华北理工环境监测教案10空气和废气监测1

第十讲第三章空气和废气监测课程名称：《环境监测》第周，第10讲授课题目（章、节）第三章空气和废气监测第一节空气污染基本知识第二节空气监测方案的制订第三节空气样品的采样方法和仪器【目的、要求】1.了解大气污染物的存在状态及时空分布特点，污染源的类型。2.能够根据监测目的确定监测项目，并根据监测区域污染源的分布特点布设采样网点、确定采样时间和频率。3.能够根据污染物的存在状态、浓度、污染源的特点及所采用的监测方法，正确选用合适的采样仪器和采样方法【基本内容】大气、空气和大气污染概念大气污染的主要危害常见地空气污染源空气中的污染物及其存在状态空气中污染物的时空分布特点空气中污染物的浓度表示方法布设采样站(点)的原则和要求(三)采样站(点)布设方法空气样品的采样方法（直接采样法、富集采样法）采样仪器（采样装置）的组成和基本原理【重点、难点】教学重点：大气污染物分类；采样点的布设方法；采样方法和采样仪器教学难点：时间分辨率概念；气体吸收管的区别；分尘器工作原理【教学方法与手段】课堂讲授、设问；布置课后任务和主要阅读内容准备教具（实物）：气体吸收管；采样夹；滤膜；分尘器【对学生课外要求、作业、思考】思考题：2、6、7【教学过程和教学内容】第三章空气和废气监测第一节空气污染基本知识空气和废气监测是环境监测的重要组成部分，我国空气和废气监测项目有80余项，监测方法有177余种。一、大气、空气和大气污染大气：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。范围比大气范围要小得多。在环境领域，二者一般不予区分。大气污染：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、大气污染的危害1.对人和动物的危害：急性作用：人体受到污染的空气侵袭后，短时间内即表现出不适或中毒症状的现象。如伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件。慢性作用：指人体在低污染物浓度的空气长期作用下产生的慢性危害。如“四日市哮喘病”。2.对植物的危害：可分为急性、慢性和不可见危害三种。急性：可导致作物产量显著降低，甚至枯死。慢性：可影响作物生长发育，但症状一般不明显。不可见危害：只造成植物生理上的障碍，使植物生长受抑制，但从外观上一般看不出症状。三、空气污染源自然污染源：由自然原因造成。如火山爆发、森林火灾时会产生大量粉尘、SO2、CO2、HC、SO3、热辐射等。人为污染源：由人类的生产和生活活动形成，是大气污染的主要来源。可分为三个方面：1）工业企业排气；2）交通运输排放废气；3）室内空气污染源。室内空气污染包括物理、化学、生物和放射性污染，来源于室内和室外两部分。室内来源：消费品和化学品的使用、建筑和装饰材料以及个人活动。室外来源：室外空气中的各种污染物通过门窗、孔隙等进入室内；人为带入室内的污染物。《室内空气质量标准》GB/T18883-2002（2003年3月1日实施）。控制项目包括化学性、物理性、生物性和放射性污染。室内空气质量标准限值【补充参考】序号检测项目单位室内空气质量（GB/18883）标准值1.氡Bq/m34002.甲醛mg/m30.103.苯mg/m30.114.氨mg/m30.205.TVOCmg/m30.606.甲苯mg/m30.207.二甲苯mg/m30.208.臭氧mg/m30.169.二氧化硫mg/m30.5010.二氧化氮mg/m30.2411.一氧化碳mg/m31012.二氧化碳%0.1013.空气流速m/s夏0.3冬0.214.菌落总数Cfu/m3250015.可吸入颗粒物mg/m30.1516.新风量m3/（h.人）3017.噪声dB执行标准GB3096-9318.光照度lx执行标准GB/T18204.21-2000四、空气中的污染物及其存在状态大气污染物种类繁多，形态多样，性质复杂，大小不同。重点关注的有100多种。（一）按形成过程分为两类：1.一次污染物：直接从污染源排放到大气中的有害物质。最常见的一次污染物有S02、CO、NOx(主要是NO和NO2)及颗粒物。颗粒物中还包含有毒重金属、强致癌物3，4—苯并芘(Bap)，以及其他碳氢化合物等多种物质。2．二次污染物：进入大气的一次污染物间的相互作用或它们与大气正常组分发生反应所产生的新的污染物。与一次污染物的化学、物理性质完全不同，多为气溶胶，颗粒小、毒性一般比一次污染物大。常见：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。（二）按照存在状态分为两类。1、分子状态污染物：常温常压下以气体或蒸汽形式（苯、苯酚）分散在大气。气体：由于沸点都很低，从污染源散发到大气中时，仍以单分子的气态存在。SO2、NOx、CO、HCl、Cl2、O3等：蒸汽态：有些物质(如苯和汞等)在常温常压下原本为液体或固体，因它们的沸点或熔点较低，挥发性大，容易以蒸气状态进入空气。苯、苯酚、氯仿、丙烯醛、汞等；气体或蒸气态污染物质都以分子态分散于空气中，其扩散能力与密度有关，密度小的向上浮，沿气流方向传输，可达到很远的地方，并且在空气中可有很长的滞留时间，密度大的则向下沉降。2、粒子状态污染物：即颗粒物，是分散在大气中的微小固体和液体颗粒，粒径（动力学直径）多在0.01-100μm之间，是一个复杂的非均匀体系。根据颗粒物沉降特性将其分为降尘和飘尘。（1）降尘：动力学直径大于10μm的颗粒，在重力作用下能较快地沉降到地面上，称为降尘。如水泥粉尘、金属粉尘、飞尘等。易沉降，危害范围较小。（2）飘尘：动力学直径小于10μm的粒子，粒径小，比重也小，可长期漂浮在大气中，具有胶体性质，称为飘尘,又称气溶胶(aerosol)。易随呼吸进入人体，危害健康，因此也称可吸入颗粒物（PM10）。