Концентрации загрязнителей воздуха

редактировать

Концентрации загрязнителей воздуха , измеренные или рассчитанные с помощью моделирования распространения загрязнения воздуха, часто должны быть преобразованы или исправлены, чтобы быть выраженными в соответствии с требованиями нормативных актов, издаваемых различными государственными органами. Нормы, определяющие и ограничивающие концентрацию загрязнителей в окружающем воздухе или в газообразных выбросах в окружающий воздух, издаются различными национальными и государственными (или провинциальными) агентства по охране окружающей среды и по охране труда.

Такие правила включают ряд различных выражений концентрации. Некоторые выражают концентрации как ppmv (частей на миллион по объему), а некоторые выражают концентрации как мг / м (миллиграммы на кубический метр), в то время как другие требуют корректировки или корректировки концентраций в соответствии с эталонными условиями содержания влаги, содержание кислорода или содержание двуокиси углерода. В этой статье представлены методы преобразования концентраций из ppmv в мг / м (и наоборот) и корректировки концентраций до требуемых стандартных условий.

Все концентрации и поправки на концентрацию в этой статье применимы только к воздуху и другим газам. Они не применимы для жидкостей.

Двуокись углерода в атмосфере Земли , если половина выбросов глобального потепления не абсорбируется.. (НАСА имитация ; 9 ноября 2015 г.) Диоксид азота 2014 - глобальные уровни качества воздуха. (выпущено 14 декабря 2015 г.)

Содержание

  • 1 Конвертация загрязнителя воздуха концентрации
  • 2 Корректировка концентраций для высоты
  • 3 Корректировка концентраций для нормальных условий
    • 3.1 Коррекция на сухую основу
    • 3.2 Корректировка до эталонного содержания кислорода
    • 3.3 Корректировка эталонного содержания углекислого газа
  • 4 Ссылки

Преобразование концентраций загрязнителей воздуха

Уравнения преобразования зависят от температуры, при которой требуется преобразование (обычно от 20 до 25 ° C). При атмосферном давлении на уровне моря 1 атм (101,325 кПа или 1,01325 бар ) общее уравнение выглядит следующим образом:

ppmv = мг / м 3 ⋅ (0,082057338 ⋅ T) M {\ displaystyle \ mathrm {ppmv} = \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} \ cdot {\ frac {(0,082057338 \ cdot T)} {M}}}{\ displaystyle \ mathrm {ppmv} = \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} \ cdot {\ frac {(0,082057338 \ cdot T)} {M}}}

и для обратного преобразования:

мг / м 3 = ppmv ⋅ M (0,082057338 ⋅ T) {\ displaystyle \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} = \ mathrm {ppmv} \ cdot {\ frac {M} {(0.082057338 \ cdot T)}}}{\ displaystyle \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} = \ mathrm {ppmv} \ cdot {\ frac {M} {(0,082057338 \ cdot T)}}}
где:
мг / м= миллиграммы загрязняющего вещества на кубический метр воздуха при атмосферном давлении на уровне моря и T
ppmv= концентрация загрязнителя воздуха, в миллионных долях по объему
T= температура окружающей среды в K = 273 + ° C
0,082057338= Универсальная газовая постоянная в л атм моль⁻¹ K⁻¹
M= молекулярная масса (или молекулярная масса) загрязнителя воздуха

Примечания:

  • 1 атм = абсолютное давление 101,325 кПа или 1,01325 бар
  • моль = грамм моль и кмоль = 1000 грамм-моль
  • Нормы загрязнения окружающей среды в Соединенных Штатах обычно ссылаются на свои пределы содержания загрязнителей при температуре окружающей среды от 20 до 25 ° C, как указано выше. В большинстве других стран эталонная температура окружающей среды для пределов загрязнения может составлять 0 ° C или другие значения.
  • Хотя в примерах во всех следующих разделах использовались ppmv и мг / м, концентрации, такие как ppbv (т.е. части на миллиард по объему), объемные проценты, мольные проценты и многие другие могут также использоваться для газообразных загрязнителей.
  • Твердые частицы (ТЧ) в атмосферном воздухе или в любом другом газе не могут быть выражены в выражается в ppmv, ppbv, объемных процентах или мольных процентах. ТЧ чаще всего (но не всегда) выражается в мг / м воздуха или другого газа при указанной температуре и давлении.
  • Для газов объемный процент = молярный процент
  • 1 объемный процент = 10 000 ppmv (т. Е. Частей на миллион по объему), причем миллион определяется как 10.
  • Следует проявлять осторожность с концентрациями, выраженными в ppbv, чтобы различать британский миллиард, равный 10, и миллиард США, который равен 10. 10 (также называемый миллиардом в длинной и короткой шкале соответственно).

