《空气和废气监测》

空气和废气监测,本章内容,第一节 空气污染基本知识 第二节空气污染监测方案的制定 第三节 空气样品的采集方法和采样器 第四节 气态和蒸汽态状污染物的测定 第五节 颗粒物的测定 第六节降水监测 第七节污染源监测,第一节空气污染基本知识,本节内容： 1）了解大气、空气和大气污染的基本概念及大气 污染对人和生物的危害， 2）掌握大气污染物的存在状态，大气污染物的时 空分布特点和对大气监测的意义。 3）掌握大气中污染物浓度的表示方法与气体体积 换算。,3.1.1大气、空气和空气污染,大气：包围在地球周围的气体，其厚度达1000-1400km。 空气：对人类及生物生存起重要作用的是近地面约10km内的气体层（对流层），占大气总质量的95%左右。 大气污染(atmosphere pollution)：大气中有害物质浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后，会改变大气特别是空气的正常组成，破坏自然的物理、化学和生态平衡体系，从而危害人们的生活、工作和健康，损害自然资源及财产、器物等，这种情况称为大气污染。,3.1.2、空气污染的危害,对人的危害 对动植物的危害 对材料的损坏 对大气的影响,对人的危害,1.急性危害： 定义：高浓度污染物短时间内造成的危害。(相关内容) 2.慢性危害 定义：低浓度污染物长期作用于人体，会产生慢性远期效应，这种效应对人体的危害叫慢性危害，不易引起人们注意，很难鉴别。(相关内容),大气污染对人的危害急性,1.1952年伦敦烟雾事件，四天内死亡4000人 2.1930年，比利时马斯河谷烟雾事件，死亡60人 3.1948年，美国多诺拉事件,大气污染对人的危害慢性,1.1961年日本四日市哮喘事件：1955年以来，工业废气，粉尘，SO2年排放量13万吨，大气中SO2浓度超标56倍，500m厚的烟雾中漂浮着多种有毒气体和重金属粉尘。重金属微粒与SO2形成硫酸烟雾。1961年，哮喘病发作，患者中慢性气管炎占25%，支气管哮喘占30，哮喘支气管炎占10，肺气肿及其它呼吸道疾病占5，1967年，一些患者自杀，1971年，全市确认病人817人，死亡10人。,2.日本一所小学720名学生几乎全患气管炎 3.美国洛杉矶光化学烟雾事件 40年代初期，全市200多万辆汽车，每天消耗汽油1600万升，向大气中排放C-H，N-O，CO等废气，经过光照，形成光化学烟雾。 刺激眼睛，造成红肿 对人体的危害 上呼吸道粘膜，引起喉炎 全身的影响 4.放射性慢性危害癌变，不育，遗传变异,1.70年代初，美国空气污染造成经济损失250亿美元/年 2.臭氧使美国每年森林农作物经济损失超过30亿美元 3.哥伦比亚的炼铜厂S02污染，使该厂南部52英里内30的树木，南部33英里内60的树木死亡或者严重受损。 4.恶风一书的介绍,对动植物的危害,对材料的损坏,是城市地区经济损失的一大原因 SO2,H2O,H2S使PbSO4PbS 白黑，油画变黄，腐蚀材料，腐蚀建筑材料，使橡胶制品脆裂，损坏艺术品，使有色材料退色。颗粒物沉积在高压浅色绝缘器件上，高湿度时可变为导体造成短路。比如电视机爆炸。,大气中的污染物能改变大气的性质和气候的形式。 1.CO2吸收地面的辐射，颗粒物对阳光的散射作用能改变地面温度，使温度上升或者下降 2.细的颗粒物可降低能见度，使降水增加，雾增加 3.改变大气的电学性质 4.酸雨，已使世界上一些地区生态受到明显的伤害。 造成酸雨的原因：SO2,NO2，我国南方酸雨比较严重,对大气的影响,3.1.3空气污染源,火山爆发 自然源 森林火灾等 工业企业排放的废气 人工源 室内空气污染源 交通运输工具排放的废气,工业企业排放的废气,工业企业排放量最大的是易煤和石油为燃料，在燃烧过程中排放的粉尘、SO2、NOX、CO、CO2等，其次是生产过程中排放的多种有机物和无机污染物质。表3-1（P146） 资料(链接到相关内容),家庭炉灶与取暖设备排放的废气,这类污染源数量大、分布广、排放高度低，排放的气体不易扩散，在气象条件不利的时候会造成严重的大气污染，是低空大气污染不可忽视的污染源，排放的主要污染物是烟尘、SO2、CO、CO2等。 