空气和废气监测(1)优秀文档

第四章

空气和废气监测大纲要求（重点☆；难点Δ）第一节空气污染基本知识第二节大气监测项目与污染物浓度表示方法第三节空气污染监测方案的制定第四节空气样品的采集方法和采样仪器☆Δ第五节气态和蒸汽态污染物质的测定☆Δ第六节颗粒物的测定☆第七节降水监测☆第八节固定污染源监测第九节流动污染源监测第一节大气污染概述本节内容：

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。

一大气、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。对流层平流层中间层热层散逸层空气层（10km）；厚度和大气层（1000～1400km）相比可以忽略，但质量是整个大气质量的95％大气污染大气组成比例图大气污染(atmospherepollution)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。二、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。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5－6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。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PbSO4→PbS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。2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三、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4-1（P146）

交通运输工具排放的废气主要是车辆、轮船、飞机排出的废气。其中，汽车数量大，且集中在大城市，故对空气质量尤其是对城市空气质量影响最大。其排放的主要污染物是HC、CO、NOX和黑烟等。美国大气污染80%来自汽车的尾气，造成光化学烟雾污染等。“每年数千美国人死于地表臭氧引起的疾病”发表于《新英格兰医学杂志》轿车尾气化学建材和装修材料中的油漆、胶合板、内强涂料、刨花板（VOC），如甲醛、苯、甲苯、氯仿等有毒物质；大理石、瓷砖、地砖中的放射性物质的排放；烹饪和吸烟等室内燃烧所产生的油、烟污染物；封闭室内CO2浓度过高；空气中霉菌、真菌和病毒。室内空气污染源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四、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

二次污染物

分子状态污染物

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)粒子状污染物五、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。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。第七节降水监测☆二氧化铅反应生成硫酸铅。造成酸雨的原因：SO2,NO2，我国南方酸雨比较严重（2）体积比浓度（mL/m3或L/m3；（一）布设采样点的原则和要求大气：包围在地球周围的气体，其厚度达1000-1400km。它能较好地反映污染物的空间分布；粒子状态污染物交通运输工具排放的废气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。美国大气污染80%来自汽车的尾气，造成光化学烟雾污染等。采样后，通过解吸或溶剂洗脱，使被测组分从填充剂上释放出来进行测定。液态空气(－190℃)根据监测范围大小、污染物的空间分布特征和地形地貌特征、人口分布情况及密度、经济条件等因素综合考虑.第二节、大气监测项目以及污染物浓度表示方法第二节、大气监测项目以及污染物浓度表示方法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一、大气污染监测的目的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。{二、监测项目表4-2空气污染常规监测项目类别必测项目按地方情况增加的必测项目选测项目空气污染物监测TSP、SO2、NOx、硫酸盐化速率、灰尘自然沉降量CO、总氧化剂、总烃、PM10、F2、HF、B(a)P、Pb、H2S、光化学氧化剂CS2、Cl2、氯化氢、硫酸雾、HCN、NH3、Hg、Be、铬酸雾、非甲烷烃、芳香烃、苯乙烯、酚、甲醛、甲基对硫磷、异氰酸甲酯等空气降水监测pH、电导率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42－、NO3－、Cl－三、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μg/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=22.4×Cm/M把现场状态下的体积换算成标准状态下的体积:第三节空气污染监测方案的制定本节内容：1）大气污染监测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。一、调研及资料收集1.污染源分布及排放情况

污染源类型、数量、位置、排放的主要污染物及排放量；所用原料、燃料及消耗量；……2.气象资料

风向、风速、气温、气压、降水量、日照时间、相对湿度、温度垂直梯度和逆温层底部高度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6.以往的空气监测资料二、监测站(点)的布设（一）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；人口密度大的地区多取点，少的地区可少些布设采样点的原则和要求4.采样的周围应开阔，无局地污染源。5.超标地区多取点，未超标地区少些布设采样点的原则和要求污染物浓度污染源工业分布人口密度超标情况监测类型优化布点基本原则（二）采样点数目总体原则根据监测范围大小、污染物的空间分布特征和地形地貌特征、人口分布情况及密度、经济条件等因素综合考虑.详见141页表4-3、4-4。我国大气环境污染例行监测采样点设置数目市区人口(万人)SO2、NOX、TSP灰尘自然降尘量硫酸化速率<5050-100100-200200-400>40034567≥34-88-1112-2020-30≥66-1212-1818-3030-40WHO推荐的城市空气自动监测站(点)数目市区人口/万人可吸入颗粒物SO2NOx氧化剂CO风向、风速≤100221111100～400552222400～800884342>80010105453（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、扇形布点法多用于区域性的常规监测(1)先将监测区域划分成工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区、交通不同功能区(2)再按功能区的地形、气象、人口密度、建筑密度等，在每个功能区设若干采样点功能区布点法网格布点法适用于有多个污染源且污染源分布比较均匀的情况.它能较好地反映污染物的空间分布；如将网格划分的足够小，则将监测结果绘制成污染物浓度空间分布图，对指导城市环境规划和管理具有重要意义这种方法主要用于多个污染源构成污染群，且大污染源较集中的地区。同心圆布点法扇形布点法

5、注意事项在实际工作中，常采用一种布点法为主，兼用其他方法的综合布点法（1）三、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依气象条件变化的特征，高中低浓度都包括例如：日平均浓度，每隔2－4h采样一次采样时间和采样频率表监测项目采样时间和频率二氧化硫隔日采样，每天24±0.5小时，每年12个月氮氧化物同二氧化硫总悬浮颗粒物隔双日采样，每天连续24±0.5小时，每月5－6天，每年12个月灰尘自然降尘量每月采样30±2天，每年12个月硫速盐化速率每月采样30±2天，每年12个月第四节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；选择采样方法要考虑的因素常用的采样方法

采样仪器1 .直接采样法①被测组分浓度高②分析方法灵敏度高2.浓缩采样法①被测组分浓度低②分析方法灵敏度不够高一、采样方法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）注射器塑料袋真空采气瓶示意图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)个体剂量器法(8)综合采样法①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②稳定时间长③有利于下一步分析④毒性小，价格低，易购买，可回收2.使用的仪器溶液吸收法（1）溶液吸收法使用的仪器a.气泡吸收管b.冲击式吸收管c.多孔筛板吸收管（瓶）气泡吸收管这种吸收管可装5—10mL吸收液，采样流量为0.5—2.0L/min，适用于采集气态和蒸气态物质。对于气溶胶态物质，因不能像气态分子那样快速扩散到气液界面上，故吸收效率差。冲击式吸收管这种吸收管有小型（装5—10mL吸收液，采样流量为3.0L/min）和大型（装50—100mL吸收液，采样流量为30L/min）两种规格.因为该吸收管的进气管喷嘴孔径小，距瓶底又很近，当被采气样快速从喷嘴喷出冲向管底时，则气溶胶颗粒因惯性作用冲击到管底被分散，从而易被吸收液吸收。冲击式吸收管不适合采集气态和蒸气态物质，因为气体分子的惯性小，在快速抽气情况下，容易随空气一起跑掉。适宜采集气溶胶态物质。多孔筛板吸收管该吸收管可装5—10mL吸收液，采样流量为0.1—1.0L/min。吸收瓶有小型（装10—30mL吸收液，采样流量为0.5—2.0L/min）和大型（装50—100mL吸收液，采样流量30L/min）两种。气样通过吸收管（瓶）的筛板后，被分散成很小的气泡，且阻留时间长，大大增加了气液接触面积，从而提高了吸收效果。它们除适合采集气态和蒸气态物质外，也能采集气溶胶态物质。a.吸附型填充柱b.分配型填充柱c.反应型填充柱（2）填充柱阻留法。。。。。。。颗粒状填充剂抽气泵﹡﹡﹡﹡﹡﹡组分

空气填充柱阻留法示意图填充柱是用一根长6—10cm、内径3－5mm的玻璃管或塑料管，内装颗粒状填充剂制成。采样时，让气样以一定流速通过填充柱，则欲测组分因吸附、溶解或化学反应等作用被阻留在填充剂上，达到浓缩采样的目的。采样后，通过解吸或溶剂洗脱，使被测组分从填充剂上释放出来进行测定。吸附型填充柱活性炭、硅胶、分子筛、高分子多孔微球等。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（3）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、银薄膜滤料采样装置示意图①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②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③仪器冷阱，选择性过滤器，浓缩管（4）低温冷凝法低温冷凝采样装置示意图在污染源比较集中，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；①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造成酸雨的原因：SO2,NO2，我国南方酸雨比较严重对污染源的监测：排出口监测大气：包围在地球周围的气体，其厚度达1000-1400km。第四节空气样品的采集方法和采样仪器☆Δ低温冷凝采样装置示意图采样仪器，吸收液及采样时周围情况；采样仪器，吸收液及采样时周围情况；滤料常用纤维状虑料：滤纸、玻璃纤维虑膜，过氯乙烯滤膜等。采样仪器，吸收液及采样时周围情况；（一）布设采样点的原则和要求每月采样30±2天，每年12个月采集颗粒物效率，即所采集到的颗粒物数占总颗粒物数的百分数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所采集样品被测污染物的名称及编号；这种吸收管可装5—10mL吸收液，采样流量为0.（5）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排放到大气中的二氧化硫、硫化氢、硫酸蒸气等含硫污染物，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的过程称为硫酸盐化速率。常用的采样方法有二氧化铅法和碱片法。二氧化铅采样法是将涂有二氧化铅糊状物的纱布绕贴在素瓷管上，制成二氧化铅采样管，将其放置在采样点上，则大气中的二氧化硫、硫酸雾等与二氧化铅反应生成硫酸铅。碱片法是将用碳酸钾溶液浸渍过的玻璃纤维滤膜置于采样点上，则大气中的二氧化硫、硫