环境管理_空气污染与辐射监测

RadioationEnvironmentalMonitoring 课程提纲 第四章空气污染与辐射监测 第一节空气及空气污染的基本知识第二节空气放射性污染监测方案的制订第三节空气样品的采集与处理第四节大气中氡及其子体的测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第一节空气及空气污染的基本知识 大气 包围在地球周围的气体 其厚度达1000 1400km 大气组成 干洁空气 大气中除去水汽和杂质的空气称为干洁空气 氮 氧 氩占大气总体积的99 水汽 主要来自海洋 江河 湖泊以及其他潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾 固体杂质 悬浮于大气中的烟粒 尘埃 盐粒等 大气层结构 均质大气层与非均质大气层均质层结构对流层 0 20km 平流层 20 50km 中间层 50 80km 第一节空气及空气污染的基本知识 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 空气污染 空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等 这种情况称为空气污染 第一节空气及空气污染的基本知识 RadioationEnvironmentalMonitoring 1 空气和空气污染 地球半径 大气厚度 氮78 06 氧20 95 氩0 93 其他气体 0 1 有害物质 烟尘 氡及其子体 放射性气溶胶 非放射性污染物等 对人类有影响的 距地面10km 第一节空气及空气污染的基本知识 RadioationEnvironmentalMonitoring 2 空气污染的危害 污染物质大气颗粒物气溶胶氡及其子体 颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置 化学组成决定沉积位置上对组织的影响 第一节空气及空气污染的基本知识 空气污染对人体的危害途径 呼吸道吸入 随食物和饮水摄入 体表接触侵入 RadioationEnvironmentalMonitoring 3 空气中的污染物及其存在状态 按形成过程分类可分为 一次污染物和二次污染物 按存在状态分类可分为 分子状态污染物和粒子状态污染物粒径大于l0 m的颗粒物能较快地沉降到地面上 称为降尘 粒径小于10 m的颗粒物 PM10 可长期飘浮在空气中 称为可吸入颗粒物或飘尘 IP PM2 5 大气中直径小于或等于2 5微米的颗粒物 也称为可入肺颗粒物 它的直径还不到人的头发丝粗细的1 20 第一节空气及空气污染的基本知识 RadioationEnvironmentalMonitoring 4 空气中污染物的时空分布特点 与其他环境要素中的污染物质相比较 空气中的污染物质具有随时间 空间变化大的特点 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 第一节空气及空气污染的基本知识 RadioationEnvironmentalMonitoring 5 空气中污染物浓度表示方法 非放射性物质 1 单位体积质量浓度单位体积质量浓度是指单位体积空气中所含污染物的质量数 常用mg m3或 g m3表示 3 体积比浓度体积比浓度是指100万体积空气中含污染气体或蒸气的体积数 常用mL m3和 L m3表示 两种浓度表示方法之间的换算 放射性物质 单位体积活度单位体积活度是指单位体积空气中所含放射性物质的活度 常用Bq m3表示 第一节空气及空气污染的基本知识 RadioationEnvironmentalMonitoring 第二节空气放射性污染监测方案的制订 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 RadioationEnvironmentalMonitoring 基础资料的收集确定监测项目 设计布点网络采样时间和采样频率的确定采样及监测技术的选择结果表达 质量保证及实施计划 2 1制定大气污染监测方案的程序 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 为了确定气载放射性物质的污染水平 评价和控制核设施的工作人员及周围居民受气载放射性照射的潜在危险 通过对工作环境中空气的采样测量 还可检验核设施的运行情况 及早发现事故 检查排放控制系统的运行效果 并为有关规程提供佐证性资料 为研究空气质量的变化规律和发展趋势 开展空气污染的预测预报以及研究污染物迁移转化情况提供基础资料 为政府环保部门执行环境保护法规 开展空气质量管理及修订空气质量标准提供依据和基础资料 2 2监测目的 第二节空气放射性污染监测方案的制订 