华北理工环境监测课件第11讲 空气和废气监测-1

12主要内容主要污染物；监测方案的制订；采集方法和采样仪器；气态和蒸气态污染物质的测定；颗粒物的测定；第3章空气和废气监测重点监测点布置；样品采集方法；典型常规监测项目测定方法。3一、几个概念环境空气ambientair指人群、植物、动物和建筑物所暴露的室外空气。大气：包围地球的空气；对人类有影响的；距地面10km空气污染（大气污染）：ISO定义，“空气污染通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象”。所谓空气污染，即指空气中含有一种或多种污染物，其存在的量、性质及时间会伤害到人类、植物及动物的生命，损害财物，或干扰舒适的生活环境。41.颗粒物particulatematter4.氮氧化物5.光化学氧化剂3.一氧化碳2.二氧化硫对鼻、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用。阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。刺激呼吸器官，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。刺激呼吸道，损害肝脏,，与多种污染物存在协同效应。颗粒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、空气污染物及危害56三、空气污染源（一）自然污染源：……（二）人为污染源——分三个方面：1）工业企业排放2）交通运输排放3）室内空气污染源：消费品和化学品的使用、建筑和装饰材料以及个人活动排放7四、大气污染及其存在状态一次污染物：直接从污染源排放到空气中。SO2、CO、NOx及颗粒物。二次污染物：一次污染物间相互作用、与空气正常组分发生反应→新污染物：硫酸盐、硝酸盐、臭氧、醛类(乙醛和丙烯醛等)、过氧乙酰硝酸酯(PAN)以及硫酸雾和硝酸雾等。典型：伦敦型烟雾和洛杉矶光化学烟雾。按形成过程，分为两类：8按存在状态分两类：1.分子状污染物气态：沸点低，分子形式存在。如：SO2,CO,NO2,HCN；蒸汽态：常温液态，受热挥发，以蒸汽形式进入大气。苯,汞,NH3,H2S,Pb,Cd,氟化物等。**分子状污染物按化学形态，分为五类：a.含硫化合物：SO2、H2S；SO3、硫酸、硫酸盐；b.含氮化合物：NO、NO2、NH3；硝酸、硝酸盐；c.碳氢化合物：C1-C5化合物；醛、酮、PAN；d.碳氧化合物：CO、CO2；e.卤素化合物：HF、HCl。9u总悬浮颗粒物totalsuspendedparticle（TSP）环境空气中空气动力学当量直径小于等于100μm的颗粒物。u降尘（falldust）：10μm,水泥粉尘、金属粉尘、飞尘等。颗粒大，比重大，易沉降，危害范围较小。u颗粒物（粒径小于等于10μm）PM10指环境空气中空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物，也称可吸入颗粒物。比重也小，可长期漂浮在大气中，具有胶体性质，又称气溶胶(aerosol)。易随呼吸进入人体。(雾(smog)、烟(smoke)和尘(dust))。2.颗粒物分散在大气中的液体和固体颗粒。动力学当量直径小于100μm构成复杂的非均匀体系。10五、空气污染物时空分布特点特点：随时、空变化大，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。0123456789101112月SO2(mg/m3)0.100.080.060.040.02某城市SO2浓度的时间变化曲线(年变化曲线)11SO2(mg/m3)0.240.200.160.120.080.040.00某城市SO2浓度的时间变化曲线(日变化曲线)12六、空气中污染物浓度表示方法（一）单位体积质量浓度mg/m3或μg/m3。（二）体积比浓度（已不用）mL/m3和μL/m3。（曾用ppm，ppb）换算：mVcMc4.22我国空气质量标准：标准状况，0℃，101.325KPa13一、目的（1）进行定期或连续监测，判断空气质量。