空气和废气监测

1第三章空气和废气监测一、本章内容提要：本章主要介绍了大气和大气污染方面的基本概念和知识，介绍了大气污染监测方案制定方面的基本概念和知识，介绍了大气的采样方法和采样仪器；要求同学们掌握大气样品的采集方法和采样仪器基本操作，重点掌握大气五个必测项目的原理和方法，掌握废气中烟尘的测定原理和方法，通过实验达到重点项目的测定目的。二、教学目的与要求：1．了解大气和大气污染方面的基本概念和知识；2．要求同学们掌握大气样品的采集方法和采样仪器；3．重点掌握大气五个必测项目的原理和方法，掌握废气中烟尘的测定原理和方法，通过实验达到重点项目的测定目的。三、重点与难点：1．掌握SO2、NO2、TSP或PM10、硫酸盐化速率、降尘等大气必测项目的测定原理和方法；2．掌握废气中烟尘、SO2、NO2、黑度的测定原理和方法；3．掌握汽车尾气中CO、NO2、CxHy、烟尘黑度的测定原理和方法。四、本章学时数14五、教学内容：第一节空气污染基本知识一、大气、空气和大气污染大气：地球外面由各种气体和悬浮物组成的复杂流体系统。亦可认为是地球周围所有空气的总和；其厚度为1000—1400公里；作用：①直接参与生命物质循环；动物呼吸氧气，放出CO2；植物吸收CO2，进行光合作用，，放出O2。②调节生态的功能；带动水的循环，调节气候；传递植物花粉，使生命得以繁衍生息；稀释分解有毒、有害物质，维持基本生存条件。③防护作用；O3层对紫外线的防护；大气层对陨石雨的防护；温室效应，维护地球温度。④提供生产和生活的原料。生产化肥；提供医用氧气；助燃、传播声音等。大气圈是是在生命活动参与下长期发育而形成的。按照国际气象组织的建议，大气圈的结构范围：地表→800公里高空对流层：0→12公里各种天气现象形成于此，每向上1000m温度下降6.5℃，这导致了空气的竖向流动。平流层：12→50公里底部同温，后又随高度而升高温度，从而抑制了大气的垂直运动。中间层：50→80公里温度随高度而下降，有上下对流。热成层：80→800公里温度随高度而急剧上升，空气分子发生电离，又称电离层，能反射无线电波，对人类的无线电通讯具有特别的意义。逸散层：800公里以上大气稀薄，地心引力微弱。空气：对人类及生物生存起着重大作用的近地面约10公里的对流层；占大气总量的95％，有自己固定的组成；N2占78.06%，O2占20.95%，Ar占0.93%。大气污染：在人们的生产、生活中产生的大量废气排入空气，当其浓度超过环境所允许的极限，并持续一段时间后，就会改变大气的正常组成，破坏自然平衡，造成社会危害，这种现象称为大气污染。二、空气污染的危害急性作用：短期内导致人生病甚至死亡，如著名的烟雾事件，这是短期内大量污染物排放的结果。慢性作用：导致各种疾病及癌症发病率的提高，破坏人类遗传的基因，使人类面临灭顶之灾。对各种材料产生腐蚀损害。2当前，人类面临的环境问题，许多与大气污染有关：如温室效应、臭氧层空洞、全球酸雨化及其带来的生物多样性锐减、荒漠化和沙漠化等。三、空气污染源向大气排放污染物的装置和和设备。包括自然污染源和人为污染源。自然污染源：由于自然原因造成的对大气的污染，如火山爆发、地震、海啸和由于自然原因引起的森林火灾等；人为污染源：由于人类的生产和生活活动造成的对大气的污染。包括：（一）工业企业排放的废气火力发电，矿石冶炼，化学工业，建材行业等是主要的大气污染源。（二）交通运输工具排出的废气化石燃料的燃烧会带来严重的大气污染。1995年我国汽车保有量1050万辆，单车排放量相当于国外同类产品的5—10倍，排放CO2000万吨，NOx120万吨，对城市污染的贡献率分别为80%、40%。2006年我国的机动车保有量达2亿多辆，对环境的污染是非常严重的。（三）室内空气污染源1．室内空气污染的分类（1）化学性污染；如甲醛、氨、硫化氢、挥发性有机物等。（2）物理性污染；噪声、电磁辐射、可吸入颗粒物等。（3）生物性污染；细菌、病毒等。