第三章空气和废气监测

2020/1/21环境监测第三章1第三章空气和废气监测2020/1/21环境监测第三章2第一节空气污染基本知识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集仪器第四节气态和蒸气态污染物质的测定第五节颗粒物的测定第六节降水监测第七节污染源监测第八节标准气体的配制2020/1/21环境监测第三章3第一节空气污染基本知识一、大气、空气和空气污染二、空气污染的危害三、空气污染源四、空气中的污染物及其存在状态五、空气污染物的时空分布特点六、空气污染物的浓度表示方法2020/1/21环境监测第三章4一、大气、空气和大气污染大气指包围在地球周围的气体，厚度1000-1400km。对人类影响较大的是近地面10km的空气层。占总大气质量的95％。常把“大气”和“空气”作为同义词使用。由于地心引力和气体的压缩性，从垂直地球方向看，地球大气圈分布是不均匀的。世界气象组织按大气层温度的垂直分布将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层。2020/1/21环境监测第三章5大气的垂直分布图对流层：靠地球表面的部分。层厚10-18km，对流层温度随高度上升而下降，80％-95％的空气集中在这里。上限称对流层顶。平流层：对流层的上面是温度非常平衡的平流层，或称同温层.2020/1/21环境监测第三章6大气的垂直分布图高度:从对流层顶以上55km左右。特点：臭氧能够吸收来自太阳的紫外线。臭氧被分解为氧原子和氧分子，重新组合成臭氧时，放出大量的热，影响平流层温度变化。2020/1/21环境监测第三章7大气的垂直分布图中间层：平流层顶的上面：温度随高度上升而下降。高度从平流层顶以上35km左右。热成层：又称暖层，中间层上面：温度随高度上升而上升的一层。高度至800km处。2020/1/21环境监测第三章8大气的垂直分布图热成层的特点：带电粒子密度高又称电离层。将电磁波反射回地球。800km以上称散逸层。2020/1/21环境监测第三章9大气的组成成份气体体积％气体体积％氮(N2)78.06氦(He)0.0005氧(02)20.95氪(Kr)0.0001氩(Ar)0.93氢(H2)0.00005二氧化碳(CO2)0.03氙(Xe)0.000008氖(Ne)0.0018臭氧(O3)0.0000012020/1/21环境监测第三章10大气污染或空气污染2020/1/21环境监测第三章11二、空气污染的危害大气污染对人体健康的危害可分为急性作用和慢性作用。急性作用是指人体受到污染的空气侵袭后，在短时间内即表现出不适或中毒症状的现象。慢性作用是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。2020/1/21环境监测第三章12二、空气污染的危害历史上曾发生过数起急性危害事件，例如，伦敦烟雾事件，造成空气中二氧化硫高达3.5mg／m3，总悬浮颗粒物达4.5mg／m3，一周雾期内伦敦地区死亡4703人。洛杉矶光化学烟雾事件是由于空气中碳氢化合物和氮氧化物急剧增加，受强烈阳光照射，发生一系列光化学反应，形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)和醛类等强氧化剂烟雾造成的，致使许多人喉头发炎，鼻、眼受刺激红肿，并有不同程度的头痛。2020/1/21环境监测第三章13慢性作用的危害途径是污染物与呼吸道粘膜接触；主要症状是眼、鼻粘膜刺激、慢性支气管炎、哮喘、肺癌及因生理机能障碍而加重高血压心脏病的病情。二、空气污染的危害2020/1/21环境监测第三章14大气污染对植物的危害大气污染对植物的危害可分为急性、慢性和不可见三种。急性危害可导致作物产量显著降低，甚至枯死。慢性危害会影响植物的正常发育，受害初期叶片上出现变色斑点，但大多数症状不明显，难以判断。不可见危害只造成植物生理上的障碍，使植物的生长在一定程度上受到抑制，但从外观上一般看不出症状。