Определение запыленности воздуха

Пыль является аэрозолем. Аэрозоли представляют собой частицы вещества (твердые и жидкие) во взвешенном состоянии в газовой (воздушной) среде. Они распространены в приземном слое, тропосфере и стратосфере. Время жизни их различно: от нескольких часов до многих лет. В тропосфере различают три типа распределения частиц: фоновое, океаническое и континентальное. Частицы могут попасть в атмосферу в «готовом» виде, но значительная их часть образуется в результате химических реакций между газообразными, жидкими и твердыми веществами, включая пары воды.

В зависимости от размеров частиц различают три класса аэрозольных систем: высоко-, средне- и грубодисперсные. Системы частиц размером более 0,001 мкм и менее 0,1 мкм относятся к высокодисперсным, они могут находиться в атмосфере месяцами и даже годами (1 микрометр - 10^-6м). Глаз человека обычно воспринимает частицы размером более 10 мкм, относящиеся к грубодисперсным. Продолжительность нахождения таких частиц в воздухе исчисляется минутами и даже секундами. Между высокодисперсными и грубодисперсными находятся среднедисперсные системы, с размером от 0,1 до 10 мкм, такие частицы способны часами висеть в воздухе. Основной вклад в массовую концентрацию атмосферных аэрозолей вносят грубодисперсные и среднедисперсные системы.

Помимо размеров частиц очень важным параметром аэрозольных систем является концентрация, т.е. число частиц в единице объема (см³). В среднем над океаном и в горах на высоте 1000-2000 м счетная концентрация составляет 1000, в сельской местности - 10000, а в больших городах до 100 тыс. частиц в 1 см³.

Большое количество аэрозолей образуется в результате естественных природных процессов. В среднем почвы и растительный мир дают свыше 40%, водная поверхность 10-20% всех атмосферных аэрозолей. Промышленные предприятия вносят 20%, а транспорт до 10% аэрозолей. По самым осторожным оценкам количество частиц ежегодно попадающих в воздушный бассейн Земли в результате деятельности человека достигает около 1 млрд. т. в год, что составляет 10% от всей массы загрязняющих веществ. Химический состав частиц различен, это диоксид кремния - песок, токсичные металлы, пестициды, углеводороды и др. Максимальный антропогенный вклад приходится на сульфаты.

Основной источник антропогенных аэрозолей - процесс горения. Энергетика и транспорт дают 2/3 общего количества антропогенных аэрозолей. Среди прочих источников аэрозолей - металлургические предприятия, производство строительных материалов, химические производства.

Аэрозоли способны изменять климат Земли. Высокодисперсные частицы промышленных выбросов являются ядрами конденсации в городах, это способствует повышению интенсивности осадков на 5-10% по сравнению с сельской местностью. Аэрозоли, осаждаясь в альвеолах легких, способны вызвать тяжелое заболевание у людей - пневмокониозы. Аэрозоли могут нести на себе радиоактивность, вирусы, микробы, грибки, вызвать смоги и кислые дожди, то есть создавать угрозу для жизни человека. Кроме того, пыль может стать причиной разрушительных взрывов. Взрывоопасными в аэрозольном состоянии называются и такие "невинные» вещества, как чай, крахмал, сахар, мука, которые не являются взрывчатыми материалами, но в определенных условиях могут гореть настолько интенсивно, что порой процесс оканчивается взрывом. Чем объясняется повышенная активность веществ, находящихся в аэрозольном состоянии?

Внешняя поверхность пачки спрессованного чая массой 100 гр равна 150 см², однако в аэрозольном состоянии из этой массы чая суммарная поверхность составит 300 м², т.е. увеличится в 20 тыс. раз. Огромная площадь поверхности аэрозольных частиц способствует активному окислению, в результате происходит быстрое и одновременное воспламенение аэрозолей, приводящее к взрыву. Особенно в этом отношении опасны аварийные выбросы топлива.

Для количественной характеристики запыленности воздуха в настоящее время используется преимущественно весовой метод (гравиметрия). Кроме того, существует счетный метод. Весовые показатели определяют массу пыли в единице объема воздуха. Это прямые методы измерения запыленности. Существует также группа косвенных методов измерения запыленности. Под косвенными методами понимают методы как с выделением пыли из воздуха, основанные на определении ее массы путем использования различных физических явлений (интенсивности излучения, электрического поля, оптической плотности и т.д.).

Наиболее распространенными является гравиметрический метод определения весовой концентрации пыли. Через аналитический фильтр просасывается определенный объем запыленного воздуха. Массу всей витающей пыли без разделения на фракции рассчитывают по привесу фильтра. Метод применяется для определения разовых и среднесуточных концентраций пыли в воздухе населенных пунктов и санитарно-защитных зон в диапазоне 0,04 - 10 мг/м³.

Задание:

Определить концентрацию пыли в приземном слое атмосферы по ул. Артема и Университетская в районе 3-го корпуса ДонНТУ.

Исходные данные:

Ситуационный план исследуемого участка.

Методические указания:

Фильтр из ткани ФПП взвешивают, вкладывают в фильтродержатель, который крепко завинчивают. Отбор проб производится со скоростью 250-400 л/мин, чтобы навеска пыли на фильтре была не менее 4 мг. Отбор ведется не более 30 мин. После протягивания воздуха фильтр пинцетом извлекают из держателя, выдерживают в течение 40-60 минут при комнатной температуре и доводят до постоянного веса. Если отбор проводился при относительной влажности около 100%, то фильтр помещают в стеклянной чашке на 30-50 минут, а затем уже выдерживают при комнатной температуре 40-50 минут. Концентрация пыли С мг/м³ вычисляют по формуле:

С=M/V₀,

где М - привес пыли на фильтре, равен разности весов запыленного и чистого фильтра, мг; V₀ - объем аспирированного воздуха, приведенный к нормальным условиям, м³. Под нормальными условиями подразумеваются температура 0 °С и атмосферное давление 760 мм рт. ст.(1013 гПа).

где V_t - объем аспирированного воздуха(м³) при температуре t и атмосферном давлении p (гПа), 273 - коэффициент расширения газов: 1013 гПа (760 мм.рт. ст.) - нормальное давление.

Например:

Привес пыли на фильтре составляет 7 мг. Объем аспирированного воздуха

при температуре 10 °С равен 5 м³. Давление 1015 гПа.

Вначале рассчитывается объем аспирированного воздуха:

V₀ = (10 * 5 м³ * 1015 гПа *273) / ((273+10) * 1013 гПа) = 50 м³. Затем вычисляется концентрация пыли: С = M/V₀ = 7/50 = 0,14 мг/ м³.

Замеры выполняются бригадой в количестве двух студентов. Точки замеров выносятся на ситуационный план. По данным замеров всех бригад строится карта распределения пыли в пределах исследуемого участка.

Результаты работы должны быть представлены в виде пояснительной записки, в которой приводится краткое описание ситуационного плана, методика выполнения работы, расчеты концентраций пыли и характеристика ее пространственного распределения в приземном слое атмосферы исследуемой территории.

Поиск по сайту: