环境管理_大气和废气监测教材

第3章大气和废气监测 对人类有影响的 距地面10km 地球半径 大气厚度 3 1大气 空气和空气污染 氮78 06 氧20 95 氩0 93 其他 0 1 大气污染源 工业企业向大气排放的污染物 工业企业向大气排放的污染物 工业企业向大气排放的污染物 汽车排气的化学组分 汽车排气的化学组分 大气污染物的种类 SO2 CO NOX NO NO2 颗粒物 含重金属 苯并芘 臭氧 醛类 过氧乙酰硝酸酯 光化学氧化剂 硫酸雾 硝酸雾 分子状污染物 含硫化合物 SO2 H2S SO3 硫酸 硫酸盐含氮化合物 NO NO2 NH3 硝酸 硝酸盐碳氢化合物 C1 C5化合物 醛 酮 PAN碳氧化合物 CO CO2卤素化合物 HF HCl 粒子状污染物 分散在大气中的液体和固体颗粒粒径 0 01 100 m降尘 直径 10 m飘尘 直径 10 m 水泥粉尘金属粉尘飞尘 气溶胶可吸入颗粒物 雾 烟 尘 大气污染的危害 对人的危害对动植物的危害对材料的损坏对大气的影响 呼吸食物饮水体表 气体监测中常用术语 总悬浮颗粒物 TSP 100 m可吸入颗粒物 PM10 10 m氮氧化物 以NO2计 NO NO2总挥发性有机化合物 TVOC 铅 Pb 总悬浮物中的铅及其化合物苯并 芘 B P PM10中的B P氟化物 以F计 气态或颗粒态的无机氟化物 气体监测中常用术语 年平均 一年的日均浓度的算术均值季平均 一季的日均浓度的算术均值月平均 一月的日均浓度的算术均值日平均 一日的平均浓度1h平均 1h的平均浓度植物生长季平均 环境空气 室外空气标准状态 温度为273K 压力101 325kPa 一个植物生长季月均浓度的算术均值 空气中污染物浓度的表示 单位体积质量浓度Cm mg m3 g m3体积比浓度Cv ml m3 l m3浓度换算 3 2大气污染监测方案的制定 3 2 1大气污染监测的目的大气环境质量评价大气污染的预测预报执行环境保护法规开展环境质量管理环境科学研究修订大气环境质量标准 提供数据 3 2 2调研及资料收集 污染源的分布及排放情况气象资料地形资料土地利用和功能区分布情况人口分布及人群健康情况以往空气监测资料 平原地区的污染物迁移 风向 下风污染 海陆之间的污染物迁移 海陆风向 白天 水面温度 污染居民区 海陆之间的污染物迁移 风向 夜晚 水面温度 污染居民区 山谷地区的污染物迁移 白天 表面温度 谷风 污染物扩散 山谷地区的污染物迁移 夜晚 表面温度 山风 污染物聚集 城市摩天大楼犹如高山峡谷 城市的 热岛效应 污染物迁移 农村 农村 农村 农村 温度高 污染物聚集 城市风 城市风 城市风 城市风 3 2 3大气污染监测的分类 对污染源的监测 排出口监测 对大气的监测 以大气为对象 室内空气污染监测 以室内空气为对象 职业暴露监测 在工作地点采样 3 2 4大气污染监测的项目 连续采样实验室分析项目 大气环境自动监测测系统项目 3 3 4空气污染常规监测项目 3 3 4空气污染常规监测项目 3 2 5监测网点的布设 污染物浓度 高多取 低少取污染源 下风向多取 上风向少取工业集中地区多取 农村少取人口密度 大多取 低少取超标地区多取点 未超标地区少取 WHO和WMO推荐城市大气自动监测站 点 数目 我国大气环境污染例行监测采样点设置数目 3 2 6布点方法 功能区布点法 工业区商业区居住区工业和居住混合区交通稠密区清洁区 网格布点法 同心圆布点法 扇形布点法 网格布点法 污染源较分散 同心圆布点法 多个污染源组成的污染群 扇形布点法 孤立高架点源 3 2 7采样时间和频率 采样时间 采样时段 短期采样长期采样间歇性采样 采样频率 在一定时间内的采样次数依浓度分布的时间特性依气象条件变化的特征 高 中 低浓度依对监测数据要求的精确程度 开始结束 采样时间和采样频率 污染物监测数据统计有效性的规定 3 3大气样品的采集和采样仪器 直接采样法 注射器塑料袋采气管真空瓶 富集 浓缩 采样法 溶液吸收法填充柱阻留法滤料阻留法低温冷凝法静电沉降法扩散或渗透法自然积集法 直接采样法 3 3SO2的测定 3 3 1来源天然源 火山爆发 海水的浪花人工源 含S燃料的燃烧矿石冶炼化工生产过程的产物全世界人为排放的SO2为1 5亿吨 年 3 3 2SO2性质及毒性 无色 易溶于水 有刺激性气味的气体会引起呼吸系统疾病附着于颗粒物上 损害呼吸道粘膜阈值 0 3ppm达30 40ppm时 人会感到呼吸困难 3 3 3测定方法 分光光度法过氧化氢 高氯酸钡 钍试剂法碘量法紫外荧光法红外线吸收法火焰光度检测法电导法库仑滴定法 四氯汞钾溶液吸收 盐酸副玫瑰苯胺分光光度法原理 用氯化钾 KCl 和氯化汞 HgCl2 配制成四氯汞钾溶液 气样中的SO2用该溶液吸收 生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物 该络合物再与甲醛和盐酸副玫瑰苯胺作用 生成紫色络合物 用分光光度计在548nm处测定 用Na2SO3制作标准曲线 HgCL2 2KCL K2 HgCL4 HgCL4 2 SO2 H2O HgCL2SO3 2 2H 2CL HgCL2SO3 2 HCHO 2H HgCL2 HOCH2SO3HHOCH2SO3H 盐酸副玫瑰苯胺 紫色络合物 反应式 羟甲基磺酸 盐酸副玫瑰苯胺 紫色络合物 甲醛吸收 副玫瑰苯胺分光光度法 SO2被甲醛缓冲溶液吸收后 生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物 在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解 释放出的SO2与盐酸副玫瑰苯胺作用 生成紫红色化合物 用分光光度计在577nm处进行测定 避免四氯汞钾的毒性 OHHCOH SO2 H2OH C HSO3H 钍试剂分光光度法原理 大气中的SO2用过氧化氢溶液吸收并氧化为硫酸 SO42 与过量的高氯酸钡反应 生成硫酸钡 BaSO4 沉淀 剩余钡离子与钍试剂作用生成钍试剂 钡络合物 紫红色 max 520nm 根据颜色深浅 间接进行定量测定 反应方程式 紫红色络合物 钍试剂 钍试剂 钡 多余的 3 4氮氧化物 NOx 的测定 氮的氧化物 NONO2N2ON2O3N2O4N2O5 石化燃料高温燃烧硝酸化肥生产废气汽车排气 棕红色 强刺激性臭味 能引起支气管炎等疾病毒性比NO大5倍 产生光化学烟雾 1 盐酸萘乙二胺分光光度法 用冰乙酸 对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液采样 大气中的NO2被吸收 生成的亚硝酸 和硝酸 再与吸收液中的对氨基苯磺酸起重氮化反应 最后与盐酸萘乙二胺偶合 生成玫瑰红色的偶氮化合物 其颜色深浅与气样中NO2浓度成正比 用分光光度法测定 用亚硝酸钠制作标准曲线 max 540 545nm 反应方程式 2NO2 H2O HNO2 HNO3 HNO2 CH3COOH 玫瑰红色的偶氮化合物 盐酸萘乙二胺 结果计算 吸收液吸收空气中的NO2后并不是100 生成亚硝酸盐 还有一部分生成了硝酸盐所以计算时存在着一个转换系数K K 0 72 0 76WHO推荐K 0 74计算时需除以K 2 酸性高锰酸钾溶液氧化法 空气中NO2 被串联的第一支吸收瓶中吸收液吸收生成玫瑰红色偶氮染料 空气中的NO不与吸收液反应 通过氧化管被氧化为NO2后 被串联的第二支吸收瓶中吸收液吸收生成玫瑰红色的偶氮染料 分别于波长540 545nm之间处测定其OD值 酸性高锰酸钾溶液 