определяемого компонента газовой смеси в газообразном состоянии может выражаться в весовых, объёмных единицах и в частях по объёму.

Весовая концентрация – это весовое количество (в мг или г) газа в 1л (или м³) смеси.

Объёмная концентрация – число объёмов газа в 100 объёмах смеси (выражается в объёмных процентах).

Концентрация в частях по объёму – это объём газа, содержащийся в 1 000 000 (ррм) или в 1 000 000 000 (ррв) объёмах смеси.

Концентрации определяемого компонента в зависимости от его объёмного содержания в смесях делят: на макроконцентрацию (от 0.01 до 100%), микроконцентрацию (от 10^-4 до 0.01%), ультрамикроконцентрацию (менее 10^-4%).

Для "идеальных" газов переход от одних выражений концентрации газов к другим производится по уравнениям:

Б = 10000 ^. А; (1)

А = (6,236 ^. 10^{-3 .} Т / (М ^. Р)) ^. В; (2)

В = (160,4 М ^. Р / Т) ^. А, (3)

где А, Б, В – соответственно объёмная, %, в частях по объёму, ррм и весовая, мг/м³ концентрация газа в смеси; М – молекулярный вес газа; Р– общее давление газовой смеси, мм рт ст.; Т – температура, К.

При нормальных условиях (Р = 760 мм рт ст., Т = 293К) выражения (1)-(3) имеют вид:

Б = 10000 ^. А; (4)

А = (2,24 / М) ^. В; (5)

В = (10 ^. М / 22,4) ^. А. (6)

Реальные газовые смеси часто имеют свойства, отличающиеся от свойств "идеальных" газов, что приводит к погрешностям при вычислениях по формулам 2 и 3. Например, при вычислениях для смеси диоксида серы концентрации меньшей 2 %об. с азотом погрешность вычисления достигает 3%. В приведенном примере пересчеты рекомендуется вести с использованием молярного объёма не 22,4, а 24,1 л/моль. Значения отношения молекулярного веса к молярному объёму иногда указываются в паспорте для поверочных газовых смесей, поставляемых в специальных баллонах.

Кроме газов в смесях могут присутствовать пары веществ. Парами называют газообразные компоненты веществ при температурах меньших температур их кипения. Наиболее распространены пары воды. Их концентрация выражается следующими величинами:

1. Абсолютная влажность а, г/м³. Значения для насыщенного парами воздуха даны в таблице 3.

2. Упругость водяного пара е, или его парциальное давление, выражаемое в мм.рт.ст. или в мб. С абсолютной влажностью она связана выражениями:

а = (217 / Т) ^. е, при е измеряемой в мб,

а = (289,4 / Т)^. е, при е измеряемой в мм рт ст. (7)

3. Относительная влажность τ – отношение упругости водяного пара в воздухе к давлению насыщенного пара Е при данной температуре. Вычисляется по формуле:

τ = (е / Е) ^. 100%. (8)

Значения Е даны в таблице 3.

4. Дефицит влажности d - разность между максимальной и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давлении:

d = Е - е, мб. (9)

5. Осажденный слой воды ω, характеризующий толщину слоя воды, которая получится при полной конденсации водяного пара в данной толще воздуха. Величина осажденного слоя паров воды связана с их абсолютной концентрацией а выражением:

ω = а ^. l / (1000 ^. ρ) , м, (10)

где l – толщина слоя газовой смеси, из которого производится осаждение, м; ρ – плотность осажденной жидкости, кг/м³.

6. Удельная влажность q - масса водяного пара в единице массы влажного воздуха. Описывается формулой

q = 0,622 ^. е / (Р- 0,378 ^. е), (11)

где Р – давление воздуха, измеряемое в тех же единицах, что и е.

7. Точка росы ψ – температура воздуха, ^оС, охлажденного до состояния насыщения находящегося в нем пара. С упругостью водяного пара связана выражением:

е = Е ^.10 7,5 ψ / (237,3 + ψ). (12)

Зависимость параметров насыщенных водяных паров при давлении Р = 1000 мб от температуры дана в табл. 3 [4].

Таблица 3

Отметим, что для измерения относительной влажности используют психрометры Августа и Асмана, а большинство остальных приборов измеряют абсолютную влажность.

Для оценки загрязнения атмосферы вредными веществами введены следующие показатели [2]:

• предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК_РЗ, мг/м³) - это концентрация, которая при ежедневной работе по 8 ч (40 ч в неделю) на протяжении всего рабочего стажа не может вызвать у работающих и их будущих поколений отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований. Устанавливается для промышленных зон;

• среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосфере (ПДК_СС, мг/м³) - аналогична предыдущему показателю, но воздействует на организм человека в течение всей его жизни и устанавливается для жилых зон и биосферы в целом;

• максимальная разовая предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосфере (ПДК_МР, мг/м³) - количество вредного вещества в воздухе даже кратковременно не должно превышать данный показатель;

• ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ, мг/м³) - аналогичен показателю ПДК_РЗ, но определяется только расчетным путем для веществ, у которых этот показатель отсутствует.

• для локальных источников выбросов, например дымовых труб, устанавливают величину предельно допустимых выбросов (ПДВ), которая имеет размерность массы, отнесенной ко времени. Эта величина характеризует состав промышленных выбросов, гарантирующий соблюдение норм ПДК_СС за пределами санитарно - защитной зоны предприятия и норм ПДК_РЗ внутри этой зоны.