烟(Smoke)、雾(Fog)、灰尘(Dust)均是用来描述飘尘存在形式的。五、空气中污染物的时空分布特点特点：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。随时间、空间变化大。气象条件影响：风向、风速、大气湍流、大气稳定度等不停地改变，污染物的稀释与扩散情况也不断地变化。一次污染物和二次污染物浓度在一天之内也不断地变化。一次污染物因受逆温层及气温、气压等限制，清晨和黄昏浓度较高，中午较低；二次污染物如光化学烟雾，因在阳光照射下才能形成，故中午浓度较高，清晨和夜晚浓度低。污染源的类型、排放规律及污染物的性质不同，其时空分布特点也不同。季节规律：我国北方城市空气中SO2浓度具有季节性变化规律：在一年内，1、2、11、12月属采暖期，SO2浓度比其他月份高；时间规律：采暖期每之内天具有排放规律：6—10时和18—21时为供热高峰时间，SO2浓度比其他时间高。污染源类型：点污染源或线污染源排放的污染物浓度变化较快，涉及范围较小；大量地面小污染源(如工业区炉窑、分散供热锅炉等)构成的面污染源排放的污染浓度分布比较均匀，并随气象条件变化有较强的变化规律。污染物的性质：质量轻的分子态或气溶胶态污染物高度分散在空气中，易扩散和稀释，随时空变化快；质量较重的尘、汞蒸气等，扩散能力差，影响范围较小。监测中的时间分辨率要求：目的：要求在规定的时间内反映出污染物浓度随时间变化。【自加】时间分辨率是指进行的相邻两次测量的最小时间间隔。例：1）了解污染物对人体的急性危害，要求分辨率为3min；2）了解化学烟雾对呼吸道的刺激反应，要求分辨率为10min。3）《环境空气质量标准》中，要求测定污染物的瞬时最大浓度及日平均、月平均、季平均、年平均浓度，也是为了反映污染物随时间变化情况。六、空气中污染物的浓度表示方法（一）污染物浓度表示方法1.单位体积内所含污染物的质量数常用mg/m3或μg/m3。对任何状态的污染物都适用。我国大气质量标准所用单位为mg/Nm3，指标准状态下单位空气体积中污染物的质量。2.体积比浓度百万分率，常用mL/m3和μL/m3表示。曾用单位为ppm、或ppb，仅适用于气态或蒸气态物质。我国空气质量标准采用标准状况(0℃,101.325kPa)时的体积。非标准状况下的气体体积可用气态方程式换算成标准状况下的体积，换算式如下：式中：V0—标准状况下的采样体积(L或m3)；Vt—现场状况下的采样体积(L或m3)；t—采样时的温度(℃)；P—采样时的大气压力(kPa)。美国、日本和世界卫生组织开展的全球环境监测系统采用的是参比状况(25℃,101.325kPa)，进行数据比较时应注意。两种浓度单位可按下式进行换算：式中：Cv—以mL/m3表示的气体浓度(标准状况下)；Cm—以mg/m3表示的气体浓度；M—气态物质的分子量(g)；22.4—标准状况下气体的摩尔体积(L)。第二节空气监测方案的制订与制订水质监测方案的一样：根据监测目的进行调查研究→收集必要的基础资料→资料的综合分析→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。本节主要介绍监测网点的布设及采样方法。一、监测目的(1)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。(2)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。(3)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。二、调研及资料收集【简要介绍】(一)污染源分布及排放情况监测区域内的污染源类型、数量、位置、排放的主要污染物及排放量，同时还应了解所用原料、燃料及消耗量。高烟囱排放的较大污染源与由低烟囱排放的小污染源。区别一次污染物和由于光化学反应产生的二次污染物。(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此外，对于监测区域以往的空气监测资料等也应尽量收集，供制订监测方案参考。三、监测项目表3-2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值、电导率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-、NO3-、Cl-四、监测站点布设(一)布设采样站(点)的原则和要求(1)设在整个监测区域的高、中、低三种不同地方。(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)工业较密集的城区和工矿区，人口密度大及污染物超标地区，要适当增设采样点；城市郊区和农村，人口密度小及污染物浓度低的地区，可酌情少设采样点。(4)采样点的周围应开阔，采样口水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30°。测点周围无局地污染源，并应避开树木及吸附能力较强的建筑物。交通密集区的采样点应设在距人行道边缘至少1.5m远处。(5)各采样点的设置条件要尽可能一致或标准化，使获得的监测数据具有可比性。(6)采样高度根据监测目的而定。研究大气污染对人体的危害，采样口应在离地面1.5~2m处；研究大气污染对植物或器物的影响，采样口高度应与植物或器物高度相近。连续采样例行监测采样口高度应距地面3~15m；若置于屋顶采样，采样口应与基础面有1.5m以上的相对高度，以减小扬尘的影响。特殊地形地区可视实际情况选择采样高度。(二)采样站(点)数目的确定依据：监测范围大小、污染物的空间分布和地形地貌特征、人口分布情况及其密度、经济条件等因素综合考虑确定。我国对空气环境污染例行监测