2 3空气放射性污染监测类型 第二节空气放射性污染监测方案的制订 污染源的监测环境污染监测特定目的监测 RadioationEnvironmentalMonitoring 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 2 4调研及资料收集 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 2 5监测项目 第二节空气放射性污染监测方案的制订 1 气溶胶 监测悬浮在空气中微粒态固体或液体中的放射性核素浓度 2 沉降物 监测空气中自然降落于地面上的尘埃 降水 雨 雪 中的放射性核素浓度 3 氚 主要监测空气中氚化水蒸气中氚的浓度 RadioationEnvironmentalMonitoring 2 6监测站 点 的布设 一 布设采样站 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 人口密度大的地区多取点 少的地区可少些4 超标地区多取点 未超标地区少些 5 采样高度根据监测目的而定 研究大气污染对人体的危害 采样口应在离地面1 5 2 0m 研究大气污染对植物或器物的影响 采样口高度应与植物或器物高度相近 连续采样例行监测 采样口高度应距地面3 15m 6 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 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 三 采样站 点 布设方法 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 图1网格布点法 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 图2同心圆布点法 图3扇形布点法 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 2 6采样频率和采样时间 采样频率系指在一个时段内的采样次数 采样时间指每次采样从开始到结束所经历的时间 二者要根据监测目的 污染物分布特征 分析方法灵敏度等因素确定 第二节空气放射性污染监测方案的制订 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 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 3 1气溶胶 气溶胶 固体或液体粒子在空气或其它气体介质中形成的分散体系 若这种微粒载有放射性核素 则称为放射性气溶胶 10 3 102 m 目的 为了监测空气受污染的程度 或评估地表污染的再悬浮程度 来源 反应堆 加速器周围空气中的58Fe 30Si等杂质被中子活化成 铀 钍矿石的开采和冶炼中以及核燃料的生产和乏燃料后处理过程中产生的含有放射性物质的固体微粒 放射性气态核素子体产物 如222Rn和220Th的子体 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 1气溶胶 1 采样点的选定 工作现场 取样高度 150cm 人员呼吸带 环境静风时 取样头 水平 核设施上下风向布点 点数 下风向 上风向 采样头入口气流方向和速度与被采气流的方向和速度一致 在大气环境质量现状评价与后果评价监测时 一般应按弧线布点 在障碍物下风向采样时 采样点在距离大于障碍物高度十倍的范围外设点 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 1气溶胶 2 采样频度和时间在工作场所 原则上整个工作日都应进行采样 个人空气采样器一般应能连续工作8小时 累积式连续监测采样器也是在一个工作日连续运转 在环境中 浓度低 大流量 长时间 环境采样无需高频度和短周期 一般能够反映旬 月甚至季度的变化即可 监测长半衰期的核素 采样周期可为一个月或更长时间 短半衰期核素的监测 采样测量在2 3个半衰期内进行在连续监测仪发出警报 已知或怀疑出现异常的场合时 必须增加采样点和频度 立即用大流量采样器收集样品 并采用单次与连续采样相结合的形式 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 1气溶胶 3 采样体积 一般情况下 环境空气采样流量F 0 02 2m3 min 1 室内空气采样流量F 0 002 2m3 min 1 F 采样流量 L min q 最小可测放射性活度 Bq C 待测放射性浓度 Bq L T 采样时间 min V 采样体积 L RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 