Koncentrationer av luftföroreningar - Air pollutant concentrations

Koncentrationer av luftföroreningar , mätt eller beräknat med hjälp av modellering av dispersion av luftföroreningar , måste ofta omvandlas eller korrigeras för att uttryckas enligt föreskrifter som utfärdats av olika statliga myndigheter. Regler som definierar och begränsar koncentrationen av föroreningar i den omgivande luften eller i gasformiga utsläpp till den omgivande luften är emitterade av olika nationella och tillstånd (eller landsorts) miljöskydd och arbetshälsa och säkerhet organ.

Sådana regler innefattar ett antal olika uttryck för koncentration. Vissa uttrycker koncentrationerna som ppmv (volymdelar per miljon ) och andra uttrycker koncentrationerna som mg / m ³ (milligram per kubikmeter), medan andra kräver justering eller korrigering av koncentrationerna för referensförhållanden för fuktinnehåll, syreinnehåll eller koldioxid innehåll. Denna artikel presenterar metoder för att omvandla koncentrationer från ppmv till mg / m ³ (och vice versa) och för att korrigera koncentrationerna till de nödvändiga referensförhållandena.

Alla koncentrationer och koncentrationskorrigeringar i denna artikel gäller endast luft och andra gaser. De är inte tillämpliga på vätskor.

Koldioxid i jordens 's atmosfär om hälften av global uppvärmning utsläppen är inte absorberas.
( NASA- simulering ; 9 november 2015)

Kvävedioxid 2014 - globala luftkvalitetsnivåer
(släppt 14 december 2015).

Omvandla koncentrationer av luftföroreningar

Omvandlingsekvationerna beror på den temperatur vid vilken omvandlingen önskas (vanligtvis cirka 20 till 25 ° C). Vid ett omgivande havsnivå atmosfärstryck på 1 atm (101.325 kPa eller 1.01325 bar ) är den allmänna ekvationen:

${\ displaystyle \ mathrm {ppmv} = \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} \ cdot {\ frac {(0.082057338 \ cdot T)} {M}}}$

och för omvänd konvertering:

${\ displaystyle \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} = \ mathrm {ppmv} \ cdot {\ frac {M} {(0.082057338 \ cdot T)}}}$

Anmärkningar:

• 1 atm = absolut tryck på 101,325 kPa eller 1,01325 bar
• mol = gram mol och kmol = 1000 gram mol
• Föroreningar i USA hänvisar vanligtvis till sina föroreningar till en omgivningstemperatur på 20 till 25 ° C enligt ovan. I de flesta andra länder kan referens omgivningstemperatur för gränsvärden för föroreningar vara 0 ° C eller andra värden.
• Även om ppmv och mg / m ³ har använts för exemplen i alla följande avsnitten, koncentrationer såsom ppbv (dvs delar per miljard räknat på volym) volymprocent, molprocent och många andra kan även användas för gasformiga föroreningar.
• Partiklar (PM) i atmosfären eller i någon annan gas kan inte uttryckas i termer av ppmv, ppbv, volymprocent eller molprocent. PM uttrycks oftast (men inte alltid) som mg / m ³ luft eller annan gas vid en specificerad temperatur och ett specifikt tryck.
• För gaser, volymprocent = molprocent
• 1 volymprocent = 10 000 ppmv (dvs. volymdelar per miljon) med en miljon definierad som ¹⁰⁶ .
• Försiktighet måste iakttas med koncentrationerna uttryckta som ppbv för att skilja mellan den brittiska miljarder som är 10 ¹² och USA: s miljard som är 10 ⁹ (även kallad långskala respektive kortskalamiljard).

Korrigera koncentrationer för höjd

Koncentrationer av luftföroreningar uttryckt som massa per volymenhet atmosfärisk luft (t.ex. mg / m ³ , μg / m ³ , etc.) vid havsnivå kommer att minska med ökande höjd . Koncentrationsminskningen är direkt proportionell mot tryckminskningen med ökande höjd. Vissa statliga regleringsmyndigheter kräver att industriella källor till luftföroreningar uppfyller havsnivåer korrigerade för höjd. Med andra ord måste industriella luftföroreningskällor som ligger på höjder långt över havsnivån uppfylla betydligt strängare luftkvalitetsstandarder än källor som ligger vid havsnivå (eftersom det är svårare att följa lägre standarder). Till exempel har New Mexicos miljöavdelning en förordning med ett sådant krav.

