环境监测3_2

第3章大气和废气监测对人类有影响的：距地面10km地球半径大气厚度3.1大气、空气和空气污染氮78.06%氧20.95%氩0.93%其他0.1%大气污染源自然源火山爆发森林火灾等人工源工业企业排放的废气家庭炉灶及采暖设备排放的废气汽车排放的废气工业企业向大气排放的污染物部门企业类型排放的污染物电力火力发电厂烟尘、SO2、NOx、CO、苯并芘冶金钢铁厂烟尘、SO2、CO、氧化铁尘、氧化锰尘、锰尘有色金属冶炼厂烟尘（Cu、Cd、Pb、Zn等重金属）、SO2焦化厂烟尘、SO2、NOx、CO、H2S、酚、苯、萘、烃类工业企业向大气排放的污染物部门企业排除主要污染物化工石化厂SO2、H2S、NOx、氰化物、氯化物、烃类氮肥厂烟尘、NOx、CO、NH3、硫酸气溶胶磷肥厂烟尘、氟化氢、硫酸气溶胶等氯碱厂氯气、氯化氢、汞蒸气等化纤厂烟尘、H2S、NH3、CS2、甲醇、丙酮硫酸厂SO2、NOx、砷化物橡胶厂烯烃类、丙烯晴、二氯乙烷、二氯乙醚、一硫醇、氯化钾工业企业向大气排放的污染物部门企业类型排除主要污染物机械机械加工厂烟尘等灯泡厂烟尘、汞蒸气等仪表厂汞蒸气、氰化物等建材水泥厂水泥尘、烟尘等汽车排气的化学组分项目空挡加速定速减速CXHY（己烷计，ppm）300-1000300-800250-5503000-12000乙炔（ppm）7101701781096醛（ppm）152734199NOX（NO2计，pm）10-501000-40001000-30005-50汽车排气的化学组分项目空挡加速定速减速CO（%）4.91.81.73.4CO2（%）10.212.112.46.0O2（%）1.81.51.78.1大气污染物的种类按形成过程分类一次污染物二次污染物按存在状态分类分子状污染物粒子状污染物SO2,CO,NOX(NO,NO2)，颗粒物（含重金属），苯并芘臭氧，醛类，过氧乙酰硝酸酯(光化学氧化剂)，硫酸雾，硝酸雾分子状污染物含硫化合物：SO2、H2S；SO3、硫酸、硫酸盐含氮化合物：NO、NO2、NH3；硝酸、硝酸盐碳氢化合物：C1-C5化合物；醛、酮、PAN碳氧化合物：CO、CO2卤素化合物：HF、HCl粒子状污染物分散在大气中的液体和固体颗粒粒径：0.01～100μm降尘：直径10μm飘尘：直径10μm→水泥粉尘金属粉尘飞尘气溶胶可吸入颗粒物雾、烟、尘大气污染的危害对人的危害对动植物的危害对材料的损坏对大气的影响急性危害慢性危害放射性慢性危害CO2的温室效应能见度↓、雾↑改变大气的电学性质酸雨呼吸食物饮水体表气体监测中常用术语总悬浮颗粒物（TSP）：φ≤100μm可吸入颗粒物（PM10）：φ≤10μm氮氧化物（以NO2计）：NO、NO2总挥发性有机化合物（TVOC）铅（Pb）：总悬浮物中的铅及其化合物苯并[α]芘（B[α]P）：PM10中的B[α]P氟化物（以F计）：气态或颗粒态的无机氟化物气体监测中常用术语年平均：一年的日均浓度的算术均值季平均：一季的日均浓度的算术均值月平均：一月的日均浓度的算术均值日平均：一日的平均浓度1h平均：1h的平均浓度植物生长季平均：环境空气：室外空气标准状态：温度为273K，压力101.325kPa一个植物生长季月均浓度的算术均值空气中污染物浓度的表示单位体积质量浓度Cm：mg/m3；μg/m3体积比浓度Cv：ml/m3；μl/m3浓度换算：V0=VT×173273+t×P101.325Cv=22.4M×Cm3.2大气污染监测方案的制定3.2.1大气污染监测的目的大气环境质量评价大气污染的预测预报执行环境保护法规开展环境质量管理环境科学研究修订大气环境质量标准提供数据3.2.2调研及资料收集污染源的分布及排放情况气象资料地形资料土地利用和功能区分布情况人口分布及人群健康情况以往空气监测资料平原地区的污染物迁移风向下风污染海陆之间的污染物迁移海陆风向白天水面温度↓污染居民区海陆之间的污染物迁移风向夜晚水面温度↑污染居民区山谷地区的污染物迁移白天表面温度↑谷风污染物扩散山谷地区的污染物迁移夜晚表面温度↓山风污染物聚集城市摩天大楼犹如高山峡谷城市的“热岛效应”污染物迁移农村农村农村农村温度高污染物聚集城市风城市风城市风城市风3.2.3大气污染监测的分类对污染源的监测：排出口监测；对大气的监测：以大气为对象；室内空气污染监测：以室内空气为对象；职业暴露监测：在工作地点采样。