室内空气污染的分类 室内空气的质量保证,汽车排放的废气,汽车数量大，排放的污染多，集中在大城市。 美国大气污染80%来自汽车的尾气。造成光化学烟雾污染等。 资料(链接到相关内容),3.1.4、空气中的污染物及其存在形态,已发现有危害而被人注意的就有一百多种，其中大部分是有机物，环境科学中用下列两种方法进行分类 一次污染物 1.按形成过程分类 二次污染物 分子状态污染物 2.按存在状态分类 粒子状态污染物,一次污染物,直接从各种污染源排放到大气中的有害物质，常见的有： SO2 , CO, NOX (NO, NO2) 颗粒物，其中包括毒重金属， 3,4-苯并芘(BaP),一次污染物之间以及它们与大气正常组分之间的反应产生的新的污染物 臭氧，醛类，过氧乙酰硝酸酯，(光化学氧化剂)，硫酸雾，硝酸雾等。(，美国洛杉基的光化学烟雾事件),二次污染物,分子状污染物,沸点低，气体分子形式存在，并以分子状态进入大气，或者常温下液体，但挥发性强，受热时易以蒸汽进入大气中。 如：SO2,CO,NO2,HCN,苯, 汞,NH3,H2S,Pb,Cd,氟化物等,是分散在大气中的液体和固体颗粒。粒径大小在0.01-100um之间，复杂的非均匀体系。 直径10um为降尘 直径10um为飘尘，又名气溶胶(雾，烟，尘),粒子状污染物,3.1.5空气污染物的时空分布特点,空气污染物随时间、空间变化大 空气污染物的时空分布及其浓度与污染物排放源的分布、排放量及地形、地貌、气象等条件密切相关。,3.1.6空气中污染物浓度表示方法,(一）污染物浓度表示方法 （1）单位体积质量浓度（mg/m3或g/m3）对 任何状态的污染物都适用。 （2）体积比浓度（mL/m3或L/m3；ppm或ppb），仅适于气态或蒸汽态物质。 (二）气体体积换算 两种单位换算关系： CV = 22.4Cm/M 把现场状态下的体积换算成标准状态下的体积: Vo = Vt273P /(273+t)101.325,第二节空气污染监测方案的制定,本节内容： 1）大气污染监测的目的、有关资料的收集方法和范围、具体监测项目的确定原则和项目内容， 2）监测网点的优化布点原则、要求和方法要点、采样时间和频率的确定原则与要求。,制定大气污染监测方案的程序,首先要根据监测目的进行调查研究，收集必要的基础资料，然后经过综合分析，确定监测项目，设计布点网络，选定采样频率、采样方法和监测技术，建立质量保证程序和措施，提出监测结果报告要求及进度计划等。,1.通过对大气环境中主要污染物质进行定期或连续地监测，判断大气质量是否符合国家制定地大气质量标准，并为编写大气环境质量状况评价报告提供数据 2.为研究大气质量地变化规律和发展趋势，开展大气污染的预测预报工作提供依据 3.为政府部门执行有关环境保护法规，开展环境质量管理、环境科学研究及修订大气环境质量标准提供基础资料和依据,3.2.1大气污染监测的目的,3.2.2调研及资料收集,(一) 污染源分布及排放情况 (二）气象资料 (三) 地形资料 (四) 土地利用和功能分区情况 (五) 人口分布及人群健康情况,3.2.3监测项目,见表3-2（P152）,3.2.4监测站(点)的布设,（一）布设采样点的原则和要求 （二）采样点数目 一般都是按城市人口多少设置城市大气地面自动监测站（点）的数目。详见153页表3-3、3-4。 （三）采样站（点）布设方法 1、功能区布点法 2、网格布点法 3、同心圆布点法 4、扇形布点法,5、注意事项,（1）采用同心圆和扇形布点法时，应考虑高架点源排放污染物的扩散特点 （2）在实际工作中，常采用一种布点法为主，兼用其他方法的综合布点法,3.2.5、采样时间和频率,（一）.采样时间 每次采样从开始到结束所经历的时间。 可分为： 短期采样 长期采样 间歇性采样,(二)采样频率 指一定时间范围内的采样次数 1.依浓度分布的时间特性 依气象条件变化的特征，高中低浓度都包括 2.依对监测数据要求的精确程度 例如：日平均浓度，每隔24h采样一次 采样时间和采样频率表,3.3空气样品的采集方法和采样仪器,本节内容 1）掌握大气样品的采集方法和采样仪器，方法包括直接采样法、富集浓缩采样法（其中富集浓缩采样法是重点和难点）； 2）大气采样的仪器，其中大气颗粒物的采样仪器是重点和难点；了解采样的效率和采样记录；,第三节空气样品的采集方法和仪器,选择采样方法要考虑的因素 1.