4 采样设备和方法 3 1气溶胶 总浓度采样器 对粒子大小无选择 气载放射性微粒不发生显著变化 已经知道微粒物质的粒度分布特性和其他理化特性 滤纸 醋酸纤维素滤纸 玻璃纤维素滤纸瞬时流量计 累积流量计气表 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 1气溶胶 撞出采样器 向心分离采样器 旋风采样器等 5 测量方法 直接测量法可将样品滤膜直接放在与滤膜同样面积的探测器下 或将样品滤膜裁减成与探测器同样面积进行测量 灰化法将滤膜或活性炭于瓷坩埚内 置马弗炉中在一定温度下灰化1小时 冷却后称重 以备测量 有机溶剂溶解法一般是用丙酮或乙酸乙酯溶解滤膜上的放射性气溶胶于样品盘内 令其自然挥发或烘干后进行测量 粒度分级采样器 对粒子大小有选择 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 2气体和蒸汽 固体吸附法活性炭 放射性碘 低温下可收集惰性气体浸渍活性炭 有机碘银和纯铜 单质气态碘的有效收集器 但不能收集有机碘变色硅胶 3H 蒸汽形态 1 特定成分的采样 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 指用一种收集器把特定成分从气流中分离出来并保存住它的采样方法 吸收法 3 2气体和蒸汽 1 特定成分的采样 用装有吸收溶液的容器作吸收器 使空气从中通过 利用一些特殊化学反应或溶液的特殊溶解性 可把某种放射性气体和蒸汽与空气分离出来 例如 NaOH单质态碘 四氧化铷 RuO4 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 冷凝法 3 2气体和蒸汽 1 特定成分的采样 收集挥发性的放射性物质 氪 氙等惰性气体 氚 水蒸汽形态 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 2气体和蒸汽 对于环境空气中尘埃和气溶胶的样品采样 常用总浓度采样器作为总粒子浓度常规测量的采样装置 方法简单 效果良好 对于空气中放射性气体和蒸汽的样品采集 活性炭 浸渍活性炭吸附剂及活性炭滤纸可用于采集元素碘和有机碘 低温条件下活性炭可采集氡 硅胶可采集氚水蒸气 2 不分离特定成分的采样 确定空气总的污染水平 烟道常用之 并与环境采样结果相互印证 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 3沉降物样品的采集 目的 调查研究核设施正常运行工况下及发生事故 核武器试验引起地面辐射强度的变化 估算其可能引起的任何危害 通常采集一个月内的沉降物总量作为样品 若测量总 活度 也可采集24h沉降物量作样品 来源 大气层核爆炸所产生的放射性废物 人工放射性微粒 包括大气尘埃 落下灰 雨水和雪 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 3 1水盘法 不锈钢或聚乙烯塑料S 2500cm2 h 15cm 水盘内盛0 1 的硝酸或盐酸 灰尘沉降量少的地区酌加数毫克的锶载体 加适量的存水H 2 5 3 的高罐 可不加水 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 将水盘置于采样点暴露24小时 并记录暴露期间的气象条件 暴露期间应保持盘底始终有水 防止水分蒸干后使已经降落的沉降物随风扬起造成损失 暴露结束后 将水盘内的水溶液全部转入到烧杯中 盘底用0 1 的硝酸溶液冲洗2 3次 洗涤液并入烧杯中 将烧杯内的水溶液用小火加热蒸发 浓缩至20毫升左右 再转入称重的坩埚内继续蒸发至干 然后于马福炉中500 灼烧2小时 冷却后称总灰重 3 3 1水盘法 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 在暴露期间如遇雨 雪 收集的水量较多时 可用以下化学沉淀法进行处理 将雨雪水收集在大的容器内 每升水加5 10毫克铁载体和适量的锶或钡载体 用浓氨水调pH至7 5左右 再加适量的饱和碳酸铵溶液充分搅拌 加热至沸 使沉淀完全 静置沉降 滤纸连同沉淀转入已经称重的坩埚内继续蒸发至干 然后于马福炉中500 灼烧2小时 冷却后称总灰重 3 3 2粘纸法 常用于测量单位时间 单位面积地表的放射性落下灰的沉降 不能用于放射化学分析 通常只用于总 放射性水平测定 优点 简便 缺点 雨水冲刷掉 不能长时间取样 油干后无粘性 醋酸纤维素衬片 涂橡胶基粘合剂 距地1m支架 24h 棉纸 粉廉纸 涂凡士林加机油 或松香加蓖麻油 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 3 3高罐法 