3.2.4大气污染监测的项目连续采样实验室分析项目必测项目选测项目二氧化硫氮氧化物总悬浮颗粒物硫酸盐化速率灰尘自然降尘量一氧化碳飘尘光氧化剂氟化物铅、汞苯并（a）芘总烃及非甲烷烃大气环境自动监测测系统项目必测项目选测项目二氧化硫氮氧化物总悬浮颗粒物或飘尘一氧化碳臭氧总碳氢化合物3.3.4空气污染常规监测项目类别必测项目地方增加的必测项目选测项目空气污染物监测TSPSO2NOx硫酸盐化速率灰尘自然降尘量CO、总氧化剂、总烃、PM10、F、B[α]P、Pb、H2S、光化学氧化剂CS2、CL2、HCL、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3.3.4空气污染常规监测项目类别必测项目地方增加的必测项目空气降雨监测pH电导率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-、NO3-、CL-3.2.5监测网点的布设污染物浓度：高多取，低少取污染源：下风向多取，上风向少取工业集中地区多取，农村少取人口密度：大多取，低少取超标地区多取点，未超标地区少取WHO和WMO推荐城市大气自动监测站（点）数目人口(万人)飘尘SO2NOx氧化剂CO风向风速≤100221111100～400552222400～80088434280010105453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、NOx、TSP灰尘自然飘尘量硫酸盐化速率＜5033650～10044～86～12100～20058～1112～18200～400612～2018～30＞400720～3030～403.2.6布点方法功能区布点法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网格布点法同心圆布点法扇形布点法网格布点法污染源较分散同心圆布点法多个污染源组成的污染群扇形布点法孤立高架点源3.3大气样品的采集和采样仪器直接采样法注射器塑料袋采气管真空瓶富集（浓缩）采样法溶液吸收法填充柱阻留法滤料阻留法低温冷凝法静电沉降法扩散或渗透法自然积集法直接采样法真空管闭管压力计真空泵100～500ml采气管真空采气瓶500～１０００ｍｌ3.3SO2的测定3.3.1来源天然源：火山爆发，海水的浪花人工源：含S燃料的燃烧矿石冶炼化工生产过程的产物全世界人为排放的SO2为1.5亿吨/年3.3.2SO2性质及毒性无色，易溶于水，有刺激性气味的气体会引起呼吸系统疾病附着于颗粒物上，损害呼吸道粘膜阈值=0.3ppm达30-40ppm时，人会感到呼吸困难3.3.3测定方法分光光度法过氧化氢-高氯酸钡、钍试剂法碘量法紫外荧光法红外线吸收法火焰光度检测法电导法库仑滴定法四氯汞钾溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法原理用氯化钾（KCl）和氯化汞（HgCl2）配制成四氯汞钾溶液，气样中的SO2用该溶液吸收，生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，该络合物再与甲醛和盐酸副玫瑰苯胺作用，生成紫色络合物，用分光光度计在548nm处测定。用Na2SO3制作标准曲线。HgCL2+2KCL═K2[HgCL4][HgCL4]2-+SO2+H2O═[HgCL2SO3]2-+2H++2CL-[HgCL2SO3]2-+HCHO+2H+═HgCL2+HOCH2SO3HHOCH2SO3H+盐酸副玫瑰苯胺紫色络合物反应式羟甲基磺酸HCl·H2NCNH2·HClNH2·HClCl盐酸副玫瑰苯胺HCl·H2NCNH2·HClN+HCH2SO3HCl紫色络合物甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法SO2被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物。在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出的SO2与盐酸副玫瑰苯胺作用，生成紫红色化合物，用分光光度计在577nm处进行测定。