空气中氮氧化物采样流程 空气入口 显色吸收液瓶 酸性高锰酸钾溶液氧化瓶 显色吸收液瓶 流量计 干燥瓶 止水夹 抽气泵 NONO2 O 三 三氧化铬 石英砂 空气中的氮氧化物经过三氧化铬 石英砂氧化管后 以NO2的形式与吸收液中的对氨基苯磺酸进行重氮化反应 再与盐酸萘乙二胺偶合 生成玫瑰红色的偶氮化合物 用分光光度法测定 max 540 545nm 3 5颗粒物的测定 悬浮颗粒物 气溶胶 烟煤烟尘粒雾烟气粉尘降尘 固体液体 检测项目 总悬浮颗粒物可吸入颗粒物及粒径分布降尘量颗粒中化学组分 颗粒物质的毒性作用 颗粒物本身的化学和物理特性决定的内在毒性 如有毒颗粒石棉 BeO Pb Cd As Hg H2SO4及多环芳烃等 颗粒物质对呼吸道清理机制的干扰 由于颗粒物质表面携带和吸附了有毒物质而带来的毒性 如煤烟是一种良好的吸附剂 常常会吸附象SO2那样的有害气 3 5 1总悬浮颗粒 TSP 的测定 通过具有一定切割特性的采样器 以恒速抽取一定体积的空气 则空气中粒径小于100 m的悬浮颗粒物被截留在已恒重的滤膜上 根据采样前后滤膜重量之差及采样体积 即可计算TSP的质量浓度 滤膜经处理后 可进行化学组分测定 TSP采样器 大流量采样器 1 1 1 7m3 min中流量采样器 50 150L min低噪声中流量TSP采样器智能中流量TSP采样器 3 5 2可吸入尘 飘尘 IP PM10 的测定 使用带有10 m以上颗粒物切割器的大流量采样器采样 首先使一定体积的大气通过采样器 将粒径大于10 m的颗粒物分离出去 小于10 m的颗粒物被收集在预先恒重的滤膜上 根据采样前后滤膜重量之差及采样体积 即可计算出飘尘的浓度 有机物 金属离子和无机盐的分析 环境空气质量标准污染物的浓度限值 GB3095 1996 空气污染指数API 污染分指数Ii计算项目 SO2NOxTSP Iimax API 4空气污染生物监测 大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应 监测有害气体的成分和含量 以确定大气的环境质量水平 4 1利用植物监测 植物更易遭受大气污染的伤害 庞大的叶面积与空气接触 缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响 固定生长无法避开污染物的伤害 4 1 1指示植物及其受害症状 大气污染的指示植物 植物遭受破坏受害症状 叶绿素被破坏细胞组织脱水叶面失去光泽出现不同颜色的斑点叶片脱落全株枯死 二氧化硫指示植物 堇菜 苔藓 白蜡树 云杉 棉花 白杨 地衣 光化学氧化物 O3 指示植物 矮牵牛花 葡萄 菠菜 黄瓜 马铃薯 洋葱 雪松 葡萄 金钱草 杏树 慈竹 郁金香 氟化物指示植物 乙烯的指示植物 万寿菊 皂荚树 黄瓜 兰花 番茄 氮氧化物指示植物 向日葵 菠菜 秋海棠 番茄 烟草 4 2 2监测方法 植物监测器示意图 栽培指示植物监测法 植物群落监测法 植物对污染物的抗性等级 敏感抗性中等抗性强 叶部受害轻度污染 部分受害中度污染 部分受害严重污染 排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况 4 2利用动物监测 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物 金丝雀 金翅雀 鸡 老鼠 对SO2敏感的动物 敏感性水平 本鸟最高 俺狗狗第二 耐受力最好的当属我们家禽了 金丝雀 狗 家禽 利用动物种群数量的变化 受不了啦 快跑吧 大型哺乳动物 鸟类不堪忍受空气污染而迁徙 甲醛测定 一 概述 1 甲醛的性质 2 甲醛的用涂 3 甲醛的危害 4 测定意义 脲醛树脂酚醛树脂合成纤维胶粘剂 有机原料 5 测定方法 刺激作用毒性作用致癌作用 