（4）放射性污染；微波炉、电磁炉、电视、电脑等。2．室内空气的质量表征（1）有毒、有害污染因子指标；（2）舒适性指标；温度、湿度、光照、新风量等。四、空气中的污染物及其存在状态按其来源进行分类：一次污染物：直接从排放源排出的有害物质；二次污染物：与大气中的物质作用后产生的新污染物，主要是各种气溶胶；按其存在形态进行分类：（一）分子状态污染物以分子状态存在于空气中，如：COSO2NO2HClHCNCl2O3苯蒸气等。（二）粒子状态污染物分散在大气中的微小液体和固体微粒，粒径0.01--100μm；总称为总悬浮颗粒物（TotalSuspendedParticulatematter）；其中粒径大于10μm的由于重力作用可自然沉降到地面称为降尘。小于10μm的为飘尘，亦称可吸入颗粒物（InhalableParticulatematter简写：IP或PM10）；以气溶胶形式存在，具体表现为烟、雾、尘。烟是固体凝聚型气溶胶；雾是由悬浮在空气中的微小液滴构成的气溶胶；尘是分散在大气中的固体颗粒物。五、空气中污染物的时空分布特点污染物随时空变化大：受排放源位置、排放量、地形、地貌、气象条件等因素的影响；一次污染物，清晨和黄昏浓度较高，中午较低；二次污染物中午高。大气监测时，需要测定瞬时最大浓度、日平均、月平均、季平均、年平均等各项指标。六、空气中污染物的浓度表示方法（一）单位体积质量浓度单位体积空气中所含污染物的质量数mg/m3μg/m3可用于表示分子和气溶胶态的污染物。（二）体积比浓度污染物体积与气样总体积的比值，常用100万体积空气中含污染气体或蒸气的体积数；常用ml/m3（ppm）或μl/m3（ppb）3mvcMC4.22气体体积换算气态方程：V1P1/T1=P2V2/T2=P0V0/T0325.1012732730PtVVt第二节空气污染监测方案的制定根据监测目的进行调查研究；收集必要的基础资料；进行综合分析，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。一、监测目的：①了解大气质量，为空气质量状况评价提供依据；②预报大气环境发展趋势、为研究污染物迁移、转化情况提供基础资料。③为污染源的管理提供依据；为修订空气质量标准提供依据和基础资料。二、调研及有关资料收集：（一）污染源分布及排放情况包括污染源类型、数量、位置、排放的主要污染物、排放量；了解所用原料、燃料及消耗量。（二）气象资料：包括风向、风速、气温、气压、降水量、日照时间、相对湿度、温度垂直梯度和逆温层底部高度等资料。（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三、监测项目：1．必测项目硫酸盐化速率、降尘、SO2、NO2、TSP；2．自动监测项目SO2、NO2、TSP或PM10、CO；四、监测站（点）的布设（一）布设采样站（点）的原则和要求1．采样点设在高、中、低三个不同污染物浓度的地方；2．下风向增加采样点，上风向减少采样点；3．人口密度大，污染超标地区适当增加采样点，否则可减少；4．采样点周围应开阔，无高大树木、建筑物等；5．采样点设置条件尽可能一致；6．采样高度根据监测目的而定；（二）采样站（点）数目的确定根据城市的规模（主要是人口）而定，具体参看153页表3—3。我国大气环境污染例行监测采样点设置数目市区人口/万人SO2、NO2、或NOX、TSP灰尘自然降尘量硫酸盐化速率5050—100100—200200—40040034567≧34—88—1112—2020—30≧66—1212—1818—3030—40（三）采样站（点）布设方法41．功能区布点法；适合规划合理，功能区划分比较明显的城市，这是最好的布点方法，可以全面了解环境污染状况。2．网格布点法；适合污染源分布较均匀、重点污染源不明显的地区。3．同心圆布点法；适合大污染源分布较集中的地区。4．扇形布点法；适合有孤立的高架点源，且主导风向明显的地区。5．