污染物的存在状态 2.污染物的浓度 3.污染物的理化特性 4.所用分析方法的灵敏性 常用的采样方法 采样仪器,1 .直接采样法 被测组分浓度高 分析方法灵敏度高 2.浓缩采样法 被测组分浓度低 分析方法灵敏度不够高,采样方法,3.3.1直接采样法,1.注射器采样（图） 2.塑料袋采样（图） 3 .采气管采样 4. 真空瓶采样（图）,3.3.2浓缩采样法,(1)溶液吸收法 (2)填充柱阻留法 (3)滤料阻留法 (4)低温冷凝法,(5)静电沉积法 (6)自然积集法 (7)扩散渗透法 (8)综合采样法,1.吸收液的选择 对被采集物质溶解度要大或与被采集物质的化学反应速度快 稳定时间长 有利于下一步分析 毒性小，价格低，易购买，可回收 2.使用的仪器,溶液吸收法,溶液吸收法使用的仪器,1.气泡吸收管 2.冲击式吸收管 3.多孔筛板吸收管（瓶）,气泡吸收管,冲击式吸收管,多孔筛板吸收管,1.吸附型填充柱 2.分配型填充柱 3.反应型填充柱,填充柱阻留法,吸附型填充柱,1.填充剂 活性炭、硅胶、分子筛、高分子多孔微球等。 2.表面吸附作用 分子间引力引起的物理吸附，吸附力较弱剩余价键力引起的化学吸附，吸附力较强,分配型填充柱,1.填充剂 表面涂高沸点有机溶剂的惰性多孔颗粒物，如硅藻土，类似于GC中的固定相 2.当被采集气样通过填充柱时，在有机溶剂中分配系数大的组分保留在填充剂上而被富集,反应型填充柱,1.填充剂：由惰性多孔颗粒物(如石英沙、玻璃微球)或纤维状物(如滤纸、玻璃棉等)表面涂渍能与被测组分发生化学反应的试剂制成。也可用纯金属丝毛或细粒作填充剂 2.气样通过填充柱时，被测组分在填充剂表面因发生化学反应而被阻留 3.采样量和采集速度大，富集物稳定，对气态、蒸汽态和气溶胶态物质有较高的富集效率,滤料阻留法,该方法是将过滤材料放在采样夹上，用抽 气装置抽气，则空气上的颗粒物被阻留在过滤 材料上，秤量过滤材料上富集的颗粒物重量， 根据采样体积可计算出空气中颗粒物的浓度。 滤料常用 纤维状虑料：滤纸、玻璃纤维虑膜，过氯乙烯滤膜等。 筛孔状虑料：微孔滤膜、核孔滤膜、银薄膜,应用范围：常温下难于被固体吸附剂完全阻留的一些低沸点气态化合物，所以用制冷剂将其冷凝下来。eg：苯乙烯，三氯乙醛等 冷冻剂 冰盐水(10) 干冰乙醇(72) 液氨(183) 液态空气(190) 半导体制冷器 仪器 冷阱，选择性过滤器，浓缩管,低温冷凝法,自然积集法,1、降尘试样采集 湿法（应用广泛） 干法 2、硫酸盐化速率试样的采集 二氧化铅法 碱片法,气样流量计吸收管(缓冲瓶) 抽气泵 1、空气采样器 2、TSP颗粒物大流量采样器 3、旋风分尘器 4、孔口流量计 5、转子流量计,3.3.3采样仪器,3.3.4采样效率,指在规定的采样条件下所采集到的污染物量占其总量的百分数 绝对比较法 评价方法 相对比较法,绝对比较法,用标准气测定采样效率，采样效率K为： C1实测浓度 C0配制浓度,相对比较法,配制一定浓度范围的待测气体，串联23个采样管采集所配制的样品，采样效率K为： K应大于90，若K小于90，应串三个管使用,3.3.5采样记录,内容有：所采集样品被测污染物的名称及编号；采样地点和采样时间；采样流量、采样体积；采样时的温度、大气压力和天气状况；采样仪器，吸收液及采样时周围情况；采样者、审核者姓名等。,(二)大气污染监测的分类,1.对污染源的监测：排出口监测 2.对大气的监测：以大气为对象 3.职业暴露监测：在工作地点采样 以上都可采用大气污染连续自动监测系统 若干个 大气污染固定监测站 大气污染流动监测站 一个 监测中心 数据通信系统。,大气组成比例图,布设采样点的原则和要求,1.覆盖全部监测区：采样点应设在整个监测区域的高中低三种不同污染物浓度的地方 2.在污染源比较集中，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；上风向布设少量点作为对照 3.工业集中地区多取点，农村可少些