（2）为空气污染预测预报提供依据。（3）为环保执法、环境管理、环境科学研究及修订空气环境质量标准提供基础资料和依据。二、有关资料的收集（略）14三、环境空气质量监测项目（HJ664-2013的规定）环境空气质量评价区域点、背景点的监测项目：ØGB3095-2012中规定的基本项目Ø由国务院环境保护行政主管部门根据国家环境管理需求和点位实际情况增加其它特征监测项目，包括湿沉降、有机物、温室气体、颗粒物组分和特殊组分等。15四、监测网点的布设（一）布点原则和要求选择监测点：（1）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）污染源较集中，主导风向较明显的，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。HJ664-2013环境空气质量监测点位布设技术规范（试行）16（4）防止采样点周围环境的影响采样口水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30°；周围无局地污染源；避开树木及吸附能力较强的建筑物；交通干道——距人行道边缘至少1.5m。（3）工业密集区，人口密集区，污染物超标区——适当增设；郊区和农村，人口密度小，污染物浓度低——酌情少设。17（5）设置条件尽可能一致或标准化；（6）采样口高度：对人体的危害：离地面1.5～2m处；Ø对植物或器物的影响：与植物或器物高度相近；Ø连续采样例行监测：距地面3～15m；Ø屋顶上：离基础面1.5m以上。18（二）采样站（点）数目确定HJ664-2013环境空气质量评价城市点设置数量要求19原标准环境空气污染例行监测采样点设置数目表市区人口/万人SO2、NOx、TSP灰尘自然沉降量硫酸盐化速率503≥3≥650～10044～86～12100～20058～1212～18200～400612～2018～30400720～3030～4020WHO推荐的城市空气自动监测站(点)数目表市区人口/万人可吸入颗粒物SO2NOx氧化剂CO风向、风速≤100221111100～400552222400～8008843428001010545321网格布点法示意图（三）布点方法1.功能区布点法工业区、商业区、居住区、混合区……常用的经验法：2.网格布点法布设方法：经验法、统计法模式法223.同心圆布点法——半径间距和污染物扩散规律有关中心：污染群采样点：同心圆与放射线交点（链接）举例：同心圆半径分别取4、10、20、40km，从里向外各圆周上分别设4、8、8、4个采样点。不同圆周上的采样点数目可不同；主导风向下风向增设采样点。适用：污染群和大污染源集中地区跳过下页23同心圆布点法示意图返回上页244.扇形布点法适用：孤立高架点源，主导风向明显。顶点：点源所在位置；轴线：烟云方向；扇形角度：45°~90°；采样点：距点源不同距离的若干弧线上。每条弧线上3~4个。相邻两点与顶点连线的夹角取10~20°；上风向应设对照点。扇形布点法25五、采样时间和采样频率1.采样时间（也称采样时段）每次采样开始到结束经历的时间(1)不存在周期性变异——将需采集的样品总数，平均分配于整个监测期间。(2)存在周期性变异——采样时间不固定，在不同时间上大致采集相同数目的样品。26污染物监测数据统计有效性的规定污染物取值时间数据有效性规定SO2、NOx、NO2年平均每年至少有分布均匀的144个日均值，每月至少有分布均匀的12个日均值TSP、PM10、Pb年平均每年至少有分布均匀的60个日均值，每月至少有分布均匀的5个日均值SO2、NOx、NO2、CO日平均每日至少有18h的采样时间TSP、PM10、B(a)P、Pb日平均每日至少有12h的采样时间SO2、NOx、NO2、CO、O31小时平均每小时至少有45min的采样时间27n1小时平均1-houraverage任何1小时污染物浓度的算术平均值。n24小时平均24-houraverage一个自然日24小时平均浓度的算术平均值，也称日平均。n年平均annualmean一个日历年内各日平均浓度的算术平均值。282.采样频率指在一定时间范围内的采样次数。