眼部呼吸系统肺功能神经系统免疫系统 测定甲醛的方法 碘量法酚试剂比色法乙酰丙酮比色法变色酸比色法色谱法脉冲极谱法亚硫酸钠法 二 NaIO氧化法测定原理 I2 2NaOH NaIO NaI H2O HCHO NaIO NaOH HCOONa NaI H2O HCHO I2 3NaOH HCOONa 2NaI 2H2O NaIO NaI H2SO4 I2 H2O Na2SO4 剩余的 I2 2Na2S2O3 Na2S4O6 2NaI 副反应 3I2 6NaOH 3NaIO 3H2O 3NaI 3NaIO NaIO3 2NaI 加酸酸化 IO3 5I 6H 3I2 3H2O 副反应是否干扰测定 原理总结 在氢氧化钠溶液中加入过量的碘 可得到具有氧化能力的次碘酸钠 以此为氧化剂将甲醛氧化 多余的次碘酸钠和因副反应所产生的碘酸钠经过彻底酸化 得回相当量的碘 用硫代硫酸钠滴定之 同时做空白试验标定碘 从而得到多余碘消耗硫代硫酸钠的用量 换算出甲醛的含量 三 试剂 0 05mol LI2标准溶液1mol LNaOH0 5mol LH2SO41 淀粉溶液0 1mol LNa2S2O3标准溶液 四 操作 15mlNaOH 5ml试液 25mlI2液 放置10分钟 18mlH2SO4 红茶色 Na2S2O3滴定 淡黄色 1ml淀粉 蓝色 Na2S2O3滴定 无色 换5mlH2O代替试液做空白 五 计算 反应摩尔比 1molHCHO 1molI2 2molNa2S2O3 1 空白实验 碘易挥发 现场标定 消除试剂 操作误差 六 讨论 2 酸化 15mlNaOH 18mlH2SO4COH CH 3 加液次序 碘易挥发甲醛易挥发和被空气中氧所氧化动力学因素 K1 V1 K2 V2 I2 NaIO NaIO3 最佳加液次序 NaOHHCOHI2I2HCOHNaOHI2NaOHHCOHNaOHI2HCOHHCOHNaOHI2HCOHI2NaOH 最好 4 注意事项 1 碘 甲醛均易挥发 应注意保护 2 吸液前充分摇匀 3 吸取试液要准确 4 滴定尽量快 减少I2挥发及I 被氧化 5 指示剂不能加入过早 6 采用NaOHHCOHI2的加液次序 5 测定甲醛含量的其它方法 肟化法利用甲醛的加成反应利用甲醛的还原性利用甲醛与氨的特殊反应 1 利用醛与氨类衍生物的缩合反应 肟化法 肟 R C NOHH2C O NH2OH HCl H2C NOH HCl H2O盐酸羟氨甲醛肟 5 测定甲醛含量的其它方法 NaOH滴定 OHHCHO Na2SO3 H2O H C H NaOHSO3Na 羟基磺酸钠 2 利用醛与NaHSO3的加成反应 HCl滴定 3 利用甲醛的还原性 次碘酸盐氧化法 HCHO H2O2 NaOH HCOONa 2H2O HCl滴定 过氧化氢法 4 利用甲醛与氨的特殊反应 4NH4Cl 6HCHO CH2 6N4 HCl 6H2O NaOH滴定 七 乙酰丙酮分光光度法原理 在过量铵盐存在下 甲醛与乙酰丙酮生成黄色化合物 于414nm波长处测OD 黄色络合物 乙酰丙酮分光光度法试剂 乙酸铵 NH4CH3COO A R冰乙酸 CH3COOH A R乙酰丙酮 CH3COCH2COCH3 0 25 乙酰丙酮溶液 称25g乙酸铵 加少量水溶解 加3ml冰乙酸及0 25ml新蒸馏的乙酰丙酮 混匀再加水至100ml 调pH 6 0 于2 5 储存一个月 乙酰丙酮分光光度法试剂 0 05mol LI2标准溶液1mol LNaOH0 5mol LH2SO41 淀粉溶液0 1mol LNa2S2O3标准溶液 甲醛储备液的配制与标定 甲醛标准贮备液吸取2 8ml甲醛溶液 37 38 稀释至1000ml容量瓶中 1mgHCOH ml 用NaIO氧化法测定甲醛含量 甲醛标准使用溶液在容量瓶中将