避免四氯汞钾的毒性OHHCOH+SO2+H2OH-C-HSO3H钍试剂分光光度法原理大气中的SO2用过氧化氢溶液吸收并氧化为硫酸。SO42-与过量的高氯酸钡反应，生成硫酸钡(BaSO4)沉淀，剩余钡离子与钍试剂作用生成钍试剂-钡络合物(紫红色，λmax=520nm)。根据颜色深浅，间接进行定量测定。反应方程式紫红色络合物+钍试剂钍试剂-钡（多余的）3.4氮氧化物（NOx）的测定氮的氧化物NONO2N2ON2O3N2O4N2O5石化燃料高温燃烧硝酸化肥生产废气汽车排气棕红色，强刺激性臭味，能引起支气管炎等疾病毒性比NO大5倍NONO2[O]产生光化学烟雾（1）盐酸萘乙二胺分光光度法用冰乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液采样，大气中的NO2被吸收，生成的亚硝酸（和硝酸），再与吸收液中的对氨基苯磺酸起重氮化反应，最后与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色的偶氮化合物，其颜色深浅与气样中NO2浓度成正比，用分光光度法测定。用亚硝酸钠制作标准曲线。λmax=540～545nm反应方程式2NO2+H2O═HNO2+HNO3HO3SNH2+HNO2+CH3COOHHO3SN≡NCH3COO-+H2ONHCH2CH2NH2NH2·HClHO3SN=NNHCH2CH2NH2玫瑰红色的偶氮化合物盐酸萘乙二胺结果计算吸收液吸收空气中的NO2后并不是100%生成亚硝酸盐，还有一部分生成了硝酸盐所以计算时存在着一个转换系数K。K=0.72-0.76WHO推荐K=0.74计算时需除以K（2）酸性高锰酸钾溶液氧化法空气中NO2，被串联的第一支吸收瓶中吸收液吸收生成玫瑰红色偶氮染料。空气中的NO不与吸收液反应，通过氧化管被氧化为NO2后，被串联的第二支吸收瓶中吸收液吸收生成玫瑰红色的偶氮染料，分别于波长540～545nm之间处测定其OD值。酸性高锰酸钾溶液空气中氮氧化物采样流程空气入口显色吸收液瓶酸性高锰酸钾溶液氧化瓶显色吸收液瓶流量计干燥瓶止水夹抽气泵NONO2[O]（三）三氧化铬-石英砂空气中的氮氧化物经过三氧化铬-石英砂氧化管后,以NO2的形式与吸收液中的对氨基苯磺酸进行重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色的偶氮化合物，用分光光度法测定。λmax=540～545nm环境空气质量标准污染物的浓度限值(GB3095－1996)污染物名称取值时间浓度限值一级标准二级标准三级标准二氧化硫SO2年平均日平均1小时平均0.020.050.150.060.150.500.100.250.70总悬浮颗粒物TSP年平均日平均0.080.120.200.300.300.50可吸入颗粒物PM10年平均日平均0.040.050.100.150.150.25氮氧化物NOx年平均日平均1小时平均0.050.100.150.050.100.150.100.150.30空气污染指数APIAPI50100200500含义一级二级三级明显危害人体健康自然保护区居住区工业区污染分指数Ii计算项目SO2NOxTSPIimax=API4空气污染生物监测大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定大气的环境质量水平。4.1利用植物监测植物更易遭受大气污染的伤害:庞大的叶面积与空气接触;缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响;固定生长无法避开污染物的伤害。4.1.1指示植物及其受害症状大气污染的指示植物。植物遭受破坏受害症状:叶绿素被破坏细胞组织脱水叶面失去光泽出现不同颜色的斑点叶片脱落全株枯死二氧化硫指示植物堇菜苔藓白蜡树云杉棉花白杨地衣光化学氧化物(O3)指示植物矮牵牛花葡萄菠菜黄瓜马铃薯洋葱雪松葡萄金钱草杏树慈竹郁金香氟化物指示植物乙烯的指示植物万寿菊皂荚树黄瓜兰花番茄氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄烟草4.2.2监测方法植物监测器示意图栽培指示植物监测法植物群落监测法植物对污染物的抗性等级敏感抗性