Корректировка концентраций для высоты над уровнем моря

Концентрации загрязнителей воздуха, выраженные как масса на единицу объема атмосферного воздуха (например, мг / м, мкг / м и т. д.) на уровне моря будет уменьшаться с увеличением высоты. Уменьшение концентрации прямо пропорционально снижению давления с увеличением высоты. Некоторые государственные регулирующие юрисдикции требуют, чтобы промышленные источники загрязнения воздуха соответствовали стандартам уровня моря с поправкой на высоту. Другими словами, промышленные источники загрязнения воздуха, расположенные на высоте значительно выше уровня моря, должны соответствовать значительно более строгим стандартам качества воздуха, чем источники, расположенные на уровне моря (поскольку соблюдать более низкие стандарты труднее). Например, Департамент окружающей среды штата Нью-Мексико имеет такое требование.

Изменение атмосферного давления с высотой (<20 km) can be obtained from this equation:

P h = P ⋅ (288 - 6,5 ч 288) 5.2558 {\ displaystyle P _ {\ mathrm {h}} = P \, \ cdot {\ bigg (} {\ frac {288-6.5h} {288}} {\ bigg)} ^ {5.2558}}P_ \ mathrm h = P \, \ cdot \ bigg (\ frac {288 - 6.5 h} {288} \ bigg) ^ {5.2558}

Учитывая концентрацию загрязнителя воздуха при атмосферном давлении на уровне моря, концентрацию на больших высотах можно получить из следующего уравнения:

C h = C ⋅ (288 - 6.5 h 288) 5.2558 {\ displaystyle C _ {\ mathrm {h}} = C \, \ cdot {\ bigg (} {\ frac {288-6.5h} {288}} {\ bigg)} ^ {5.2558}}C_ \ mathrm h = C \, \ cdot \ bigg (\ frac {288 - 6.5 ч } {288} \ bigg) ^ {5.2558}
где:
h= высота в дюймах км
P= атмосферное давление на уровне моря
Ph= атмосферное давление на высоте h
C.= Концентрация загрязняющих веществ в воздухе, в массе на единицу объема при атмосферном давлении на уровне моря и заданной температуре T
Ch= Концентрация, в массе на единицу объем на высоте h и заданная температура T

В качестве примера, дана концентрация загрязнителя воздуха 260 мг / м на уровне моря, рассчитайте эквивалентную концентрацию загрязнителя на высоте 2800 метров:

Ch= 260 × [{288 - (6.5) (2.8)} / 288] = 260 × 0.71 = 185 мг / м

Примечание:

  • Вышеприведенное уравнение для уменьшения концентрации загрязнения воздуха с увеличением высоты применимо только для первых 10 км высоты в тропосфере (самый нижний слой атмосферы) и, по оценкам, имеет максимальную ошибку около 3 процентов. Однако для большинства целей, связанных с концентрациями загрязнителей в воздухе, достаточно высоты 10 км.

Корректировка концентраций для стандартных условий

Многие агентства по охране окружающей среды издали правила, ограничивающие концентрацию загрязнителей в газообразных выбросах и определите исходные условия, применимые к этим пределам концентрации. Например, такое регулирование может ограничивать концентрацию от NO. x до 55 ppmv в сухом сгорании выхлопных газов (при заданных эталонных температуре и давлении) с поправкой на 3 объемных процента O2 в сухом газе.. В качестве другого примера, регулирование может ограничивать концентрацию общих твердых частиц до 200 мг / м выбрасываемого газа (при указанной эталонной температуре и давлении) с поправкой на сухую основу и дополнительно скорректированной до 12 объемных процентов CO2 в сухой газ.

Экологические агентства США часто используют термины «dscf» или «scfd» для обозначения «стандартного» кубического фута сухого газа. Точно так же они часто используют термины «dscm» или «scmd» для обозначения «стандартного» кубического метра газа. Поскольку не существует общепринятого набора «стандартных» температуры и давления, такое использование может сбивать с толку. Настоятельно рекомендуется всегда четко указывать эталонную температуру и давление при указании объемов газа или расхода газа.