用不锈钢或聚乙烯塑料做成的圆柱形罐 壁高为直径的2 5 3倍 暴露于空气中采集沉降物 罐内不必放水 可作长时间的沉降物采样用 样品处理方法于水盘法相同 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 3 4雨 雪水样的采集 收集器的面积要考虑能在采样期间采集约20升的雨水 收集到的雨水可以蒸发浓缩 或将漏斗与阴离子交换树脂直接相连 吸附在树脂上的放射性核素用相应的溶液分别洗脱后进行放化分析 雨水采样器还可以安装在有晶体管线路控制的自动采样装置内 在冬季采集雨水时应装上电热器 防止雨水结冰后阻塞漏斗 如需从地面采集雪样 可事先选好一块平坦的地面 降雪后用清洁而光滑的木铲取一定面积的全部雪层 清除其中的树叶和草木等异物 待雪溶化后按雨水样品进行处理 RadioationEnvironmentalMonitoring 第三节空气样品的采集 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 氡是无处不在 只是其浓度的高低不同而异 然界中氡有三个同位素 氡 222Rn 钍射气 220Rn 錒射气 219Rn 来自于三大天然放射系 铀系 钍系和錒系 1898年M 居里发现在与镭接触的空气中有放射性气体 但不知道这种放射性气体的来源和性质 1900年 多恩证明了这种放射性气体是由于镭衰变产生的 1923年国际会议上正式把这种放射性情性气体命名为氡 Radon 1氡的来源及水平 1氡的来源及水平 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 1氡的来源及水平 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 2氡及氡子体的特性 1 氡的理化特性氡在标难状态下是无色无臭透明的惰性气体 氡可溶解于水和多种液体中 也易溶于血液和脂肪中 氡是导致居民肺癌发生的原因之一 是仅次于吸烟的诱发肺癌的第二大因素 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 2 氡子体性质 氡子体指的是铀系中氡衰变后的几个短寿命子体核素 氡衰变后新生成的218Po原子是一个能量约为100keV的反冲核 在它与物体表面或凝聚核结合之前能自由存在一段时间 此时被称为未结合态氡子体 未结合态氡子体一般带有正电性 扩散能力较强 在空气中存在的时间不长 很容易与空气中的凝聚核结合在一起而变成结合态氡子体 未结合态氡子体有很强的附着能力 它们能牢固地附着在物体的表面 此种现象叫做附壁效应 当空气流动速度增大时 这种附壁效应更明显 此种现象常用量降低局部空间的氡子体浓度 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 1 氡浓度CRn RadonConcentrations 单位体积空气中氡的放射性活度 其单位是Bq m3 1Ci L 3 7x1010Bq L 3 7x1013Bq m31pCi L 3 7x10 2Bq L 37Bq m3 p ino 10 12 3几个概念 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 已建住房平衡当量氡浓度年平均值不超过200Bq m3 新建住房平衡当量氡浓度年平均值不超过100Bq m3 2 平衡当量氡浓度EECRn EquivalentEquilibriumConcentrations 平衡当量氡浓度EECRn是与实际存在的氡子体处于放射性平衡的氡浓度 其计量单位为Bq m3 平衡当量浓度与各子体的关系为 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 3 潜能浓度PAEC或Cp PotentialAlphaEnergyConcentrations 单位体积空气中存在的短寿命氡子体的任何混合物的全部子体原子核衰变链分别由RaA 218Po 完全衰变到RaD 210Po 过程中发射出的 粒子能量的总和 平衡当量浓度与氡子体 潜能浓度之间有固定换算关系 换算系数为 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 氡工作水平 WL 与100pCi L的氡相平衡的子体总 潜能定为1个工作水平 WorkingLevel 3几个概念 工作水平月 WLM 在具有一个工作水平的子体潜能值的场所工作170小时 则其总暴露量叫做一个工作水平月 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 氡与氡子体浓度单位的换算关系为 4平衡因子 空气中实际存在的氡子体 潜能浓度和与氡处于放射性平衡态的氡子体 