Средний газовый состав природного воздуха

Санитарные нормы качества воздуха

Вопрос 1Обычно атмосферой называют газовую оболочку, окружающую нашу планету. Ее граница расположена на высоте около 3000 км от уровня моря, однако основная масса газов (99,99%) сосредоточена в наиболее плотных, близких к поверхности слоях, называемых тропосферой и стратосферой, суммарная толщина которых составляет около 50 км. Наиболее изученный слой атмосферы простирается до высоты 100 км.

Так как в атмосферу в результате различных природных процессов, таких, как пожары, пыльные бури, извержения вулканов, жизнедеятельность живых организмов, поступают различные газообразные вещества и твердые частицы, состав атмосферного воздуха непостоянен, однако количество основных газовых компонентов примерно постоянно и представлено в табл.1 [2].

Таблица 1

Основные газовые компоненты	В сухом воздухе	Во влажном воздухе
об. %	г/м^3	мас. %	об. %	г/м^3	мас. %
Азот N2	78,09		75,54	75,65		74,08
Кислород O2	20,94		23,13	20,29		22,64
Вода H2O	-	-	-	3,12		1,97
Аргон Ar	0,98	15,2	1,28	0,9	14,7	1,26
Диоксид углерода CO2	0,0315	5,67	0,0478	0,0305	5,49	0,0469

Средняя молекулярная масса воздуха составляет 28,96 а.е.м. и остается практически неизменной до высоты около 90 км. Плотность воздуха при нормальных условиях (давлении 0,101 МПа и температуре 0ºС) равна 1,29 кг/м³.

Воздух представляет собой смесь газов, для характеристики которой используются следующие основные параметры.

Плотность газов. Плотность сухих газов, состоящих из нескольких компонентов, при нормальных условиях (T ₀ = 273 K, p ₀ = 101,3 кПа), равна, кг/м³

; (1)

, (2)

где M _i – молекулярные массы компонентов в смеси газов, кг/кмоль, a_i – содержание компонентов в смеси, об.%.

Плотность сухих газов при других условиях (при температуре t, ºС, барометрическом давлении р _бар, кПа, и избыточном давлении р, кПа), кг/м³

. (3)

Плотность влажных газов при содержании в них водяных паров x, кг/м³, при нормальных условиях равна, кг/м³

, (4)

где 0,804 – плотность водяных паров при нормальных условиях, кг/м³.

Плотность влажных газов при рабочих условиях, кг/м³

. (5)

Вязкость газов. Динамический коэффициент вязкости смеси газов, состоящей из нескольких компонентов, при нормальных условиях приближенно вычисляется из выражения, Па·с

, (6)

где М _см, М ₁, М ₂, …, М_n – молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов, кг/моль; а ₁, а ₂, …, а_n – содержание компонентов в смеси, об.%; μ_см, μ₁, μ₂, …, μ _n – динамические коэффициенты вязкости смеси газов и отдельных компонентов, Па·с.

При рабочей температуре Т, K, динамический коэффициент вязкости, Па·с

. (7)

Значения μ₀ (при 0ºС) и констант Сатерленда С для различных газов приведены в прил.2 [3].

Кинематический коэффициент вязкости газов равен, м²/с

, (8)

где ρ – плотность газа, кг/м³.

Влажность газов. В технике газоочистки влажность газов чаще всего характеризуется величиной их относительной влажности

, (9)

где и – парциальные давления водяных паров в газе при рабочих условиях и при насыщении для данной температуры соответственно, Па.

Объем влажного газа, получаемого из 1 м³ сухого газа при нормальных условиях после насыщения его водяными парами, при температуре T, равен, м³

. (10)

Объем влажных газов при рабочих условиях находят из выражения

, (11)

где V ₀ – объем влажных газов при нормальных условиях, м³.

Кислород существует в атмосфере в виде аллотропных модификаций – О₂ и О₃ (озон). В газообразном состоянии О₂ бесцветный, в жидком и твердом имеет светло-голубую окраску. Химически очень активен, образует соединения со всеми элементами кроме гелия и неона.

Озон – газ образующийся из О₂ в спокойном электрическом разряде. Следы О₃ появляются под действием ультрафиолетового (УФ) излучения из О₂ в верхних слоях атмосферы. Максимальная концентрация О₃ в верхних слоях атмосферы на высотах 25–45 км формирует озоновый экран (слой).

Другой, весьма важный и постоянный компонент воздуха – азот. Азот N₂ – бесцветный, химически не активный газ. Энергия диссоциации N₂ = 2N почти в 2 раза больше, чем у О₂, и составляет
944,7 кДж/моль. Высокая прочность связи между атомами в молекуле азота обусловливает его низкую реакционную способность. Однако, несмотря на это, азот образует множество различных соединений, в том числе и с кислородом. Так N₂O – оксид диазота относительно инертен, но при нагревании разлагается на N₂ и O₂. Монооксид азота NO мгновенно реагирует с озоном по реакции NO + O₃ = 2NO₂

Диоксид азота NO₂ очень токсичен, при взаимодействии с водой образует сильную азотную кислоту

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

В атмосферном воздухе всегда присутствует вода в виде паров, попадающая в атмосферу в результате испарения с поверхности наземных водоемов и транспирации растениями. Конденсация паров воды при охлаждении влажного воздуха вызывает выпадение ее на поверхность земли в виде осадков.

