空气监测

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污染监测方案的制订第三节空气样品的采集方法和采样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第一节空气污染基本知识大气与空气按照国际标准化组织（ISO）对大气和空气的定义：大气（atmosphere）：是指环绕地球的全部空气的总和。空气（ambientair）：对人类及生物生存起重要作用的近地面约10km内的气体层。大气污染学中，“大气”与“空气”意义相同。一、大气、空气和空气污染环境空气的重要性：一个成年人每天呼吸大约两万次，吸入的空气量大约10～15m3（13.6kg），约食物重量的10倍（食物1.5kg、水2kg）。环境空气是一种资源，而且是一种可更新的资源环境空气的性质：环境空气是一种混合气体，平均分子量为28.966，标准状态下的密度为1.293kg/m3。一、大气、空气和空气污染一、大气、空气和空气污染对人类有影响的：距地面10km氮78.06%氧20.95%氩0.93%其他气体0.1%有害物质：烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等大气的组成：6378km对流层顶对流层平流层顶平流层中间层中间层顶热层(电离层)N2、O2、ArCO2、H2ON2、O2、O3N2、O2+、O+、NO+、O2、e-N2、O2、O2+、NO+0110100908070605040302010160200240280320温度T/K平流层17~55km-56~-2℃热层85~500km-92~1200℃中间层55~85km-2~-92℃大气的垂直结构对流层0~17km15~-56℃二、空气污染的定义和危害图片来源：国家地理杂志ISO定义：由于人类的活动和自然过程引起某些物质排放进入大气中，呈现出足够浓度并持续足够的时间，并因此而危害人体的舒适、健康和福利或危害了环境。危害：对人类、对植物、对建筑材料、对天气和气候1.大气颗粒物4.氮氧化物5.光化学氧化剂3.一氧化碳2.二氧化硫空气污染对人体健康的危害臭氧对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时则吸入更严重。所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。NO2对呼吸器官有刺激性，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。损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后产生的复合作用危害更大。颗粒物的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。世界八大公害——大气污染马斯河谷烟雾事件（钢铁、冶炼）多诺拉烟雾事件（钢铁、冶炼）伦敦烟雾事件（工厂、家庭炉灶）洛杉矶光化学烟雾事件（工厂、汽车尾气）四日市事件（石化）我国大气污染的主要原因直接燃煤是我国大气污染的直接原因工业和城市布局不合理能源浪费严重、燃烧技术落后（节能减排，2007年温总理政府工作报告——中国没有实现去年年初确定的单位国内生产总值能耗降低４％左右、主要污染物排放总量减少２％的目标。去年年初通过的中国“十一五”规划纲要提出２００６—２０１０年期间单位ＧＤＰ能耗降低２０％左右、主要污染物排放总量减少１０％的约束性指标。）重大大气环境问题酸雨：大气酸沉降，它包括酸性物质（硫化物和氮氧化物等）的干沉降和湿沉降。当雨水pH﹤5.6时，称为酸雨。原因分析：化石燃料的燃烧南极臭氧洞：1987年发现，从1977年起南极上空12-24Km处臭氧浓度大面积减少，好似一个洞，其中心臭氧浓度比洞外浓度严重时可减少90%。形成原因分析：南极上空特殊的环境；排放的卤素化合物——蒙特利尔国际协议，减少CFC生产全球气候变暖：年平均气温逐渐上升，并有逐渐加快之势。近地面大气中CO2（温室气体）浓度升高——京都议定书南极臭氧空洞温室效应三、空气污染源自然污染源：火山爆发、森林火灾人为污染源工业企业排放的废气交通运输工具排放的废气农业排放战争室内污染四、空气中的污染物及其存在状态按形成过程分：一次污染物二次污染物（危害更大）类别一次污染物二次污染物人为源含硫化合物SO2，H2SSO2，H2SO4，MSO4*燃烧含硫的燃料含氮化合物NO，NH3NO2，MNO3*在高温时N2和O2的化合含碳化合物C1-C12化合物醛类，酮类，酸类燃料燃烧，精炼石油，使用溶剂碳的氧化物CO，CO2无燃烧卤素化合物HF，HCl无冶金作业四、空气中的污染物及其存在状态按存在状态分：分子状态污染物（气态）粒子状态污染物（颗粒态，气溶胶aerosol）总悬浮颗粒TSP降尘dustfall：10μm很快沉降飘尘SPM（PM10）：10μm可长期飘浮可吸入粒子IP：10μm五、空气中污染物的时空分布特点与其他环境要素中的污染物质相比较，空气中的污染物质具有随时间、空间变化大的特点。空气污染物的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。大气污染物的时空分布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)010204060810121416182022大气污染物的时空分布SO2(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)六、空气中污染物浓度表示方法（一）单位体积质量浓度Cm单位体积质量浓度是指单位体积空气中所含污染物的质量数，常用mg/m3或μg/m3表示。