环境监测--第三章.ppt

1、第三章 空气和废气监测空气和废气监测分析方法（第四版）,第一节 空气污染监测方案的制订,一、调研及资料收集,（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,二、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,图3.1 网格布点法,图3.2 同心圆布点法,图3.3 扇形布点法,三、监测项目,表3.2 空气污染常规监测项目,四、 污染物监测数据统计有效性的规定,第二节 空气样品的采集方法和采样仪器,一采样方法（一）、直接采样法:瞬时浓度或短时间平均浓度,1、注射器采样 2、塑料袋

2、采样 3、采气管采样 4、真空瓶采样,图3.5 真空采气瓶示意图,图3.6 真空采气瓶抽真空装置示意图,图3.4 采气管示意图,（二）富集(浓缩)采样法：测定采样时间内的平均浓度,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 填充柱类型：吸附型填充柱 分配型填充柱 反应型填充柱。,。,颗粒状填充剂：担体+涂层,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,图3.11 标准集尘器示意图,降尘试样采集,5、自然积集法,二、采样仪器,（一）组成部分 收集器，流

3、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,图3.14 携带式采样器工作原理示意图,（二）专用采样器 1. 空气采样器,收集器,流量计,采样泵,定时器,图3.15 大气采样器实物照片,2. 颗粒物采样器（1）总悬浮颗粒物采样器,图3.16 大流量采样器结构示意图,三、采样记录,_采样记录表 采样时间：_年_月_日_时 天气状况：（晴、阴、小雨、大雨） 风力：_级 采样者_ 审核者 _,四、采样效率,概念：一种采样方法或采样器在规定采样条件下，采集到的污染物占其总量百分数 1、绝对比较法 2、相

4、对比较法,五、污染物浓度表示方法和气体体积计算,1、浓度表示方法 （1）质量浓度Cm:mg/m3 或g/m3 (2)体积比浓度Cv:PPm 或PPb 或PPt M:污染物的摩尔质量 g/mol,2、气体体积换算 V0:标况下体积 Vt：t0C下采样体积 t:采样时的气温0C P:采样时的气压 KPa,第三节 气态和蒸气态污染物质的测定,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

5、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3.22 空气中NO2、NO、和NOx采样流程示意图,图3.23 原电池库仑法测定NOx原理示意图,图3.24 原电池库仑法NOx监测仪气路示意

6、图,三、一氧化碳的测定,一氧化碳(CO)是空气中主要污染物之一，它主要来自石油、煤炭燃烧不充分的产物和汽车排气。 CO是一种无色、无味的有毒气体，燃烧时呈淡蓝色火焰。它容易与人体血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血液输送氧的能力降低，造成缺氧症。 测定方法：气相色谱法(GC)、汞置换法。,（一）气相色谱法（GC）,图3.25 色谱法测定CO流程示意图,（二）汞置换法,图3.26 汞置换法CO测定仪工作流程示意图,四、光化学氧化剂的测定,总氧化剂是空气中除氧以外的那些显示有氧化性质的物质，一般指能氧化碘化钾析出碘的物质，主要有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、氮氧化物等。光化学氧化剂是指除氮氧化物以

7、外的能氧化碘化钾的物质，二者的关系为： 光化学氧化剂总氧化剂0.269氮氧化物 测定空气中光化学氧化剂常用硼酸碘化钾分光光度法。,五、臭氧的测定,臭氧是最强的氧化剂之一，它是空气中的氧在太阳紫外线的照射下或受雷击形成的。臭氧具有强烈的刺激性，在紫外线的作用下，参与烃类和NOx的光化学反应。 同时，臭氧又是高空大气的正常组分，能强烈吸收紫外线，保护人和生物免受太阳紫外线的辐射。但是，如O3超过一定浓度，对人体和某些植物生长会产生一定危害。 测定方法：硼酸碘化钾分光光度法、靛蓝二磺酸钠分光光度法。,六、氟化物的测定,空气中的气态氟化物主要是氟化氢，也可能有少量氟化硅(SiF4)和氟化碳(CF4)。

8、含氟粉尘主要是冰晶石(Na3A1F6)、萤石(CaF2)、氟化铝(A1F3)、氟化钠(NaF)及磷灰石3Ca3(PO4)2CaF2等。 氟化物属高毒类物质，由呼吸道进入人体，会引起黏膜刺激、中毒等症状，并能影响各组织和器官的正常生理功能。对于植物的生长也会产生危害。 测定方法：滤膜采样-离子选择电极法、石灰滤纸采样-氟离子选择电极法。,七、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。,八、汞的测定

9、,汞属极度危害毒物，具有易蒸发特性，被人体吸入后可引起中毒，危害神经系统。空气中的汞来源于汞矿开采和冶炼、某些仪表制造、有机合成、染料等工业生产过程排放和逸散的废气和粉尘。 测定方法：金膜富集-冷原子吸收法、巯基棉富集-冷原子荧光法。,图3.27 金膜富集-冷原子吸收法测汞流程示意图,（一）金膜富集-冷原子吸收法,（二）巯基棉富集-冷原子荧光法,九、总烃及非甲烷烃的测定,污染环境空气的烃类一般指具有挥发性的碳氢化合物(C1C8)，常用两种方法表示：一种是包括甲烷在内的碳氢化合物，称为总烃(THC)，另一种是除甲烷以外的碳氢化合物，称为非甲烷烃(NMHC)。 空气中的碳氢化合物主要来自石油炼制、

