环境监测南开大学第三章空气和废气监测

1、第三章空气和废气监测，第一节空气污染基础知识，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仪器，第四节气体和蒸汽污染物的测定，第五节颗粒物的测定，第六节降水的监测，第七节污染源的监测，第八节标准气体的制备，第一节空气污染基础知识，1。大气、空气和空气污染对人类的影响：距地面10公里，地球半径，大气厚度，氮气78.06%，氧气20.95%，氩气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。空气污染的危害，图片来源：国家地理杂志，空气污染对人体的危害方式。摄入食物和饮用水；身体表面的接触入侵。1.大气颗粒物。氮氧化物。光化学氧化剂。一氧化

2、碳，2。二氧化硫。空气污染对人类健康有害。臭氧能刺激呼吸器官，如鼻子、喉咙和肺，运动时吸入更严重。一种分布最广泛的空气污染物，严重阻碍血氧输送并导致缺氧中毒。NO2对呼吸器官有刺激性，可导致肺水肿、慢性支气管炎和其他疾病。如果二氧化氮与二氧化硫共存，危害会更大。损害肝脏。并且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入后的复合效应更加有害。颗粒物的大小决定了其在呼吸道中的沉积位置；化学成分决定了沉积位置对结构的影响。(1)工业企业排放的废气，(3)空气污染源，表3.1各种工业企业排放到空气中的主要污染物，(2)交通工具排放的废气，(3)室内空气污染源，(4)空气中的污染物及其存在状态，(1)分子态污染

3、物，(2)粒子态污染物。粒径大于10微米的颗粒会很快落在地面上，这就是所谓的降尘。粒径小于10m的颗粒物(PM10)可在空气中长时间漂浮，称为可吸入颗粒物或浮尘。5.空气中污染物的时空分布特征与其他环境因素中的污染物相比，空气中的污染物具有随时间和空间变化较大的特点。大气污染物的时空分布和浓度与污染物排放源的分布和排放、地形、地貌、气象等条件密切相关。(1)每单位体积的质量浓度每单位体积的质量浓度是指每单位体积空气中所含污染物的质量数，通常以毫克/立方米或克/立方米表示。(2)体积比浓度体积比浓度是指一百万体积空气中污染气体或蒸汽的体积，通常以毫升/立方米和升/立方米表示。两种浓度表示方法的转

4、换：第二节空气污染监测方案的制定。监测目的：通过定期或连续监测环境空气中的主要污染物，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。它为研究空气质量的变化规律和发展趋势、预测空气污染和研究污染物的迁移转化提供了基础数据。为政府环保部门实施环境保护法律法规、开展空气质量管理和修订空气质量标准提供依据和基础数据。二是调查与数据收集，(1)污染源分布与排放，(2)气象数据，(4)土地利用与功能区划，(5)人口分布与人口健康，(3)监测项目，表3.2常规大气污染监测项目，(4)监测站(点)布局，(1)采样站(点)布局，(3)我国大气环境污染常规监测采样点数量，(

5、3)采样站(点)布局方法，(1)。职能领域的分配方法。网格分配方法3。同心分布法4。扇形分布法，表3.4世界卫生组织推荐的城市空气自动监测站(点)数量。图3.2同心圆分布法，图3.3扇形分布法，表3.5高度为50m的烟囱排放污染物的最大地面浓度与气象条件的关系，v .采样时间是指每次采样开始到结束所经过的时间。应根据监测目的、污染物分布特征、分析方法的敏感性和其他因素确定。表3.6国家环保局颁布的城市空气质量采样频率和时间，表3.7污染物监测数据统计有效性规定，第六章。应根据污染物的现状、浓度、理化性质和监测方法，选择采样方法、监测方法和质量保证、采样方法和仪器。尽可能选择国家标准空气和废气监

6、测与分析方法(第四版)，第三节空气样品采集方法和采样仪器，I .直接采样法，I .注射器采样法，ii .塑料袋取样。气体收集管取样。真空瓶取样，图3.5。真空集气瓶示意图，图3.6。真空集气瓶真空装置示意图，图3.4。集气管示意图。真空瓶取样(1)溶液吸收法，图3.7气体吸收管(瓶)示意图；(2)填充柱保留法吸附型填充柱、分布型填充柱和反应型填充柱。颗粒填料、空气泵、组件、空气，图3.8填料柱保留法示意图，(3)滤料保留法，(3.9)颗粒物取样夹和滤料取样装置示意图，(4)低温冷凝法，(3.10)低温冷凝取样装置示意图，(5)静电沉降法，(6)扩散(或渗透)法，(3.11)标准除尘器示意图，(

7、3.12)干式取样除尘器示意图，包括1。收集落尘样本，2。硫酸盐化速率样品的收集，3。取样仪器，1。元件收集器、流量计和采样电源。图3.13几种常用流量计示意图，皂膜流量计和孔板流量计1。挡板；2.液柱；3.支架，转子流量计1。锥形玻璃管；2.转子，图3.14便携式取样器工作原理示意图，(2)专用取样器1。空气取样器、收集器、流量计、取样泵、计时器，图3.15大气取样器的物理照片，2。颗粒物采样器(1)总悬浮颗粒物采样器，图3.16大流量采样器结构图，KC-1000大流量TSP采样器(2)可吸入颗粒物采样器，图3.17 TSP采样器物理照片，图3.18旋风除尘器原理图，图3.19向心除尘器原理

8、图，图3.20三级向心除尘器原理图，(3)个人剂量计，图3.21冲击除尘器原理图，(4)采样效率，(1)气体和蒸汽收集采样位置采样流量和采样体积；取样期间的温度、大气压力和天气条件、取样仪器和使用的吸收液；取样者和审查者的姓名。第4节气体和蒸汽污染物的测定1。二氧化硫的测定二氧化硫是一种无色、水溶性、刺激性气体，可通过呼吸进入气管，对局部组织造成刺激和腐蚀。它是支气管炎和其他疾病的原因之一，特别是当它与烟雾和灰尘等气溶胶共存时，它会加重对呼吸粘膜的损伤。废气来自燃料的燃烧，如煤和石油，含硫矿石的冶炼，以及化学产品如硫酸的生产。测定方法：分光光度法和恒电流库仑滴定法。二氧化硫取样和样品保存，1。

9、短时采样：根据空气中二氧化硫的浓度，用一根装有10毫升吸收液的U形多孔玻璃板吸收管，以0.5分钟的流速进行采样，采样时吸收液的最佳温度范围为2329。2.24小时连续取样：用装有50毫升吸收液的多孔玻璃平板吸收瓶，以0.20.3毫升的流速连续取样24小时。吸收液的温度必须保持在2329的范围内。3.放置在房间(亭)内的24小时连续采样器，其进气口应与符合要求的空气质量集中采样管道系统相连，以减少二氧化硫气体样品进入吸收器前的损失。4.样品在运输和储存过程中应远离光线。氯化汞钾溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法，空气中的SO2被氯化汞钾溶液吸收形成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，与甲醛和盐酸副玫瑰苯胺

10、反应形成紫色络合物，其颜色深浅与SO2含量成正比，可通过分光光度法进行定量。2、甲醛缓冲液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法、气体样品中的SO2被甲醛缓冲液吸收形成稳定的羟甲基磺酸加成物，加入氢氧化钠溶液分解加成物，释放出的SO2与盐酸副玫瑰苯胺反应形成紫红色络合物，其最大吸收波长为577nm，用分光光度法定量。3。钍试剂分光光度法、空气中的SO2被过氧化氢溶液吸收并氧化成硫酸。硫酸根离子与定量加入的过量高氯酸钡反应生成硫酸钡沉淀，剩余的钡离子与钍试剂反应生成紫红色的钍试剂-钡络合物，根据其颜色间接定量测定。4。恒电位电解，当气体样品中的SO2通过渗透膜进入电解池时，氧化反应在工作电极上迅速发生，

11、产生的极限扩散电流与SO2的浓度成正比。2.氮氧化物的测定空气中的氮氧化物以各种形式存在，如一氧化氮、二氧化氮、三氧化氮、四氧化氮和五氧化二氮，其中二氧化氮和一氧化氮是主要的存在形式，通常称为氮氧化物(NOx)。一氧化氮无色无味，微溶于水，在空气中很容易被氧化成二氧化氮。NO2是一种棕红色气体，具有强烈的刺激性气味，其毒性是一氧化氮的4倍，一氧化氮是一种有害物质，可引起支气管炎、肺损伤等疾病。测定方法：盐酸萘乙二胺分光光度法和库仑法。1。盐酸萘二胺分光光度法用冰醋酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘二胺，空气中的NO2被吸收并转化为亚硝酸和硝酸。在冰醋酸存在下，亚硝酸与对氨基苯磺酸反应，再与盐酸萘乙二胺偶

12、联生成玫瑰红偶氮染料，其色深与气体样品中NO2浓度成正比，用分光光度法定量。(1)酸性高锰酸钾溶液氧化法，空气中的NO2被串联的第一个吸收瓶中的吸收液吸收，生成偶氮染料，空气中的NO不与吸收液反应，通过氧化管被氧化成NO2，然后被串联的第二个吸收瓶中的吸收液吸收，生成粉红色的偶氮染料，其吸光度分别在540-545nm波长处测量，并用分光光度法定量。(2)三氧化铬-石英砂氧化法、空气中的氮氧化物通过三氧化铬-石英砂氧化管，在吸收液中以二氧化氮的形式与对氨基磺酸进行重氮化反应，然后与萘乙二胺盐酸盐偶联生成粉红色偶氮染料，分别在540-545nm波长处测定其吸光度，并用分光光度法进行定量如果电流效率

13、达到100%，在一定条件下，微电流与气体样品中的NO2浓度成正比，因此产生的电流可以根据法拉第电解定律转化为NO2浓度。图3.24原电池库仑氮氧化物监测器气体回路示意图。3.一氧化碳的测定一氧化碳是空气中的主要污染物之一，它主要来源于石油和煤燃烧不充分的产物以及汽车尾气。一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，燃烧时呈淡蓝色火焰。它很容易与人体血液中的血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，碳氧血红蛋白会降低血液运输氧气的能力并导致缺氧。测定方法：气相色谱法和汞置换法。1.气相色谱法空气中的一氧化碳、二氧化碳和甲烷经TDX-01碳分子筛柱分离后，在氢气流中，一氧化碳和二氧化碳在镍催化剂的作用下可转化为甲烷，然

14、后用氢火焰离子化检测器测定上述三种物质，其浓度由其峰高决定。(1)气相色谱法，图3.25，气相色谱法测定一氧化碳的示意流程图，一氧化碳的测定，2，汞置换法，气体样品中的一氧化碳在180-200与活性氧化汞反应，置换汞蒸气，将其带入汞蒸气分析仪测定汞含量，然后将其转化为一氧化碳的浓度。粉尘、水蒸气、二氧化硫、丙酮和甲醛(2)汞置换法。 图3.26汞置换法一氧化碳分析仪工作流程示意图，(4)光化学氧化剂的测定，总氧化剂是指空气中除氧气以外的具有氧化特性的物质，一般是指能够氧化碘化钾析出碘的物质，主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸盐、氮氧化物等。 光化学氧化剂是指除了氮氧化物以外能氧化碘化钾的物质，它们之间

15、的关系是：光化学氧化剂总氧化剂0.269氮氧化物空气中光化学氧化剂的测定通常采用碘化钾硼酸盐分光光度法。光化学氧化剂的测定，硼酸-碘化钾分光光度法利用硼酸-碘化钾吸收溶液吸收空气中的臭氧和其他氧化剂。碘离子氧化沉淀的碘分子数量与氧化剂如臭氧有定量关系。测量游离碘在352nm处的吸光度，并与标准色柱的吸光度进行比较，得到总氧化剂浓度。扣除参与反应的部分氮氧化物后，它是光化学氧化剂的浓度。臭氧有很强的刺激性，在紫外线的作用下参与碳氢化合物和氮氧化物的光化学反应。同时，臭氧是高层大气的正常成分，它能强烈吸收紫外线，保护人类和生物免受太阳紫外线的辐射。但是，如果O3超过一定浓度，就会对人体和一些植物的

16、生长造成一定的危害。方法：碘化钾硼酸盐分光光度法和靛蓝二磺酸盐分光光度法。氟化物的测定空气中的气态氟化物主要是氟化氢，可能还有少量的氟化硅(SiF4)和氟化碳(CF4)。含氟粉尘主要是冰晶石(Na3A1F6)、萤石(CaF2)、氟化铝(A1F3)、氟化钠(NaF)、磷灰石3 A3(PO4)2CaF 2等。氟化物是一种剧毒物质，通过呼吸道进入人体，引起粘膜刺激、中毒等症状，并可影响各种组织和器官的正常生理功能。它也对植物的生长有害。测定方法：滤膜取样-离子选择电极法，石灰滤纸取样-氟离子选择电极法。过滤膜取样-离子选择电极法用装有玻璃纤维过滤膜的取样器进行取样，该过滤膜中浸渍有磷酸氢二钾溶液或玻璃纤维过滤膜中浸渍有碳酸氢钠-甘油溶液，空气中的氟化物被吸收并固定，同时氟化物粉尘被阻挡在过滤膜上。样品滤膜用水或酸浸出后，用氟离子选择电极法测定。石灰滤纸取样-离子选择电极法用浸