因地制宜，综合布点法；结合城市特点，具体问题，具体分析，最好进行测试调查。五、采样频率和采样时间按156页表3—6《采样频率和采样时间》，表3—7《污染物监测数据统计的有效性规定》执行；六、采样方法、监测方法和质量保证第三节空气样品的采集方法和采样仪器一、直接采样法适用于污染物浓度高或分析方法灵敏的情况，包括的内容：①注射器采样法；②塑料袋采样法；③采气管采样法；④真空瓶采样法；二、富集（浓缩）采样法大多数情况利用此法，主要包括：（一）溶液吸收法抽去一定量的空气，通过选择的吸收液，被测组分由于溶解或化学反应被阻留下来形成溶液，然后对溶液进行测定。适用于气态、蒸汽态、气溶胶态污染物质；吸收原理上分为物理溶解和化学反应；吸收效率取决于吸收速度和接触面积；必须选择合适的吸收液和吸收管。吸收液的选择原则：①与被采集的污染物质发生化学反应快或对其溶解度大。②污染物质被吸收液吸收后，要有足够的稳定时间，以满足分析测定所需时间的要求。③污染物质被吸收后，应有利于下一步分析测定，最好能直接用于测定。④吸收液毒性小、价格低、易于购买，且尽可能回收利用。吸收管的选择：增大被采气体与吸收液接触面积①气泡吸收管（适用气态或蒸汽态物质）；②冲击式吸收管（适用气溶胶态或易溶解样品）；③多孔筛板吸收管（适用于气态、气溶胶态样品）。（二）填冲柱阻留法阻留柱：长6—10厘米，内径3—5毫米，内装颗粒状填充剂的玻璃或塑料管。让气体以一定流速通过填充柱，则欲测组分因吸附溶解或化学反应等作用阻留在填充剂上，采样后通过解吸或溶剂洗脱，使被测组分从填充剂上释放出来进行测定。包括：①吸附型填充柱填充剂是颗粒状固体吸附剂，如活性炭、硅胶、分子筛、高分子多孔微球等；②分配型填充柱填充剂是表面涂高沸点有机溶剂的惰性多孔颗粒物；③反应型填充柱填充剂是由惰性多孔颗粒物（如石英沙、玻璃微球等）或纤维状物（如滤纸、玻璃棉等）表面涂渍能与被测组分发生化学反应的试剂制成。（三）滤料阻留法用抽气装置抽取一定量的空气，则空气中的颗粒物被阻留在过滤材料上，称量颗粒物的重量，再根据采样体积计算。（四）低温冷凝法当空气流经采样管时，被测组分因冷凝而凝结在采样管底部。应在采样管的进气端装置选择性过滤器，以除去水分和CO2等。5（五）静电沉降法通过电场使气体分子电离，附着在气溶胶上，使颗粒带电，沉降到收集极上。（六）扩散（或渗透）法用在个体采样器中，佩带在人身上，跟踪人的活动，用作人体接触有害物质量的监测。（七）自然集积法1．降尘试样采集2．硫酸盐化速率试样的采集。（八）综合采样法三、采样仪器（一）组成部分：采样动力、流量计、收集器；1．收集器：吸收管、填冲柱、冷凝采样管、滤料采样夹；2．流量计：转子流量计、孔口流量计、限流孔，流量计在使用前要进行校正；3．采样动力：真空泵、刮板泵、薄膜泵、电磁泵；（二）专用采样器：将收集器、流量计、抽气泵及采样预处理、流量调节、自动定时控制等部件装在一起，就构成专用采样器，如：1．SO2、NO2等空气采样器；2．TSP、IP等颗粒物采样器；①总悬浮颗粒物采样器：大流量（1.1—1.7m3/min）和中流量（50—150L/min）；②可吸入颗粒物采样器：测可吸入颗粒物时需加分尘器，分尘器有旋风式、向心式、多层薄板式、撞击式等；个体计量器，调节成与人的呼吸线速度相似的流量，并随人的活动来采集空气样品。四、采样效率衡量采样方法好与坏的重要指标。指在规定的条件下，所采集到的污染物占其总量的百分数。（一）采集气态和蒸气态污染物质效率的评价方法1．绝对比较法K=（C1/C0）×100%2．相对比较法K=C1÷（C1+C2+C3）*100%K﹥90%（二）采集颗粒物效率的评价方法1．采集颗粒数效率采集到颗粒物粒数占总颗粒物粒数的百分数。K=（n1-n2）÷n1×100%采用已知采样效率高的方法，用一个灵敏度很高的计数器测量进入滤料前后的空气中的颗粒数来计算。2．质量采样效率所采到的颗粒物质量占颗粒物总质量的百分数。五、采样记录内容：被测污染物的名称及编