10、焦化、化工等生产过程中逸散和排放的废气及汽车尾气，局部地区也来自天然气、油田气的逸散。 测定方法：气相色谱法、光电离检测法。,图3.28 色谱法测定总烃流程示意图,（一）气相色谱法,图3.29 除烃净化装置示意图,图3.30 用除烃净化空气作载气色谱流程示意图,（二）光电离检测法,十、挥发性有机物(VOCs)和甲醛的测定,VOCs是指室温下饱和蒸气压超过133.32Pa的有机物，如苯、卤代烃、氧烃等。VOCs和甲醛是人们关注的室内空气污染的主要有机物，具有毒性和刺激性，有的还有致癌作用。,（二）甲醛的测定 酚试剂分光光度法，4-氨基-3-联氨-5-巯基三氮 杂茂(AHMT)分光光度法，气相色谱

11、法。,（一）挥发性有机化合物(VOCs)的测定 冷冻吸附采样，热解析进样，毛细管色谱法。,图3.31 热解析进样色谱分析流程示意图,十一、其他污染物质的测定,（一）苯系物的测定 苯系物包括苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对 二甲苯、间二甲苯等，可经富集采样，解吸，用 气相色谱法测定。 （二）挥发酚的测定 常用气相色谱法或4-氨基安替比林分光光度法 测定空气中的挥发酚(苯酚、甲酚、二甲酚等)。 （三）甲基对硫磷和敌百虫的测定 甲基对硫磷(甲基1605)是国内广泛应用的杀虫 剂，属高毒物质。常用的测定方法有气相色谱法和 盐酸萘乙二胺分光光度法。,十二、空气污染指数计算,空气污染指数(API)是一种向社会

12、公众公布的反映和评价空气质量状况的指标。它将常规监测的几种主要空气污染物浓度经过处理简化为单一的数值形式，分级表示空气质量和污染程度，具有简明、直观和使用方便的优点。 根据我国城市空气污染的特点，以SO2、NOx和TSP作为计算API的暂定项目，并确定API为50、100、200时，分别对应于我国空气质量标准中日均值的一、二、三级标准的污染浓度限值，500则对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。,某种污染物的污染分指数(Ii)按下式计算： 式中： Ci，Ii分别为第i种污染物的浓度值和污染分指数值； ci,j，Ii,j 分别为第i种污染物在j转折点的极限浓度值和污染分指数值(查表3.8 )；

13、 ci,j+1，Ii,j+1 分别为第i种污染物在j+1转折点的浓度极限值和 污染分指数值。,空气污染指数的计算,表3.8 空气污染指数分级浓度限值,表3.9 空气污染指数范围及相应的空气质量级别,第五节 颗粒物的测定,TSP采样器,一、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3.32 采样器流量校准示意图,二、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

14、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3.33 石英晶体PM10测定仪工作原理示意图,（一）重量法,三、灰尘自然沉降量及其组分的测定,该指标系指在空气环境条件下，单位时间靠重力自然沉降落在单位面积上的颗粒物量(简称降尘)。 灰尘自然沉降量用重量法测定。有时还需要测定降尘中的可燃性物质、可溶性和非水溶性物质、灰分以及某些化学组分。,（一）灰尘自然沉降量的测定,（二）降尘中可燃物的测定,图3.34 光散射法PM10监测仪工作原理示意图,

15、（三）降尘中其他组分的测定,图3.35 降尘组分分析过程示意图,四、总悬浮颗粒物(TSP)中污染组分的测定,（一）某些金属元素和非金属化合物的测定 1. 样品预处理方法 2. 测定方法简介 （二）有机化合物的测定,2. 多环芳烃的分离,1. 多环芳烃的提取,图3.36 真空升华法提取装置示意图,图3.37 纸层析示意图,3. 苯并(a)芘的测定,图3.38 高效液相色谱分析流程示意图,第六节 降 水 监 测,一、采样点的布设,根据我国大气降水样品的采集与保存(GB13580.292)标准中规定： （1）采样点数目，根据研究的目的和需要来确定。一般常规监测，人口在五十万以上的城市布三个点，人口在

16、五十万以下的城市布设二个点，采样点的布设应兼顾城区、农村和清洁对照点。要尽可能照顾到气象地形、地貌。 （2）采样点位应尽可能的远离局部污染源，四周无遮挡雨、雪的高大树木或建筑物。,二、样品的采集,（一）采样器,图3.40 降水采样器实物照片,图3.39 雨水自动采样器示意图,（二）采样方法,（三）水样的保存,（1）从每次降雨(雪)开始，要采集全过程(开始 到结束)雨(雪)样。如遇连续几天降雨(雪)，每天上午 8:00开始，连续采集24 h为一次样。 （2）采样器应高于基础面1.2m以上。 （3）样品采集后，应贴上标签，编好号，记录 采样地点、日期、采样起止时间、雨量等。,采样后应尽快测定；如需

17、要保存，一般不主张添加保存剂，水样密封后放于冰箱中。,（一）测定项目和测定频次,I级测点为：pH、电导率、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42、NO2、NO3、F、Cl。每月测定不少于一次，每月选一个或几个随机降水样品分析上述项目。 省、市监测网络中的、级测点视实际需要和可能决定测定项目。,三、降水组分的测定,（二）测定方法,1. pH的测定 2. 电导率的测定 3. 硫酸根的测定 4. 亚硝酸根和硝酸根的测定 5. 氟离子的测定 6. 氯离子的测定 7. 铵根离子的测定 8. 钾、钠、钙、镁离子的测定,点击此处观看“校园环境空气质量监测实验”,第七节 污染源监测,（一）监测目

18、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

19、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3.1 圆形烟道采样点布设,动画3.2 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

20、。,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3.44 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：,