2020/1/21环境监测第三章15三、空气污染源2020/1/21环境监测第三章16各类工业企业向空气中排放的主要污染物2020/1/21环境监测第三章17室内空气污染源近年来对建筑物室内空气质量（IAQ）的监测及评估，日益受到重视。1、室内空气污染分类：（1）化学污染（2）物理污染（3）生物性污染（4）放射性污染2、室内空气的质量表征：（1）有毒有害污染因子的指标。（2）舒适性指标。2020/1/21环境监测第三章18四、空气中的污染物及其存在状态一次污染物据大气污染物的形成过程，可将其分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是直接从各种污染源排放到大气中的有害物质。常见的主要有：二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、颗粒性物质等。颗粒性物质中包含苯并(a)芘等强致癌物质、有毒重金属、多种有机和无机化合物等。2020/1/21环境监测第三章19四、空气中的污染物及其存在状态二次污染物二次污染物是一次污染物在大气中相互作用产生的新污染物。二次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。常见的二次污染物有：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)等。二次污染物对人的危害更大。2020/1/21环境监测第三章20空气中污染物质可分为分子状态污染物和粒子状态污染物两类。分子状态污染物：二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氯化氢、氯气、臭氧等物质的沸点都很低，在常温、常压下以气体分子形式分散于大气中。还有些物质如苯、苯酚等，虽然在常温、常压下是液体或固体，但挥发性强，以蒸气态进入大气中。四、空气中的污染物及其存在状态(一)分子状态污染物2020/1/21环境监测第三章21分子状态污染物的特点气体分子和蒸气分子，都具有运动速度较大、扩散快、在大气中分布比较均匀的特点。扩散情况与自身的比重有关，比重大者向下沉降，如汞蒸气等；比重小者向上飘浮。受气象条件的影响较大，随气流扩散到很远的地方。2020/1/21环境监测第三章22四、空气中的污染物及其存在状态(二)粒子状态污染物粒子状态污染物：分散在大气中的微小液体和固体颗粒，粒径在0.01-l00μm之间，是一个复杂的非均匀体系。颗粒物分为降尘和飘尘：粒径大于l0μm的颗粒物能较快地沉降到地面上，称为降尘。粒径小于l0μm的颗粒物（PM10）可长期飘浮在大气中，称为可吸入颗粒物或飘尘（IP）。2020/1/21环境监测第三章23飘尘飘尘(IP)：具有胶体性质，故又称气溶胶，它易随呼吸进入人体肺脏，在肺泡内积累，并可进入血液输往全身，对人体健康危害大，因此也称可吸入题粒物。飘尘存在形式：烟(Smoke)雾(Fog)灰尘(Dust)2020/1/21环境监测第三章24烟(Smoke)一些固体物质在高温下由于蒸发或升华作用变成气体逸散于大气中，遇冷后又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于大气中构成烟。例如，高温熔融的铅、锌，可迅速挥发并氧化成氧化铅和氧化锌的微小固体颗粒。烟的粒径一般在0.01一lμm之间。2020/1/21环境监测第三章25雾(Fog)雾是由悬浮在大气中微小液滴构成的气溶胶。按其形成方式可分为分散型气溶胶和凝聚型气溶胶。常温状态下的液体，由于飞溅、喷射等原因被雾化而形成微小雾滴分散在大气中，构成分散型气溶胶。液体因加热变成蒸气逸散到大气中，遇冷后又凝集成微小液滴形成凝聚型气溶胶。雾的粒径一般在10μm以下。2020/1/21环境监测第三章26烟雾烟雾是烟和雾同时构成的固、液混合态气溶胶，如硫酸烟雾、光化学烟雾等。硫酸烟雾主要是由燃煤产生的高浓度二氧化硫和煤烟形成的，而二氧化硫经氧化剂、紫外光等因素的作用被氧化成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气结合形成硫酸烟雾。