环境监测课件-第四章大气监测-第4章4.1-4.4

第四章 大气监测,第一节 大气污染,第二节 大气污染监测方案的制订,第三节 大气污染物的测定,第四节 大气污染源的测定,第五节 室内空气监测,第六节 酸雨监测,第七节 大气污染生物监测,第八节 标准气体的配制,第一节 大气污染,一、大气污染的基本概念,对人类有影响的：距地面10km,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、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等,图片来源：国家地理杂志,大气污染对人和生物的危害：分为急性作用和慢性作用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。对植物的危害：分为急性、慢性和不可见危害三种。,1. 大气颗粒物,4. 氮氧化物,5. 光化学氧化剂,3. 一氧化碳,2. 二氧化硫,大气污染对人体健康的危害,臭氧对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时则吸入更严重。,所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。,NO2对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性支气管炎等疾病，若与SO2共存，则危害更重。,损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后产生的复合作用危害更大。,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。,二、大气中的污染物种类及其存在状态,1、分子状态污染物 2、粒子状态污染物 粒径大于l0m的颗粒物能较快地沉降到地面上，称为降尘。 粒径小于10m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）。,(一) 根据污染物存在状态分类,(二) 根据污染物按形成的过程分类,按污染物形成的过程可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接从污染源排放到大气中的有害物质，其物理和化学性质均未发生变化的污染物，又称原发性污染物。二次污染物是一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中的正常组分发生反应所产生的新污染物。,(一) 自然源 在未受人为污染的大气中，由自然原因产生的大气污染物的污染源，称为自然源。 (二) 人为源 由于人类活动而产生的大气污染物污染源，称为人为源。,三、主要大气污染源及污染物,1、工业企业排放的废气,表3.1 各类工业企业向空气排放的主要污染物,2、交通运输工具排放的废气,3、室内空气污染源,四、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。,五、大气环境标准,为了防止大气污染，我国已颁发的大气标准主要有：大气环境质量标准(GB 30951996)；大气污染物综合排放标准度(GB 162971996)；室内空气质量标准(GB 188832002)；居民区大气中有害物质最高允许浓度(TJ 3679)；车间空气中有害物质的最高允许浓度(TJ 3679)；饮食业油烟排放标准(GB 184832001)；锅炉大气污染物排放标准(GB 132712001)；工业炉窑大气污染物排放标准(GB 90781996)；汽车污染物排放标准(GB 3842384483)；以及一些行业排放标准中有关气体污染物排放限值等。,第二节 大气污染监测方案的制定,（一）监测目的,通过对环境空气中主要污染物质进行定期或连续地监测，判断空气质量是否符合环境空气质量标准或环境规划目标的要求，为空气质量状况评价提供依据。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。,一、大气污染监测规划与网络设计,（二）调研及资料收集,1、污染源分布及排放情况2、气象资料3、地形资料4、土地利用和功能分区情况5、人口分布及人群健康情况,（三）监测项目,表4.2 空气污染常规监测项目,（四）监测站(点)的布设,1、布设采样站(点)的原则和要求2、采样站(点)数目的确定,表4.3 我国空气环境污染例行监测采样点设置数目,3、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）平行布点法,表4.4 WHO推荐的城市空气自动监测站(点)数目,图4.1 网格布点法,图4.2 同心圆布点法,图4.3 扇形布点法,表4.5 50m高烟囱排放污染物最大地面浓度出现位置与气象条件的关系,（五）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。,表4.6 国家环保局颁布的城镇空气质量采样频率和时间,表4.7 污染物监测数据统计有效性的规定,（一）直接采样法,1、注射器采样2、塑料袋采样3、采气管采样4、真空瓶采样,图4.5 真空采气瓶示意图,图4.6 真空采气瓶抽真空装置示意图,图3.4 采气管示意图,二、大气采样方法和技术,（二）富集(浓缩)采样法,1、溶液吸收法,图3.7 气体吸收管（瓶）示意图,2、填充柱阻留法 吸附型填充柱，分配型填充柱，反应型填充柱。,。,颗粒状填充剂,抽气泵, ,组分,空气,图3.8 填充柱阻留法示意图,3、滤料阻留法,图3.9 颗粒物采样夹和滤料采样装置示意图,4、低温冷凝法,图3.10 低温冷凝采样装置示意图,5、静电沉降法6、扩散(或渗透)法7、自然积集法,图3.11 标准集尘器示意图,图3.12 干法采样集尘器示意图,1. 降尘试样采集,2、硫酸盐化速率的测定,污染源排放到空气中的SO2、H2S、H2SO4蒸气等含硫污染物，经过一系列氧化演变和反应，最终形成危害更大的硫酸雾和硫酸盐雾，这种演变过程的速度称为硫酸盐化速率。测定方法：二氧化铅-重量法、碱片-重量法、碱片-离子色谱法。,（三）大气采样仪器,1、组成部分 收集器，流量计，采样动力。,图3.13 几种常用的流量计示意图,皂膜流量计,孔口流量计1.隔板；2.液柱；3.支架,转子流量计1.锥形玻璃管；2.转子,2、专用采样器 （1） 大气采样器,收集器,流量计,采样泵,定时器,图4.14 大气采样器实物照片,图4.15 携带式采样器工作原理示意图,2. 颗粒物采样器（1）总悬浮颗粒物采样器,图4.16 大流量采样器结构示意图,（2）可吸入颗粒物采样器,图4.17 TSP采样器实物照片,图4.18 旋风分尘器原理示意图,图4.19 向心式分尘器原理示意图,图4.20 三级向心式分尘器原理示意图,（3）个体剂量器,图4.21 撞击式分尘器示意图,三、样品的采集,(一) 采集前的准备1. 采样计划的制定2. 采样仪器的校准3. 采样器具的准备(二) 采样方法(三) 采样仪器 (四) 采样要求(五) 样品的采集,(六) 样品编号和采样记录1、样品编号2. 采样记录,(七) 样品运输与保存,第三节 大气污染物的测定,一、二氧化硫的测定,SO2是一种无色、易溶于水、有刺激性气味的气体，能通过呼吸进入气管，对局部组织产生刺激和腐蚀作用，是诱发支气管炎等疾病的原因之一，特别是当它与烟尘等气溶胶共存时，可加重对呼吸道黏膜的损害。来源于煤和石油等燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸等化工产品生产排放的废气。测定方法：分光光度法、恒电流库仑滴定法。,二、氮氧化物的测定,空气中的氮氧化物以一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮等多种形态存在，其中二氧化氮和一氧化氮是主要存在形态，为通常所指的氮氧化物(NOx)。NO为无色、无臭、微溶于水的气体，在空气中易被氧化成NO2。NO2为棕红色具有强刺激性臭味的气体，毒性比NO高4倍，是引起支气管炎、肺损害等疾病的有害物质。测定方法：盐酸萘乙二胺分光光度法、原电池库仑法。,图4.22 空气中NO2、NO、和NOx采样流程示意图,图4.23 原电池库仑法测定NOx原理示意图,图4.24 原电池库仑法NOx监测仪气路示意图,三、总悬浮颗粒物(TSP)的测定,滤膜捕集重量法 用抽气动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算TSP的浓度。 根据采样流量不同分为大流量、中流量和小流量采样法。,图4.32 采样器流量校准示意图,四、可吸入颗粒物(PM10)的测定,可吸入颗粒物主要是指通过人的咽喉进入肺部的气管、支气管区和肺泡的那部分颗粒物，具有D50(质量中值直径)=10m到上截止点30m的粒径范围，常用PM10表示。测定方法：重量法、压电晶体差频法、光散射法。,（二）压电晶体差频法,（三）光散射法,图4.33 石英晶体PM10测定仪工作原理示意图,（一）重量法,第四节 大气污染源监测,（一）监测目的和要求,监测目的：检查排放的废气中有害物质含量是否符合国家或地方的排放标准和总量控制标准；评价净化装置及污染防治设施的性能和运行情况，为空气质量评价和管理提供依据。进行监测时，要求生产设备处于正常运转状态下，对因生产过程而引起排放情况变化的污染源，应根据其变化特点和周期进行系统监测。监测内容包括废气排放量、污染物质排放浓度及排放速率(kg/h)。在计算废气排放量和污染物质排放浓度时，都使用标准状态下的干气体体积。,一、固定污染源排气监测,（二）采样点的布设,采样位置 采样位置应选在气流分布均匀稳定的平直管段上，避开弯头、变径管、三通管及阀门等易产生涡流的阻力构件。 采样点数目 根据烟道的形状、尺寸和流速分布确定。 圆形烟道 矩形(或方形)烟道,动画4.1 圆形烟道采样点布设,动画4.2 矩形(或方形)烟道采样点布设,（三）基本状态参数的测量,温度的测量压力的测量,以下是采样管、测压管实物照片及剖面图。,采样头,采样管,S形皮托管,热电偶,滤筒,玻璃纤维滤筒采样管,刚玉滤筒采样管,流速和流量的计算,在测出烟气的温度、压力等参数后，按下式计算各测点的烟气流速(vs)：,式中：vs烟气流速，m/s；Kp皮托管校正系数；pv烟气动压，Pa；烟气密度，kg/m3。,烟道断面上各测点烟气平均流速按下式计算：,烟气流量按下式计算：,式中：Qs烟气流量，m3/h；S测定断面面积，m2。,式中：Qnd 标准状态下烟气流量，m3/h；ps烟气静压，Pa；pa大气压力，Pa；xw烟气含湿量体积分数，%。,标准状态下干烟气流量按下式计算：,（四）含湿量的测定,重量法,冷凝法干湿球温度计法,（五）烟尘浓度的测定,原理,图4.44 不同采样速度时颗粒物运动状况示意图,采样类型,常用的采样管有超细玻璃纤维滤筒采样管和刚玉滤筒采样管,等速采样方法,烟尘浓度计算,在采样装置的流量计前装有冷凝器和干燥器的情况下，干烟气的采样体积按下式计算：,式中：Vnd标准状态下干烟气体积，L；Q 采样流量，L/min；Msd干烟气气体相对分子质量，/kmol；tr 转子流量计前气体温度，；t采样时间，min。,烟尘浓度计算：根据采样类型不同，用不同的公式计算。移动采样时：,式中：烟气中烟尘浓度，mg/m3；G测得烟尘质量，g；Vnd标准状态下干烟气体积，L。,式中： 烟气中烟尘平均浓度，mg/m3；v1, v2、, vn各采样点烟气流速，m/s； 1, 2, ,n各采样点烟气中烟尘浓度，mg/m3； S1 , S2 , , Sn各采样点所代表的截面积，m2。,定点采样时：,（六）烟尘(或气态污染物)排放速率的计算,排放速率（/h）=,式中：烟尘（或气态污染物）的浓度，mg/m3；Qsn标准状态下干烟气流量，m3/h。,（七）烟气黑度的测定,林格曼黑度图法,图4.47 用林格曼烟气黑度计观测烟气示意图,图4.