Förändringen av atmosfärstrycket med höjd (<20 km) kan erhållas från denna ekvation:

${\ displaystyle P _ {\ mathrm {h}} = P \, \ cdot {\ bigg (} {\ frac {288-6.5h} {288}} {\ bigg)} ^ {5.2558}}$

Med tanke på en luftföroreningskoncentration vid atmosfärstryck vid havsnivå kan koncentrationen vid högre höjder erhållas från denna ekvation:

${\ displaystyle C _ {\ mathrm {h}} = C \, \ cdot {\ bigg (} {\ frac {288-6.5h} {288}} {\ bigg)} ^ {5.2558}}$

Som ett exempel, med tanke på en luftföroreningskoncentration på 260 mg / m ³ vid havsnivå, beräkna motsvarande föroreningskoncentration på en höjd av 2800 meter:

C _h = 260 x [{288 - (6,5) (2,8)} / 288] ^5,2558 = 260 x 0,71 = 185 mg / m ³

Notera:

• Ovanstående ekvation för minskning av luftföroreningskoncentrationer med ökande höjd är endast tillämplig för ungefär de första 10 km höjd i troposfären (det lägsta atmosfärskiktet) och uppskattas ha ett maximalt fel på cirka 3 procent. Emellertid är 10 km höjd tillräckligt för de flesta ändamål med koncentrationer av luftföroreningar.

Korrigera koncentrationer för referensförhållanden

Många miljöskyddsbyråer har utfärdat regler som begränsar koncentrationen av föroreningar i gasutsläpp och definierar de referensvillkor som gäller för dessa koncentrationsgränser. Till exempel kan en sådan reglering begränsa koncentrationen av NO
x till 55 ppmv i en torr förbränningsavgas (vid en specificerad referenstemperatur och tryck) korrigerat till 3 volymprocent O ₂ i den torra gasen. Som ett annat exempel kan en reglering begränsa koncentrationen av totalt, partikulärt material till 200 mg / m ³ av en emitterad gas (vid en specificerad referenstemperatur och tryck) korrigeras till en torr basis och vidare korrigerades till 12 volymprocent CO ₂ i den torra gas.

Miljöbyråer i USA använder ofta termerna "dscf" eller "scfd" för att beteckna en "standard" kubikfot torr gas. På samma sätt använder de ofta termerna "dscm" eller "scmd" för att beteckna en "standard" kubikmeter gas. Eftersom det inte finns någon allmänt accepterad uppsättning "standard" temperatur och tryck kan sådan användning vara och är mycket förvirrande. Det rekommenderas starkt att referens temperatur och tryck alltid anges tydligt när gasvolymer eller gasflöden anges.

Korrigera till torr bas

Om ett gasutsläppsprov analyseras och visar sig innehålla vattenånga och en föroreningskoncentration på exempelvis 40 ppmv, bör 40 ppmv betecknas som föroreningskoncentrationen "våt bas". Följande ekvation kan användas för att korrigera den uppmätta koncentrationen "våt bas" till en koncentration " torr bas ":

${\ displaystyle C _ {\ mathrm {dry \, basis}} = {\ frac {C _ {\ mathrm {wet \, basis}}} {1-w}}}$

Som ett exempel skulle en våtbaskoncentration av 40 ppmv i en gas med 10 volymprocent vattenånga ha ett:

C _{torr bas} = 40 ÷ (1 - 0,10) = 44,4 ppmv.

Korrigera till en referens syrehalt

Följande ekvation kan användas för att korrigera en uppmätt koncentration förorening i en torr avgiven gas med en uppmätt O ₂ innehåll till en ekvivalent koncentration förorening i en torr avgiven gas med en specificerad referens mängden O ₂ :

${\ displaystyle C _ {\ mathrm {r}} = C _ {\ mathrm {m}} \ cdot {\ frac {(20.9- \ mathrm {reference \, volume \, \% \, O_ {2}})} { (20.9- \ mathrm {uppmätt \, volym \, \% \, O_ {2}})}}$

Som ett exempel kan ett uppmätt NEJ
x koncentration av 45 ppmv i en torr gas med 5 volym% O ₂ är:

45 × (20,9 - 3) ÷ (20,9 - 5) = 50,7 ppmv av NO
x

när korrigeras till en torr gas med en specificerad referens O ₂ halt av 3 volym%.

Notera:

• Den uppmätta gaskoncentrationen C _m måste först korrigeras till en torr bas innan ovanstående ekvation används.

Korrigering till en referens koldioxidhalt

Följande ekvation kan användas för att korrigera en uppmätt föroreningskoncentration i en emitterad gas (innehållande en uppmätt CO ₂ -halt) till en ekvivalent föroreningskoncentration i en emitterad gas innehållande en specificerad referensmängd CO ₂ :

${\ displaystyle C _ {\ mathrm {r}} = C _ {\ mathrm {m}} \ cdot {\ frac {(\ mathrm {reference \, volume \, \% \, CO_ {2}})} {(\ mathrm {uppmätt \, volym \, \% \, CO_ {2}})}}}$

Som ett exempel, en uppmätt partikelkoncentration av 200 mg / m ³ i ett torr gas som har en uppmätt 8 volym% CO ₂ är:

200 × (12 ÷ 8) = 300 mg / m ³

när den korrigeras till en torr gas med en specificerad referens CO ₂ -halt på 12 volym-%.

Referenser

Den här artikeln innehåller material från Citizendium- artikeln " Luftföroreningskoncentrationer ", som är licensierat under Creative Commons Erkännande-Dela Lika 3.0 Unported-licens men inte under GFDL .