城镇空气质量采样频率和时间监测项目采样时间和频率二氧化硫隔日采样，每天连续采样24±0.5h，每月14～16d，每年12个月二氧化氮(或氮氧化物)同二氧化硫总悬浮颗粒物隔双日采样，每天连续采样24±0.5h，每月5～6d，每年12个月灰尘自然沉降量每月采样30±2d，每年12个月硫酸盐化速率每月采样30±2d，每年12个月29一、直接采样法选择采样方法的根据：(1)污染物在大气中的存在状态；(2)污染物浓度的高低；(3)污染物的物理、化学性质；(4)分析方法的灵敏度。采样方法分为：直接采样法、富集（浓缩）采样法。适用于：污染物浓度较高和测定方法灵敏度高。301.塑料袋2.注射器规格：10mL、50mL和100mL等。采样常用于G·C法分析。取样后，注射器进气口插入橡胶帽，垂直放置。不能与被测组分发生化学反应，不能有渗透性。一般用聚四氟乙烯或聚乙烯。3.采气管容积：100～500mL。一端抽气，置换用通气量为采气管的容积的6～10倍。结束时先关抽气端。314.真空采气瓶用真空泵将瓶内抽成“真空”，剩余压力（1.33kPa）32二、富集（浓缩）采样法如污染物质浓度低(10-6～10-9），需富集后分析。方法：溶液吸收法、固体阻留法、低温冷凝法及自然沉降法等。（一）溶液吸收法适用：气态、蒸气态及某些气溶胶态污染物。吸收原理：(1)物理作用(2)化学反应吸收液的选择原则：1）化学反应快或溶解度大。2）稳定时间足够，以满足分析测定所需时间的要求。3）化学形态有利于分析测定，最好能直接用于测定。4）吸收液毒性小、价格低、能回收利用或安全处理。331.气泡吸收管吸收液：5～10mL采样流量：0.5～2.0L/min。适用：气态和蒸气态物质。不适用：气溶胶态——扩散到气液界面速率慢，吸收效率差。2.冲击式吸收管小型(5～10mL吸收液，流量3.0L/min)大型(50～100mL吸收液，流量30L/min)。适用：气溶胶态物质。原理：气样快速从喷嘴喷出冲向管底，气溶胶颗粒因惯性作用冲击到管底被分散，易被吸收。（尖嘴玻璃管作冲击器）。不适用：气态和蒸气态物质。原因：气体分子惯性小，快速抽气时，易随空气跑掉。343.多孔筛板吸收瓶小型瓶(10～30ml吸收液，0.5～2.0L/min)大型瓶(50～100mL吸收液，30L/min)原理：气体通过多孔玻板，1）被分散成很小的气泡，增大了与吸收液的接触面积；2）被弯曲的孔道所阻留，增加吸收接触时间。适用：气态、蒸气态物质、气溶胶态物质。多孔筛板采样35《环境空气质量手工监测技术规范》HJ/T194-2005，规定24h连续采样系统使用多孔筛板吸收瓶（管）36（二）填充柱阻留法Ø填充柱：长6-10cm,内径3-5mm，玻璃管或塑料管，内装颗粒状填充剂。阻留原理：吸附、溶解或化学反应。组分释放：加热解吸，吹气或溶剂洗脱。分类：吸附型、分配型和反应型。37填充剂：活性炭、硅胶、分子筛、高分子多孔微球等。原理分子间引力，物理吸附，吸附力较弱；剩余价键力，化学吸附，吸附力较强。1.吸附型填充柱2.分配型填充柱填充剂高沸点有机溶剂+惰性多孔颗粒物（如硅藻土）原理组分在填充剂上较大的分配系数。383.反应型填充柱填充剂：载体（惰性多孔颗粒物(如石英砂、玻璃微球)或纤维状物(如滤纸、玻璃棉等)+与被测组分发生化学反应的试剂。原理：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。特点：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。39（三）滤料阻留法1.纤维状滤料：玻璃纤维滤膜、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、混合纤维素等；2.筛孔状滤料：石英滤膜、微孔滤膜、核孔滤膜、银薄膜等.主要用于测颗粒物40（四）低温冷凝法①应用对象：常温下难被固体吸附剂吸附的低沸点气态化合物。苯乙烯，三氯乙醛……等。②冷冻剂冰－盐水(－10℃)干冰－乙醇(－72℃)液氮(－196℃)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。41（五）自然集积法原理：重力、空气动力和浓差扩散。适于：自然降尘量、硫酸盐化速率、