3空气和废气监测

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定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建议学时数：18学时第一节空气污染基本知识1）了解大气、空气和大气污染的基本概念及大气污染对人和生物的危害，2）掌握大气污染物的存在状态，大气污染物的时空分布特点和对大气监测的意义。3）掌握大气中污染物浓度的表示方法与气体体积换算。一、大气、空气和空气污染大气：包围在地球周围的气体，其厚度达1000-1400km。它包括均质层分为:对流层、平流层和中间层；非均质层中又分:暖层（电离层）和散逸层（外层）。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troposphere),占大气总质量的95%左右。大气组成比例图洁净大气的组成恒定组分---系指大气中含有的N、0、Ar及微量的Ne、He、Kr、Xe等稀有气体.可变组分---主要是指大气中的C02和水蒸气等.洁净的大气对生命来说是至关重要：一个成年人每天呼吸大约两万次，吸入的空气量大约为10-15m3,约为每天吃人食物重量的10倍。生命的新陈代谢一时一刻也离不开空气，人5周不吃饭,5天不饮水，尚能生存，而5分钟不呼吸就会死亡。空气污染(atmospherepollution)空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，这种情况称为空气污染。二、空气污染的危害1、对人的危害①急性危害（Acuteeffects)指高浓度污染物短时间内造成的危害，常使作物产量显著降低，甚至枯死。②慢性危害(Chroniceffects)指低浓度污染物长期作用长时间内造成的危害，会影响植物的正常发育，有时危害症状明显，有时不明显。③不可见危害（Carcinogeniceffects）只造成植物生理上的障碍，使植物生长在一定程度上受抑制，但从外观上一般看不出症状。左图：正常人的肺右图：肺气肿病人的肺空气污染造成肺气肿肺气肿的主要由空气污染和吸烟造成。由于遗传因素造成的肺气肿只发病人数的占2%污染的大气对动植物的生长和生存造成危害，严重时还会造成死亡：在受污染的大气中，常含有CO、SO2、N0x、H2S、NH3、Cl2、HCl和碳氢化合物（如,CH4、C1OH16等）、过氧乙酰硝酸脂(PAN)以及多种的无机或有机物气体等。悬浮于大气中的污染物,不仅对太阳-地球间热量收支平衡有影响,造成局部或全球气候和气象的不正常,而且能直接对动植物的生长和生存造成危害,污染严重时还会造成死亡。对动植物的危害1.70年代初，美国空气污染造成经济损失250亿美元/年。2.臭氧使美国每年森林农作物经济损失超过30亿美元。3.哥伦比亚的炼铜厂S02污染，使该厂南部52英里内30％的树木，南部33英里内60％的树木死亡或者严重受损。对材料的损坏SO2,H2O,H2S使PbSO4→PbS白→黑，油画变黄，腐蚀材料，腐蚀建筑材料，使橡胶制品脆裂，损坏艺术品，使有色材料退色。颗粒物沉积在高压浅色绝缘器件上，高湿度时可变为导体造成短路。比如电视机爆炸。对大气的影响能改变大气的性质和气候的形式：1.CO2吸收地面的辐射，颗粒物对阳光的散射作用能改变地面温度，使温度上升或者下降（温室效应）。2.细的颗粒物可降低能见度，使降水增加，雾增加。3.改变大气的电学性质。4.酸雨，已使世界上一些地区生态受到明显的伤害。造成酸雨的原因：SO2,NO2，我国南方酸雨比较严重。三、空气污染源空气污染源可分为自然源和人为源两种。自然源：火山爆发、森林火灾等人为污染源：生产、生活活动（一）工业企业排放的废气工业企业排放量最大的是以煤和石油为燃料，在燃烧过程中排放的粉尘、SO2、NOX、CO、CO2等，其次是生产过程中排放的多种有机物和无机污染物质。（二）交通运输工具排放的废气汽车数量大，排放的污染多，集中在大城市美国大气污染80%来自汽车的尾气。造成光化学烟雾污染等。（三）室内空气污染源1、室内空气污染的分类①化学性污染：甲醛、O3、CO2、SO2、NH3、总挥发性有机物、重金属等。使白血病、肺结核、鼻咽喉的发病率升高。②物理性污染：电磁辐射、PM10等。③生物性污染：霉菌、病毒等。④放射性污染：氡气等。三致：致癌、致畸、致突变。《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2001）《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）2、室内空气的质量表征①有毒、有害污染因子指标：在标准中规定了最高允许量。②舒适性指标：包括室内温度、湿度、大气压、新风量等，属于主观性指标，与季节（夏季和冬季室内温度控制不一样）、人群生活习惯等有关。四、空气中的污染物及其存在形态已发现有危害而被人注意的就有一百多种，其中大部分是有机物，环境科学中用下列两种方法进行分类。一次污染物1.按形成过程分类二次污染物分子状态污染物2.按存在状态分类粒子状态污染物一次污染物直接从各种污染源排放到大气中的有害物质，常见的有：SO2,CO,NOX(NO,NO2)，C-H,铅(Pb)及其他重金属,颗粒物（其中包括毒重金属，3,4-苯并芘(BaP)－强致癌物，无机和有机化合物）等。二次污染物进入大气的一次污染物在大气中相互作用，或与大气中正常组分发生化学反应，以及在太阳辐射参与下，引起光化学反应而产生与一次污染物的物理、化学性质不同的物质。如：美国洛杉矶的光化学烟雾事件：一次污染物为：臭氧(ozone)，醛类（乙醛，丙烯醛等）二次污染为：反应中产生的过氧乙酰硝酸酯，(光化学氧化剂photochemicaloxidants，PAN）从化学组分和物理形态综合考虑，可以把大气污染分为8类污染物一次污染物二次污染物1，含硫化合物SO2,H2SSO3,H2SO4,MSO42，含氮化合物NO,NH3NO2,HNO3,MNO33，卤素化合物HF,HCl无4，碳的化合物CO,CO2无5，碳氢化合物(HC)C1-C5化合物醛，酮，酸6，光化学氧化剂O3,PAN,H2O27，微粒物质多环芳烃，重金属毒物H2SO4,MSO4,MNO38，放射性物质（一）分子状污染物沸点低，气体分子形式存在，并以分子状态进入大气，或者常温下液体，但挥发性强，受热时易以蒸汽进入大气中。如：SO2,CO,NOx,HCN,苯,苯酚，汞,NH3,H2S,Pb,Cd,氟化物等。特点：扩散情况与自身比重有关，并受气象条件影响。(二）粒子状污染物是分散在大气中的液体和固体颗粒。粒径大小在0.01-100µm之间，复杂的非均匀体系。直径10µm为降尘，直径10µm为飘尘或可吸入颗粒，又名气溶胶(雾fog，烟smoke，尘dust)。空气污染常规测定项目—总悬浮颗粒物（TSP）是直径小于100µm颗粒物的总称。五、空气污染物的时空分布特点空气污染物随时间、空间变化大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。六、空气中污染物浓度表示方法(一）污染物浓度表示方法（1）单位体积质量浓度（mg/m3或μg/m3）对任何状态的污染物都适用。（2）体积比浓度（ml/m3或l/m3；ppm或ppb），仅适于气态或蒸汽态物质。把现场状态下的体积换算成标准状态下的体积:V0—标准状况下的采样体积，L或立方米；Vt—现场状况下的采样体积，L或立方米；t—采样时的温度，℃；P—采样时的大气压，KPa。两种单位换算关系：Cv=22.4×Cm/M325.1012732730PtVVt（二）气体体积换算两种单位换算关系：C0—以mL/m3表示的气体浓度（标准状况下）；Vt—以mL/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。mVCMC4.22（二）气体体积换算第二节空气污染监测方案的制定本节内容：1）大气污染监测的目的、有关资料的收集方法和范围、具体监测项目的确定原则和项目内容2）监测网点的优化布点原则、要求和方法要点、采样时间和频率的确定原则与要求。制定大气污染监测方案的程序首先要根据监测目的进行调查研究，收集必要的基础资料.然后经过综合分析，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、监测的目的1.通过对大气环境中主要污染物质进行定期或连续地监测，判断大气质量是否符合国家制定地大气质量标准，并为编写大气环境质量状况评价报告提供数据2.为研究大气质量地变化规律和发展趋势，开展大气污染的预测预报工作提供依据3.为政府部门执行有关环境保护法规，开展环境质量管理、环境科学研究及修订大气环境质量标准提供基础资料和依据二、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、监测项目见表3-2（P152）四、监测站(点)的布设（一）布设采样点的原则和要求1.覆盖全部监测区：采样点应设在整个监测区域的高中低，三种不同污染物浓度的地方。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.工业集中地区多取点，农村可少些；人口密度大的地区多取点，少的地区可少些。4.采样的周围应开阔，无局地污染源。5.超标地区多取点，未超标地区少些。6.采样高度根据监测目的而定。布设采样点的原则和要求污染物浓度污染源工业分布人口密度超标情况监测类型优化布点基本原则（二）采样站（点）数目的确定应根据监测范围大小、污染物的空间分布特征、人口分布及密度、气象、地形及经济条件等因素综合考虑。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灰尘自然降尘量硫酸化速率5050-100100-200200-40040034567≥34-88-1112-2020-30≥66-1212-1818-3030-40（三）、采样站（点）布设方法1、功能区布点法（多用于区域性的常规监测）(1)先将监测区域划分成工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区、交通不同功能区(2)再按功能区的地形、气象、人口密度、建筑密度等，在每个功能区设若干采样点2、网格布点法3、同心圆布点法和扇形布点法（1）采用同心圆和扇形布点法时，应考虑高架点源排放污染物的扩散特点。（2）在实际工作中，常采用一种布点法为主，兼用其他方法的综合布点法。五、采样频率和采样时间（一）采样时间每次采样从开始到结束所经历的时间。可分为：短期采样长期采样间歇性采样(二)采样频率指一定时间范围内的采样次数1.依浓度分布的时间特性依气象条件变化的特征，高中低浓度都包括2.依对监测数据要求的精确程度例如：日平均浓度，每隔2－4h采样一次监测项目采样时间和频率二氧化硫隔日采样，每天24±0.5小时，每年12个月氮氧化物同二氧化硫总悬浮颗粒物隔双日采样，每天连续24±0.5小时，每月5－6天，每年12个月灰尘自然降尘量每月采样30±2天，每年12个月硫速盐化速率每月采样30±2天，每年12个月采样频率和采样时间六、采样方法、监测方法和质量保证采集空气样品的方法和仪器要根据空气中污染物的存在状态、浓度、物理化学性质及所用监测方法选择。监测方法：分光光度法、气相色谱、荧光光度法、液相色谱法、原子吸收法、气相色谱-质谱（GC-MS）、液相色谱-质谱（LC-MS)。质量保证参阅第九章。第三节空气样品的采集方法和采样仪器本节内容1）掌握大气样品的采集方法和采样仪器，方法包括直接采样法、富集浓缩采样法（其中富集浓缩采样法是重点和难点）。2）大气采样的仪器，其中大气颗粒物的采样仪器是重点和难点；了解采样的效率和采样记录。采样方法一、直接采样法①被测组分浓度高②分析方法灵敏度高二、富集（浓缩）采样法①被测组分浓度低②分析方法灵敏度不够高一、直接采样法（一）注射器采样