潜能浓度之比值 第9章环境氡及其子体的监测 联合国原子辐射效应科学委员会 UNSCEAR 建议 铀矿的F值一般取0 30 非铀矿山取0 70 外环境取0 80 室内取0 40 3 几个概念 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 单位和换算系数活度单位居里 Ci 1Ci 3 7 1010Bq 潜能浓度单位MeV l 1 1MeV l 1 1 6 10 4 J m 3工作水平 WL 与 潜能浓度 1WL 20 8 J m 3工作水平月 WLM 与 潜能照射量 1WLM 3 6mJ h m 3Ceq与 潜能浓度 对于222Rn子体 1Ceq 5 62 10 3 J m 3对于220Rn子体 1Ceq 75 8 10 3 J m 3 3几个概念 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 1环境氡及其子体的监测 4 2环境中氡的测量 测氡方法 瞬时测量方法 快速了解被测场所的氡浓度 连续测量方法 了解氡浓度的变化 累积测量方法 剂量估算或流行病研究 按采样方式分 主动测量被动测量联合测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 1 闪烁室测氡法 氡进入闪烁室后 氡及其子体发射的 粒子使闪烁室壁的ZnS Ag 产生闪光 光电倍增管把这种光讯号变成电脉冲 经过电子学线路把电脉冲放大 最后记录下来 单位时间内的脉冲数 脉冲计数率 与氡浓度成正比 从而可确定氡浓度 2 主要设备及仪器 图9 4FD125型闪烁室及Rn Th分析连接示意图 4 2环境中氡的测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 2 双滤膜测氡法 FT 648测氡仪 4 2环境中氡的测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 3 气球测氡法 1974年由清华大学提出 在矿山和环境氡测量中得到了广泛的应用 取样时以固定流量向气球充气 入口滤膜抽掉空气中的氡子体 充气时间固定 充气结束后等待数分钟 将气球内的空气以固定流量排出 气球内新生氡子体被出口滤膜收集 由于被收集的氡子体与氡浓度存在正比关系 测量滤膜上的 放射性就可以计算得到氡浓度 其计算公式为 4 2环境中氡的测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 活性炭盒 谱法 一种短期累积取样测量方法 一般取样时间为1 7d 给出短期平均氡浓度 活性炭盒是一种被动式取样方式 依赖于氡的扩散特性 氡扩散进炭床内被活性炭吸附 被吸附的氡及其衰变的子体全部沉积在活性炭内 用 谱仪测量活性炭盒的氡子体特征 射线峰 609keV 或峰群 294keV 352keV 609keV 强度 为了降低本底 测氡时一般只取能量较高的三个特征峰总面积 根据峰面积可计算出氡浓度 4 2环境中氡的测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 4 3氡子体浓度测量 对人体造成危害的主要是氡子体 它随着人的呼吸而沉积到支气管和肺部 给呼吸器官组织造成辐射损伤 氡子体测量主要由两个过程组成 一是取样过程中氡子体的积累 二是取样后测量过程中氡子体的衰变 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 1 氡子体测量的基本原理 1 取样过程滤膜上氡子体的变化 RaA 218Po 的沉积 RaB 214Pb 的沉积 RaC 214Bi 的沉积 4 3氡子体浓度测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 假设条件 1 取样过程中空气中各氡子体浓度不变 2 取样过程中取样流量不变 3 滤膜对各种氡子体的过滤效率相同 1氡子体测量的基本原理 1 取样过程滤膜上氡子体的变化 4 3氡子体浓度测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 2 取样后滤膜上氡子体的变化 积累方程 RaA 218Po RaB 214Pb RaC 214Bi 4 3氡子体浓度测量 RadioationEnvironmentalMonitoring 第四节大气环境中氡及其子体的测定 2 托马斯三段法 空气中一般同时存在有氡和钍射气及其子体 只是钍射气及其子体相对氡来说可以忽略 因此人们一般只测氡 当钍射气及其子体水平较高不可忽略时 上述三段法测氡子体浓度就会受到钍射气子体的干扰 为了准确测定氡子体浓度 同时也测定钍射气子体浓度 采用五段法 3五段法 在