Поправка на сухую основу

Если при анализе пробы газообразных выбросов обнаруживается, что она содержит водяной пар и концентрацию загрязняющих веществ, скажем, 40 ppmv, то 40 ppmv следует обозначить как «влажную основу». «концентрация загрязняющих веществ. Следующее уравнение можно использовать для корректировки измеренной концентрации «влажной основы» до концентрации «сухой основы »:

C drybasis = C wetbasis 1 - w {\ displaystyle C _ {\ mathrm {dry \, базис}} = {\ frac {C _ {\ mathrm {влажный \, базис}}} {1-w}}}C_ \ mathrm {dry \, base} = \ frac {C_ \ mathrm { мокрый \, базис}} {1 - w}
где:
C= Концентрация загрязнителя воздуха в выбрасываемом газе
w= объемная доля выбрасываемого выхлопного газа, которая представляет собой водяной пар

В качестве примера, влажная основная концентрация 40 ppmv в газе, имеющем 10 объемных процентов водяного пара, будет иметь:

Cсухую основу = 40 ÷ (1 - 0,10) = 44,4 ppmv.

Поправка на эталонное содержание кислорода

Следующее уравнение можно использовать для корректировки измеренной концентрации загрязняющих веществ в сухом выбрасываемом газе с измеренным O 2 содержание до эквивалентной концентрации загрязнителя в сухом выбрасываемом газе с заданным эталонным количеством O 2:

C r = C m m (20,9 - эталонный объем% O 2) (20,9 - измеренный объем% O 2) {\ Displaystyle С _ {\ м athrm {r}} = C _ {\ mathrm {m}} \ cdot {\ frac {(20.9- \ mathrm {reference \, volume \, \% \, O_ {2}})} {(20.9- \ mathrm { измеренный \, объем \, \% \, O_ {2}})}}}C_ \ mathrm r = C_ \ mathrm m \ cdot \ frac {(20.9 - \ mathrm {reference \, volume \, \% \, O_2}) } {(20.9 - \ mathrm {измерено \, объем \, \% \, O_2})}
где:
Cr= скорректированная концентрация сухого газа с заданным эталонным объемом% O 2
Cm= измеренная концентрация в сухом газ, имеющий измеренный объем% O 2

В качестве примера, измеренная концентрация NO. x 45 ppmv в сухом газе, имеющем 5 объемных% O 2, составляет:

45 × (20,9 - 3) ÷ (20,9 - 5) = 50,7 частей на миллион по объему NO. x

с поправкой на сухой газ, имеющий заданное эталонное содержание O 2 3 об.%.

Примечание:

  • Измеренная концентрация газа Cmдолжна быть сначала скорректирована на сухую основу, прежде чем использовать приведенное выше уравнение.

Поправка на эталонное содержание диоксида углерода

Следующие уравнение можно использовать для корректировки измеренной концентрации загрязняющего вещества в выбрасываемом газе (содержащем измеренное содержание CO 2) до эквивалентной концентрации загрязняющего вещества в выбрасываемом газе, содержащем указанное эталонное количество CO 2:

C r = C м ⋅ (эталонный объем% CO 2) (измеренный объем% CO 2) {\ displaystyle C _ {\ mathrm {r}} = C _ {\ mathrm {m}} \ cdot {\ frac {(\ mathrm {reference \, volume \, \% \, CO_ {2}})} {(\ mathrm {измерено \, volume \, \% \, CO_ {2}})}}}C_ \ mathrm r = C_ \ mathrm m \ cdot \ frac {(\ mathrm {reference \, volume \, \% \, CO_2})} {(\ mathrm {измеренный \, объем \, \% \, CO_2})}
где:
Cr= скорректированная концентрация сухого газ с заданным эталонным объемом% CO 2
Cm= измеренная концентрация сухого газа с измеренным объемом% CO 2

В качестве примера измеренная концентрация твердых частиц 200 мг / м3 в сухом газе с измеренным объемом 8 % CO 2 :

200 × (12 ÷ 8) = 300 мг / м

с поправкой на сухой газ, имеющий заданное эталонное содержание CO 2 12 об.%.

Ссылки

В эту статью включены материалы из статьи Citizendium «Концентрации загрязнителей воздуха », на которую распространяется лицензия Creative Commons Attribution -ShareAlike 3.0 Unported License, но не в рамках GFDL.

Последняя правка сделана 2021-06-09 21:05:54
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте