《环境监测》课程设计.doc

安徽新华学院大气监测设计方案课 程 名 称 环 境 监 测 院 （系）土木与环境工程学院 专 业 班 级 10环境工程 姓 名 李丕显 学 号 1042254114 起 止 日 期 5.225.31 指 导 教 师 潘争伟 目 录1、设计的目的和务1 1.1、目的1 1.2、任务12、校园大气环境现状查12.1、校园地理位置12.2、校园污染源调查13、校园采样点的设23.1、采样点的布设原则23.2、 采样点布设情况表23.3、采样时间和采样频率24、监测项目和法34.1、SO2的测定34.2、NO2的测定64.3、PM10的测定85、空气质量状况分析105.1、各监测项目的数据统计105.2、空气质量状况分析115.2.1 各监测项目日均浓度115.2.2 API与空气污染物浓度关115.2.3 API指数和空气质量的等级系115.2.4 空气污染指数的计算方法125.2.5 API值和空气质量等级评价126、质量保证156.1、质量保证的意义156.2、连续采样质量保证156.3、 间断采样质量保证16 7、 保护校园环境质量的方案和议167.1、气体的治理167.1.1. SO2的防治167.1.2.NO2的防治177.1.3. PM10的防治187.2、校园生态环境的保护188、校园环境空气质量的综合分析与价188.1、环境质量评价的概念与意义188.2、环境质量评价分类189新华学院综价1910、参考文献191、设计的目的和任务 1-1、目的此次课程设计是针对校园空气状况进行监测，从而了解校园的大气以及大气状况观察分析大气中有害物质的分布，对空气质量进行评述并提出保护校园环境质量的对策与建议，利用我们所学的知识来解决实际问题。巩固、消化环境监测课程的理论知识，同时加深我们对大气污染检测的基本理论了解。熟悉大气环境监测的全过程，掌握常规监测项目的监测原理、方法、操作技能，培养学生进行现场调查和操作动手的能力，熟悉在监测过程进行质量保证的方法，具备制定和实施污染源调查、环境影响评价、治理工程所必需的监测方案的能力，控制和改善校园大气质量，为学生和老师的生活与学习清洁适宜的环境，防止生态破坏，保护师生健康，促进校园和谐发展。 1-2、 任务进行学校大气环境现状调查，拟定监测方案，优化布点，采集样品分析测试，并提出改善校园空气环境的对策和建议，总结；撰写环境监测课程设计报告。2、校园大气环境现状调查 2-1、校园地理位置安徽新华学院地处安徽省省会合肥市，坐落于合肥国家高新技术开发区内大蜀山森林公园南麓，学院占地面积1500亩，建筑面积60余万平方米。是经国家教育部批准成立的省属普通本科高校，安徽省唯一获得学士学位授予权的民办本科高校。学院由安徽新华集团于2000年投资创办，并鲜明地提出了“新华教育，兴教报国”的办学宗旨。 2-2、校园污染源调查新华学院在校人数为2万人，食堂有5个，还有一些开水锅炉。其次还有校外的餐厅，居民区，施工工程，及来往的车辆等，这些都会对学校环境造成较大的影响。其中食堂和开水锅炉还有施工工程建设带来的污染物主要是粉尘和SO2，而驾校和校外的车辆则主要会带来一些氮氧化合污染物。3、校园采样点的布设 3-1、采样点的布设原则1(1)在污染源比较集中地地方、主导风向比较明显的情况下，应将污染源的下风向作为主要监测范围，布设较多的采样点，上风向布设量点作为对照； (2)污染源较密集，人口密度较大的地区要适当增设采样点； (3)采样点的会走位应该视野应该比较开阔，采样口水平线与周围的建筑物高度的夹角应不大于30； (4)各个采样点的设置条件尽可能一致或标准化，使其获得的监测数据只有可比性； (5)采样的高度根据检测母的而定，研究大气污染对人体的危害，应该将采样器或者测定仪器设置于常人呼吸带的高度，即在采样口应在离地面1.5m-2m处。综上所述，在校园中布点应根据污染物类型，数量，位置，排放浓度以及校园地形，功能区以及人口密集现象，地形及其他客观原因确定布点位置和数目。据校园污染源的特点，建议使用功能区布点法。3-2、 采样点布设情况表检测项目检测地点 SO2NO2PM10学生公寓111图书馆111实验楼111西门111 3-3、采样时间和采样频率 频率：连续采样5天，每天采样3次； 时间：5月2231日，每天早上9：00，11:00和 15:00。4、监测项目和方法项目采样方法流量时间分析方法SO2液体吸收法0.5L/min45min盐酸副玫瑰苯胺分光光度法NO2液体吸收法0.3L/min45min盐酸萘乙二胺分光光度法PM10滤膜富集法100L/min45min重量法 4-1、二氧化硫（SO2）的测定2 4-1-1 原理（四氯汞钾溶液盐酸副玫瑰苯胺吸收分光光度法）：空气中的SO2被四氯汞钾溶液吸收后，生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，该络合物再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺反应，生成紫红色的络合物，据其颜色深浅与SO2浓度成正比，用分光光度法测定（最大吸收峰于575nm处），反应式如下： HgCl2 +2KCl =K2Hg(Cl)4HgCl42- +SO2+H2O =HgCl2SO32-+2H+2Cl-HgCl2SO32-+HCHO+2H+=HgCl2+羟基甲基硫酸盐酸副玫瑰苯胺+羟基甲基硫酸=紫色络合物+H2O+3H+3Cl-（俗称品红） 4-1-2 仪器 (1)多孔玻板吸收管 普通型，内装10ml吸收液，用于1h采样。 (2)气泡吸收管 直筒型，内装50ml吸收液，用于24h采样。 (3)空气采样器 流量范围0.21L/min，流量稳定。使用时，用皂膜流量计校准采样系列在采样前和采样后的流量，流量误差应小于5%。 (4)具塞比色管 10ml，体积刻度应校准。 (5)分光光度计 用10mm比色皿，在波长550nm下，测定吸光度。4-1-3 试剂 （1）四氯汞钾吸收液(0.04mol/L)； （2）甲醛溶液(2.0g/L)； （3）氨基磺酸铵溶液(6.0g/L)； （4）盐酸副玫瑰苯胺储备液(0.2%)； （5）盐酸副玫瑰苯胺使用液(0.016%)； （6）碘储备液(0.10mol/L)； （7）碘使用液(0.05mol/L)； （8）淀粉指示剂(5.0g/L)； （9）碘酸钾标准溶液(0.1000mol/L)； （10）硫代硫酸钠储备液(0.1mol/L)； （11）硫代硫酸钠使用液(0.05mol/L)； （12）二氧化硫标准溶液(2.0g/mL)；。 （13）磷酸溶液(3mol/L)； （14）亚硝酸钠标准溶液(2.0g/mL)；。4-1-4测定步骤 标准曲线的绘制：取8支10mL具塞比色管，按下列参数和方法配制标准色列。加入溶液色列管编号012345672.0g/mL亚硫酸钠标准使用液(mL)00.601.001.401.601.802.202.70四氯汞钾吸收液(mL)5.004.404.003.603.403.202.802.30二氧化硫含量（g）01.202.002.803.203.604.405.40 在以上各比色管中加入6.0g/L氨基磺酸铵溶液0.50mL,摇匀。再加2.0g/L甲醛溶液0.50mL及0.016%盐酸副玫瑰苯胺使用液1.50mL，摇匀。当室温为1520时，显色30min；室温为2025时，显色20min；室温为2530时，显色15min。用1cm比色皿，于575nm波长处，以水为参比，测定吸光度，试剂空白值不应大于0.050吸光度。以吸光度扣除试剂空白值）对二氧化硫含量（g）绘制标准曲线，并计算各点的SO2含量与其吸光度的比值，取各点计算结果的平均值作为计算因子（Bs）。 采样：量取5mL四氯汞钾吸收液于多孔玻璃吸收管内，通过塑料管连接在采样器上，在各采样点以0.5/min流量采气3045min.采样完毕，封闭进出口，带回实验室供测定。 样品测定：将采样后的吸收液放置20min后，转入10mL比色管中，用少许水洗涤吸收管并转入比色管中，使其总体积为5mL，再加入0.50mL 6g/L的氨基磺酸铵溶液，0.50mL及2.0g/L甲醛溶液及1.50mL 0.016%盐酸副玫瑰苯胺使用液摇匀，放置10min，以消除NOx的干扰。以下步骤同标准曲线的绘制。按下列计算空气中SO2浓度（c）：C(SO2，mg/m3）= 式中：A 样品溶液的吸光度；A0-试剂空白溶液的吸光度；-计算因子（g/吸光度）；-换算成标准状况下的采样体积，L（注：在测定每批样品时，至少要加入一个已知SO2浓度的控制样品同时测定，以保证计算因子的可靠性。）4-2、二氧化氮（NO2）的测定34-2-1 原理（盐酸萘乙二胺分光光度法）：用冰乙酸、对双氨基苯磺酸和盐酸乙二胺配成吸收液，大气中NO2被氧化成HNO3和HNO2。在冰乙酸存在的条件下，亚硝酸与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，然后再与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色偶氮染料，其颜色深浅与气体样品中NO2浓度成正比，因此可以用分光光度法测定。其吸收显色反应式如下：偶合重氮反应2NO2+H2O=HNO2+HNO3对氨基苯磺酸+HNO2+CH3COOH +盐酸奈乙二胺 玫瑰红色偶氮染料 因为NO2（气）不是全部转化为NO2-（液），故在计算结果时应除以转换系数（称为Saltzman实验系数，用标准气体通过实验测定）。按照氧化NO所用氧化剂不同，本次监测采用三氧化铬-石英砂氧化法。 4-2-2 仪器： （1）多孔玻板吸收管（棕色）； （2）大气采样器：流量范围01升/分； （3）分光光度计。4-2-3试剂： （1）N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐储备液； （2）吸收液； （3）亚硝酸钠标准储备液； （4）亚硝酸钠标准使用液。 4-2-4 测定步骤 标准曲线的绘制：取6支10mL具塞比色管，按下列参数和方法配制NO2-标准溶液色列NO2所配制的标准色列 管号溶液0123456NO2-标准使用液（ml）0.00.100.200.300.400.500.60吸收原液（ml）4.004.004.004.004.004.004.00水（ml）1.000.900.800.700.600.500.40 将各管溶液混匀，于暗处放置20min（室温低于20时放置40min以上），用1cm比色皿于波长540nm处以水为参比测量吸光度，扣除试剂空白溶液吸光度后，在标准曲线计算软件上计算标准曲线的回归方程。 采样：吸取5.0mL吸收液于多孔玻板吸收管中，用硅橡胶管连接在空气采样器之间，以0.3L/min流量采气45min。在采样的同时，记录现场温度和大气压力。 样品的测定：采样后于暗处放置20min（气温低适应适当延长显色时间。如室温15时，显色40min以上）后，用水将吸收管中吸收液的体积补至标线，混匀。将采样溶液移入1cm比色皿中，用绘制标准曲线的方法和条件测量试剂空白溶液和样品溶液的吸收光度。按下式计算空气中NO2浓度：配置标准系列，各加等量吸收液显色，定容制成标准曲线色列。于540nm处分别测定其吸光度，根据数据值绘制标准曲线，测定样品溶液的吸光度：=式中：空气中NO2浓度，mg/m3； A试样溶液的吸光度； A0试剂空白溶液的吸光度； b标准曲线性回归方程的斜率，吸光度ml/g； a标准曲线性回归方程的截距； V采样用吸收液体积，mL； V0换算为标准状态（273K、101.3kPa）下的采样体积，L； fSaltzman试验系数，0.88（当空气中二氧化氮浓度高于0.720mg/m3时，f值为0.77）。4-3、可吸收颗粒浓度的测定PM1044-3-1 原理（重量法）：以恒速抽取定量体积的空气，使之通过带有10-3mm切割器的大流量采样器，小于10-3mm的可吸入颗粒物随气流经分离器的出口被截留在已恒重的滤膜上，根据采样前后滤膜的重量之差及采样体积，即可计算出可吸入颗粒物浓度，用/m3表示。4-3-2 仪器和材料： （1）样器； （2）天平； （3）恒湿箱； （4）虑膜； （5）镊子、虑膜盒4-3-3 测定步骤 （1）在恒温箱中烘干虑膜4小时，然后放在干燥器中（注意每次取膜要涂凡士林密封）； 用镊子从干燥器中取一张完好的虑膜放于天平上称取其质量并记录； 采样：取出称过的滤膜平放在采样器采样头内的滤膜支持网上（绒面向上），用滤膜夹夹紧。以100L/min流量采样30min，记录采样流量和现场温度及大气压。用镊子轻轻取出滤膜，放入滤膜袋内； 称量和计算：将采样滤膜在与空白滤膜相同的平衡条件下平衡24h后，用分析天平称量（精确到0.1mg），记下重量（增量不应小于10mg）,按下式计算PM10含量：PM10含量（g/m3）= 式中：W1采样后的滤膜重量，g； W0空白滤膜的重量，g； Q采样器平均采样流量，L/min；【注意事项】 （1）采样器在采样过程中必须准备保持恒定流量 （2）定期清洗切割器内大于0.001mm的颗粒物，保持切割器入口距离，以防止大颗粒的干扰。5、 数据记录与处理5-1、各监测项目的数据统计，见表13表1 二氧化硫(SO2)监测数据统计表（单位：mg/m3）采样点图书馆学生宿舍实验楼西门时间5月22日8 点5月22日11点5月22日15点5月23日8 点5月23日11点5月23日15点5月24日8点5月24日11点5月24日15点5月25日8点5月25日11点5月25日15点5月26日8点5月26日11点5月26日15点表2 氮氧化物(NO2)监测数据统计表（单位：mg/m3）采样点图书馆学生宿舍实验楼西门时间5月22日8 点5月22日11点5月22日15点5月23日8 点5月23日11点5月23日15点5月24日8点5月24日11点5月24日15点5月25日8点5月25日11点5月25日15点5月26日8点5月26日11点5月26日15点表3 PM10监测数据统计表（单位：mg/m3）采样点图书馆学生宿舍实验楼西门时间5月22日8 点5月22日11点5月22日15点5月23日8 点5月23日11点5月23日15点5月24日8点5月24日11点5月24日15点5月25日8点5月25日11点5月25日15点5月26日8点5月26日11点5月26日15点 5月22日8点5-2、空气质量状况分析5-2-1 各监测项目日均浓度（单位：mg/m3），如下表：时间地点SO2NO2PM105月22日图书馆学生宿舍实验楼西门5月23日图书馆学生宿舍实验楼西门5月23日图书馆学生宿舍实验楼西门5月24日图书馆学生宿舍实验楼西门5月25日图书馆学生宿舍实验楼西门5-2-2 API与空气污染物浓度的关系，如下表5：API与空气污染物浓度的关系APIPM10（日均值）SO2(日均值)NO2(日均值)5000.62.60.944000.52.10.753000.421.60.5652000.350.250.151000.150.150.1500.050.050.055-2-3 API指数和空气质量的等级关系，如下表6：API指数5050100100200200300300空气质量等级一级二级三级四级五级 5-2-4 空气污染指数的计算方法7 基本计算式：设I为某污染物的污染指数，C为该污染物的浓度。则：式中：C大与C小：在API分级限值表（表1）中最贴近C值的两个值，C大为大于C的限值，C小为小于C的限值。I大与I小：在API分级限值表（表1）中最贴近I值的两个值，I大为大于I的值，I小为小于I的值。 全市API的计算步骤a 求某污染物每一测点的日均值式中：Ci为测点逐时污染物浓度，n为测点的日测试次数b 求某一污染物全市的日均值式中：l为全市监测点数c 将各污染物的市日均值分别代入API基本计算式所得值，便是每项污染物的API分指数。d 选取API分指数最大值为全市API。 全市主要污染物的选取各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，则该项污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。API = max(I1,I2IiIn）假定某地区的PM10日均值为0.215毫克/立方米，SO2日均值为0.105毫克/立方米，NO2日均值为0.080毫克/立方米，则其污染指数的计算如下：按照表1，PM10实测浓度0.215毫克/立方米介于0.150毫克/立方米和0.350毫克/立方米之间，按照此浓度范围内污染指数与污染物的线性关系进行计算，即此处浓度限值C2 =0.150毫克/立方米，C3 =0.350毫克/立方米，而相应的分指数值I2 =100，I3 =200，则PM10的污染分指数为：I =（200100）/（0.3500.150）(0.2150.150) +100=132这样，PM10的分指数I =132；其它污染物的分指数分别为I =76（SO2），I =50（NO2）。取污染指数最大者报告该地区的空气污染指数：API =max（132,76,50）=132首要污染物为可吸入颗粒物（PM10）5-2-5API值和空气质量等级评价5月22日监测地点 API指数空气API指数SO2NO2PM10图书馆学生宿舍实验楼西门 5月23日监测地点 API指数空气API指数SO2NO2PM10图书馆学生宿舍实验楼西门 5月24日监测地点 API指数空气API指数SO2NO2PM10图书馆学生宿舍实验楼西门 5月25日监测地点 API指数空气API指数SO2NO2PM10图书馆学生宿舍实验楼西门5月26日监测地点 API指数空气API指数SO2NO2PM10图书馆学生宿舍实验楼西门6、质量保证6-1、质量保证的意义8环境监测质量保证要求各个实验室从采样到结果所提供的数据有规定的准确度和可比性，以便得出正确的结论。如果没有一个科学的环境监测质量保证程序，由于人员的技术水平、仪器设备、地域等差异，难免出现调查资料相互矛盾、数据不能利用的现象，造成大量人力、物力和财力的浪费。质量保证和质量控制，是一种保证监测数据准确可靠的方法，也是科学管理实验室和监测系统的有效措施，它可以保证数据的质量，使环境监测建立在可靠的基础之上。6-2、连续采样质量保证9(1)采样总管及采样支管应定期清洗，干燥后方可使用。采样总管至少每6个月清洗1次；采样支管至少每月清洗1次。 (2)吸收瓶阻力测定应每月1次，当测定值与上次测定结果之差大于0.3kPa时，应做吸收效率测试（测试方法见附录3），吸收效率应大于95%。不符合要求者，不能继续使用。 (3)采样系统不得有漏气现象，每次采样前应进行采样系统的气密性检查。确认不漏气后，方可采样。 (4)临界限流孔的流量应定期校准，每月1次，其误差应小于5%，否则，应进行清洗或更换新的临界限流孔，清洗或更换新的临界限流孔后，应重新校准其流量。 (5)使用临界限流孔控制采样流量时，采样泵的有载负压应大于70kPa，且24h连续采样时，流量波动应不大于5%。 (6)定期更换尘过滤膜，一般每周1次，及时更换干燥器中硅胶，一般干燥器硅胶有1/2变色者，需更换。 6-3、 间断采样质量保证 10 (1)每次采样前，应对采样系统的气密性进行认真检查，确认无漏气现后，方可进行采样。 (2)应使用经计量检定单位检定合格的采样器。使用前必须经过流量校准，流量误差应不大于5%；采样时流量应稳定。 (3)使用气袋或真空瓶采样时，使用前气袋和真空瓶应用气样重复洗涤三次；采样后，旋塞应拧紧，以防漏气。 (4)在颗粒物采样时，采样前应确认采样滤膜无针孔和破损，滤膜的毛面应向上。 (5)使用吸附采样管采样时，采样前应做气样中污染物穿透试验，以保证吸收效率或避免样品损失。7、 保护校园环境质量的方案和建议7-1、气体的治理117-1-1. SO2的防治校内的SO2的来源主要为学校锅炉房的燃料的燃烧。学校食堂的煤烟，还有学校教工宿舍的生活废气的排放。所以可以采取“燃料在燃烧炉内脱硫的方法”。燃料在燃烧炉脱硫采用沸腾炉，使煤和脱硫剂处于流体状态，边燃烧边进行脱硫反应。脱硫剂主要采用白云石（CaCO3 MgCO3）或石灰石（CaCO3），在燃烧室内CaCO3、MgCO3变热分解生成CaO、MgO与空气中的SO2化合成硫酸盐从灰分中，排掉。在氧化介质中，脱硫反应为： CaCO3CaO + CO2 CaCO3 + SO2 + O2 CaSO3+ CO2白云石还有以下反应： MgCO3 MgO + CO2 MgO + SO2 + O2 MgSO4 白云石的脱硫效果比石灰石好些，这是由于在燃烧室温度下，白云石显多孔状吸收效果强。另脱硫效果受影响的因素有：沸腾层温度、硫化速度、压力和脱硫化剂用量等，脱硫剂的用量一般用钙硫摩尔比表示： 另外对气态污染物防治技术主要有以下几种：吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法、生物法、膜分离法。 以上就好似我们对大气质量污染的防治措施，但是我们更加应该注意采取一些以预防为主的措施。 合理利用环境的自净作用：合理工业布局，选择有利于污染扩散的排放方式，中绿色植物。加强优化环保设备，改革能源结构，集中供热，进行燃料的预处理。7-1-2.NO2的防治 二氧化氮是一种棕红色、高度活性的气态物质。氮氧化物是一氧化氮、二氧化氮及其他氮氧化物的总称，而二氧化氮在臭氧的形成过程中起着重要作用。人为产生的二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放，比如机动车、电厂废气的排放等。家庭用火炉和气炉燃烧也会产生相当量的二氧化氮。可以通过对烟煤含氮量的处理。7-1-3. PM10的防治7-2、校园生态环境的保护首先在公路旁增大绿化面积，减小校园的空气粉尘含量；再次在实验室告诫大家遵守实验室的规定，避免药品浪费和废气的排放，减少二氧化硫的含量；最后加强环保教育力度，提高全校师生对环境的认识，养成保护环境的好习惯，减少校园固体垃圾从而净化空气。8、校园环境空气质量的综合分析与评价 环境标准是为了保护人群健康、社会物质财富和维持生态平衡，对一空间和时间内的 环境中的有害物质或因素的容许浓度所做的规定。8-1、环境质量评价的概念与意义12 环境质量评价 简称环境评价。环境评价是环境