2020/1/21环境监测第三章27烟雾-光化学烟雾光化学烟雾主要是由汽车排放到大气中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物，在强烈阳光照射下，经发生一系列光化学反应，形成臭氧、PAN和醛类,悬浮大气中构成光化学烟雾。2020/1/21环境监测第三章28尘(Dust)尘是分散在大气中的固体微粒。如:交通车辆行驶时所带起的扬尘。粉碎固体物料时所产生的粉尘。燃煤烟气中的含碳颗粒物等。2020/1/21环境监测第三章29大气中颗粒物的粒径范围2020/1/21环境监测第三章30五、空气污染物的时空分布特点1)时间性气象条件如风速、风向和大气湍流等决定了大气污染物的浓度变化。有些污染源的排放规律和气象条件随季节和昼夜的变化而变化。例如在我国北方地区，由于采暖，冬季烟尘中SO2要比夏季多。在一天内，由于早晨6-10时和晚间是采暖高峰期，这两个时段的SO2比其余时间高。2020/1/21环境监测第三章312）空间性大气污染物的空间分布与污染源种类、分布情况和气象条件等因素有关。例如烟尘的排放市区比郊区多，郊区又比农村多。由于大气污染物在空间的分布不均匀，因此，在大气污染监测工作中，一是注意选择适当的时间，二是根据监测目的和污染物的空间分布特点选择适当的采样点，使结果更具代表性。2020/1/21环境监测第三章32时间分辨率的概念为反映污染物浓度随时间变化，引入了时间分辨率的概念。例如：了解污染物对人体的急性危害，时间分辨率为3min。了解化学烟雾对呼吸道的刺激反应，时间分辨率为10min。在《大气环境质量标准》中，要求测定污染物的瞬时最大浓度及日平均、月平均、年平均浓度.也是为了反映污染物随时间变化情况。2020/1/21环境监测第三章33六、空气中污染物的浓度表示方法（一）单位体积质量浓度（二）体积比浓度2020/1/21环境监测第三章34（一）单位体积质量浓度单位体积内所含污染物的质量数。即：（质量/体积）简称质量浓度。常用单位有：(mg/L)、（mg／m3）、（μg／m3）2020/1/21环境监测第三章35质量浓度质量浓度表示方法对任何状态的污染物都适用。我国大气质量标准中日平均、时平均及任何一次污染物浓度所用单位为mg／m3(标)，指标准状态下单位空气体积中污染物的质量。2020/1/21环境监测第三章36体积比浓度污染物体积与气样总体积的比值。即：（体积/体积）简称体积浓度。常用单位有：(mL/L）、(μL/L)、(nL/L)等等。注意：（μL/L）＝10－6＝1ppm（mL/m3）＝10－6＝1ppm(nL/L)＝10－9＝1ppb(μL/m3）＝10－9＝1ppb体积浓度仅适用于气态或蒸气态物质。2020/1/21环境监测第三章37质量/质量浓度单位质量悬浮颗粒中污染物的质量数表示，即：（质量/质量）常用单位有：(mg／g)、（μg／g）、（ng／g）等等。注意：（1μg/g）＝10－6＝1ppm（1ng／g）＝10－9＝1ppb仅适合于大气悬浮颗粒物的浓度表示。2020/1/21环境监测第三章38质量浓度和体积浓度的换算式两种单位可以相互换算，换算式如下：式中：cv—以ml／m3表示的气体浓度；cm—以mg／m3表示的气体浓度M—污染物质的分子量(g)22.4—标准状态下(0℃，101.325kPa)气体的摩尔体积(L/mol)mVcMc4.222020/1/21环境监测第三章39气体体积换算现场状态下的体积换算成标准状态下的体积根据气体状态方程有：式中：V0—标准状态下的体积(L或m3)Vt—现场状态下的体积(L或m3)t—温度(℃)P—大气压力(kPa)101.325Pt273vv0ｔ＝2020/1/21环境监测第三章40例题测定采样点大气中的NOx时，用装有5mL吸收液的筛板式吸收管采样，采样流量为0.30L／min，采样时间为1h，采样后用分光光度法测定并计算得知全部吸收液中含2.0μgNOx，已知采样点的温度为5℃，大气压力为100kPa，求气样中NOx的含量。2020/1/21环境监测第三章41解:(1)求采样体积Vt和V0Vt＝0.30（L/min）×60(min)＝18(L)V0＝18×273/(273+5)×100/101.325＝17.445(L)=17.