（二）体积比浓度Cv体积比浓度是指100万体积空气中含污染气体或蒸气的体积数，常用mL/m3和μL/m3表示。两种浓度表示方法之间的换算：mVcMc4.22第二节空气污染监测方案的制订大气监测方案制定流程明确监测目的设计监测网点安排采样时间和采样频率选定采样方法和分析测定技术提出监测报告要求制订全过程质量保证措施和方案实施的进度计划一、监测目的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。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。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（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三、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、电导率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42－、NO3－、Cl－表3.2空气污染常规监测项目四、监测站(点)的布设（一）布设采样站(点)的原则和要求浓度高、中、低风向下风向多，上风向少功能区人口或工业密集区多周围开阔设置条件一致高度根据监测目的2007年我国颁布《环境空气质量监测规范（试行）》对环境空气质量监测网的设计及监测点位设计进行了规范环境空气质量监测点位可分为：污染监控点----100~500m空气质量评价点-----500m～4km空气质量对照点------几十公里空气质量背景点-----100km（一）布设采样站(点)的原则和要求（二）采样站(点)数目的确定表3.3我国空气环境污染例行监测采样点设置数目市区人口/万人SO2、NOx、TSP灰尘自然沉降量硫酸盐化速率503≥3≥650～10044～86～12100～20058～1112～18200～400612～2018～30400720～3030～40表3.4WHO推荐的城市空气自动监测站(点)数目市区人口/万人可吸入颗粒物SO2NOx氧化剂CO风向、风速≤100221111100～400552222400～80088434280010105453（三）采样站(点)布设方法1.功能区布点法（常规监测）先将监测区域划分为工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区、交通稠密区、清洁区等，再根据具体污染情况和人力、物力条件，在各功能区分别设置相应数量的采样点。通常在污染集中的工业区、人口密度的居民区、交通稠密区应多设采样点。同时应在对照区或清洁区设置1-2个对照点。（三）采样站(点)布设方法1.几何图形布点法——网格布点法将监测区域地面划分成若干均匀网状方格，采样点设在两条直线的交点处或方格中心。每个方格为正方形，可从地图上均匀描绘，方格实地面积视所测区域大小、污染源强度、人口分布、监测目的和监测力量而定，一般是1-9km2布一点。若主导风向明确，下风向设点应多一些，一般约占采样点总数的60%。（三）采样站(点)布设方法1.几何图形布点法——同心圆布点法(1)找出污染源中心，以此为圆心画同心圆(2)从圆心列出若干条放射线，射线与圆的交叉点为采样点位置(射线至少五条)。(3)同心圆的半径分别为4，10，20，40km，每个圆上再分别设4，8，8，4个采样点(可视上风下风而灵活设定)（三）采样站(点)布设方法1.几何图形布点法——扇形布点法以点源为顶点，主导风向为轴线，在下风向地面上画出一个扇形区域作为布点范围。扇形角度一般为45º~90º。采样点设在距点源不同距离的若干弧线上，相邻两点与顶点连线的夹角一般取10º~20º。五、采样频率和采样时间二者要根据监测目的、污染物分布特征、分析方法灵敏度等因素确定。表3.6国家环保局颁布的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个月表3.7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Pb季平均每季至少有分布均匀的15个日均值，每月至少有分布均匀的5个日均值F月平均每月至少采样15d以上植物生长季平均每一个生长季至少有70%个月平均值日平均每日至少有12h的采样时间1小时平均每小时至少有45min的采样时间六、采样方法、监测方法和质量保证根据污染物的存在状态、浓度、理化性质及监测方法选择采样方法和仪器。尽可能选择国家标准方法——《空气和废气监测分析方法》（第四版）第三节空气样品的采集方法和采样仪器一、直接采样法（一）注射器采样（二）塑料袋采样（三）采气管采样（四）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（一）溶液吸收法图3.7气体吸收管（瓶）示意图常用的吸收液：水、水溶液、有机溶剂等。对吸收液的要求：一是对气态污染物质溶解度大，与之发生化学反应的速度快；二是污染物质在吸收液中有足够的稳定时间；三是要便于后续分析测定工作；四是价格便宜，易于得到。根据吸收原理不同，常用吸收管的种类：①气泡式吸收管②冲击式吸收管③多孔筛板吸收管(瓶)（