Наряду с постоянно присутствующими компонентами в атмосфере могут в разные периоды времени находиться и другие вещества.

Вопрос 2Примесью называется рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе [4].

Все твердые, жидкие или газообразные вещества, изменяющие естественный состав атмосферы и неблагоприятно влияющие на живые организмы, принято называть загрязняющими или вредными веществами.

Количество примесей в атмосфере не является постоянным во времени. Существует несколько способов выражения количества загрязняющих веществ в воздухе: через массовую концентрацию, объемную, в долях, в процентах и др.

Вопрос 5 Основной количественной характеристикой примесей в атмосфере является объемная концентрация, которую в соответствии с нормативными документами РФ принято выражать как массу в миллиграммах вещества в единице объема воздуха (м³) при нормальных условиях

Вопрос 3 Такое выражение концентрации удобно тем, что применимо для любого агрегатного состояния примесей: газов, паров, капельножидкого состояния, твердых веществ. Кроме того, такое выражение концентрации примесей позволяет легко подсчитать дозу вредного вещества, попавшего в организм при дыхании.

Концентрации примесей в атмосфере не являются постоянными во времени. Они меняются в зависимости от метеорологических условий, характера выброса в атмосферу, вида и плотности застройки, рельефа местности и других факторов.

Различают разовую концентрацию, среднесуточную или среднюю за более длительный промежуток времени – среднемесячную и среднегодовую.

Под разовой концентрацией понимают содержание загрязняющих примесей в воздухе при относительно кратковременном отборе проб воздуха (20–30 мин). Наивысшее значение концентрации, полученное при анализе многократно отобранных проб, называют максимальной из разовых концентраций.

Вопрос 6 Так как при современном состоянии техники и технологии полностью избежать попадания в атмосферный воздух вредных веществ не удается, то в результате исследований были разработаны нормативы качества атмосферного воздуха, которые обеспечивают благоприятные условия для существования человека и природы.

Для нормирования качества атмосферного воздуха используются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (ПДК). Нормативы ПДК для загрязняющих веществ в атмосфере устанавливаются для приземного слоя воздуха на высоте 1,5–2,5 м от поверхности земли.

Предельно допустимая концентрация примеси в атмосфере – это максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного действия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом (ГОСТ 17.2.1.04-77).

По времени осреднения ПДК подразделяются на максимальные из разовых (время осреднения 20–30 мин) и среднесуточные.

Максимальная разовая ПДК_мр является основным показателем опасности загрязняющего вещества для организма человека и устанавливается на основе порога рефлекторных реакций (запах, реакция зрачков, изменение электрических потенциалов головного мозга, потоотделение и др.). Среднесуточные ПДК_сс установлены для предотвращения негативных последствий длительного воздействия относительно низких концентраций загрязняющих веществ.

Вопрос 5 Качество воздуха в нашей стране регламентируется санитарными правилами и нормами. Санитарные нормы устанавливают ПДК вредных веществ для воздуха на территории предприятий (рабочей зоны) и для воздуха населенных мест. При этом для воздуха на территории предприятий устанавливаются только максимальные разовые ПДК_рз, а для населенных мест – как максимальные разовые ПДК_мр, так и среднесуточные ПДК_сс.

Вопрос 4 Для одного и того же вещества значения ПДК для воздуха производственных помещений и населенных мест существенно отличаются. Это объясняется тем, что в отличие от рабочей зоны на территории населенных мест люди находятся постоянно, в том числе и группы, наименее устойчивые к воздействию вредных факторов: дети, больные хроническими заболеваниями, инвалиды, люди преклонного возраста.

Концентрации загрязняющих веществ не должны превышать:

– в атмосферном воздухе населенных мест – максимальных разовых, указанных в прил. I;

– в воздухе, поступающем внутрь зданий и сооружений через приемные отверстия систем вентиляции и кондиционирования воздуха и через проемы для естественной приточной вентиляции – 30% предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, указанных в прил. I;

– для зон санитарной охраны курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, зон отдыха городов, а также для других территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха концентрации загрязняющих веществ не должны превышать 0,8 ПДК, установленных для воздуха населенных мест.

Вопрос 7 Требования к качеству атмосферного воздуха записываются в следующем виде:

для рабочей зоны

С /ПДК_рз ≤ 1; (12)

для воздуха, поступающего через приточные устройства систем вентиляции

С /ПДК_рз ≤ 0,3; (13)

для воздуха населенных мест

С /ПДК_мр ≤ 1; (14)

для зон санитарной охраны курортов, крупных санаториев и домов отдыха, зон отдыха городов (рекреационных зон)

С /ПДК_мр ≤ 0,8 (15)

При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием (эффектом суммации), их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять следующему условию:

C ₁ / ПДК₁ + С ₂ / ПДК₂ + …С_n/ ПДК _n ≤ 1,(16)

где С ₁, С ₂ … С_n – концентрации вредных веществ в атмосфере в точке замера, мг/м³, ПДК₁, ПДК₂ … ПДК _n – предельно допустимые концентрации этих веществ в атмосфере, мг/м³.

Дата добавления: 2014-12-07