空气环境监测

第三章空气和废气监测本章教学目的、要求1.熟悉大气污染基本知识；2.掌握如何制订大气污染监测方案；3.了解大气样品的采集方法和采样仪器；4.掌握SO2、NO2等气态污染物的测定方法和原理；5.掌握TSP、PM10等颗粒物的测定方法和原理；6.了解大气降水、大气污染生物监测；7.掌握污染源监测和标准气体的配制。本章重点、难点重点：大气污染物及其存在状态；大气监测网点的布设；气体体积换算；等速采样；SO2、NO2、TSP、PM10的测定；固定污染源监测；指示植物；标准气体；大气污染连续自动监测系统。难点：大气布点方法；等速采样；SO2、NO2、TSP、PM10的测定；固定污染源监测。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一、大气、空气和空气污染对人类有影响的：距地面10km地球半径大气厚度氮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、碳氢化合物等第一节空气污染基本知识二、空气污染的危害图片来源：国家地理杂志空气污染对人体的危害途径：呼吸道吸入；随食物和饮水摄入；体表接触侵入。（一）工业企业排放的废气三、空气污染源表3.1各类工业企业向空气排放的主要污染物部门企业类别排出主要污染物电力火力发电厂烟尘、SO2、NOx、CO、苯并芘等冶金钢铁厂有色金属冶炼厂焦化厂烟尘、SO2、CO、氧化铁尘、氧化锰尘、锰尘等烟尘(Cu、Cd、Pb、Zn等重金属)、SO2等烟尘、SO2、CO、H2S、酚、苯、萘、烃类等化工石油化工厂氮肥厂磷肥厂氯碱厂化学纤维厂硫酸厂合成橡胶厂农药厂冰晶石厂SO2、H2S、NOx、氰化物、氯化物、烃类等烟尘、NOx、CO、NH3、硫酸气溶胶等烟尘、氟化氢、硫酸气溶胶等氯气、氯化氢、汞蒸气等烟尘、H2S、NH3、CS2、甲醇、丙酮等SO2、NOx、砷化物等烯烃类、丙烯腈、二氯乙烷、二氯乙醚、乙硫醇、氯化甲烷等砷化物、汞蒸气、氯气、农药等氟化氢等机械机械加工厂仪表厂烟尘等汞蒸气、氰化物等轻工灯泡厂造纸厂烟尘、汞蒸气等烟尘、硫醇、H2S等建材水泥厂水泥尘、烟尘等（二）交通运输工具排放的废气（三）室内空气污染源四、空气中的污染物及其存在状态1.根据大气污染物存在的状态分：(1)分子状态污染物(2)粒子状态污染物粒径大于l0μm的颗粒物能较快地沉降到地面上，称为降尘。粒径小于10μm的颗粒物(PM10)可长期飘浮在空气中，称为可吸入颗粒物或飘尘（IP）。①烟；②雾；③尘2.依据大气污染物的形成过程分：(1)一次污染物(2)二次污染物五、空气中污染物的时空分布特点1.时间性某一地点大气污染物的浓度常随时间的变化而发生变化，同一污染源对同一地点所造成的地面浓度随时间的变化会产生很大的差别。2.空间性在大气中的污染物随空气运动而迁移和扩散。各种污染物的迁移和扩散速度又与气象条件、地理环境和污染物的性质有关。因此污染物浓度就存在着空间上的分布不均匀。六、空气中污染物浓度表示方法（一）单位体积质量浓度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（1）连续采样实验室分析项目必测项目：二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物、硫酸盐化速率、灰尘自然降尘量选测项目：一氧化碳、可吸入颗粒物PM10、光化学氧化剂、氟化物、铅、苯并(a)芘、总烃及非甲烷烃（2）大气环境自动监测系统监测项目必测项目：二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物或可吸入颗粒物PM10、一氧化碳选测项目：臭氧、总碳氢化合物四、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.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.工业较密集的城区和工矿区，人口密度及污染物超标地区，要适当增设采样点；城市郊区和农村，人口密度小及污染物浓度低的地区，可酌情少设采样点；4.采样点的周围应开阔，采样口水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30°；5.各采样点的设置条件要尽可能一致或标准化，使获得的监测数据具有可比性；6.采样高度根据监测目的而定。（二）采样站(点)数目的确定表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（三）采样站(点)布设方法1.功能区布点法2.网格布点法3.同心圆布点法4.扇形布点法表WHO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网格布点法同心圆布点法扇形布点法五、采样频率和采样时间采样时间——指每次采样从开始到结束所经历的时间，也称采样时段。不同污染物的采样时间要求不同，我国大气质量分析方法对每一种污染物的采样时间都有明确规定。采样频率——指在一定时间范围内的采样次数。显然采样频率越高，监测数据越接近真实情况。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）真空瓶采样真空采气瓶示意图真空采气瓶抽真空装置示意图采气管示意图二、富集(浓缩)采样法（一）溶液吸收法用抽气装置使待测空气以一定的流量通入装有吸收液的吸收管，待测组分与吸收液发生化学反应或物理作用，使待测污染物溶解于吸收液中。采样结束后，取出吸收液，分析吸收液中被测组分含量。气体吸收管（瓶）示意图1.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。2.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)（二）填充柱阻留法根据填充剂阻留作用原理，填充柱可分为:吸附型填充柱，分配型填充柱，反应型填充柱。。。。。。。。颗粒状填充剂抽气泵﹡﹡﹡﹡﹡﹡组分空气填充柱阻留法示意图（三）滤料阻留法颗粒物采样夹和滤料采样装置示意图（四）低温冷凝法低温冷凝采样装置示意图（五）静电沉降法（六）扩散(或渗透)法（七）自然积集法（八）综合采样法标准集尘器示意图干法采样集尘器示意图1.降尘试样采集2.硫酸盐化速率试样的采集三、采样仪器1.组成部分收集器，流量计，采样动力。几种常用的流量计示意图皂膜流量计孔口流量计1.隔板；2.液柱；3.支架转子流量计1.锥形玻璃管；2.转子2.颗粒物采样器（1）总悬浮颗粒物采样器大流量采样器结构示意图（2）可吸入颗粒物采样器旋风分尘器原理示意图向心式分尘器原理示意图三级向心式分尘器原理示意图（3）个体剂量器撞击式分尘器示意图四、采样效率（一）采集气态和蒸气态污染物质效率的评价方法绝对比较法相对比较法%ccK10001%1003211ccccK（二）采集颗粒物效率的评价方法五、采样记录被测污染物的名称及编号；采样地点和采样时间；采样流量和采样体积；采样时的温度、大气压力和天气情况，采样仪器和所用吸收液；采样者、审核者姓名。第四节气态和蒸气态污染物质的测定一、二氧化硫的测定SO2是一种无色、易溶于水、有刺激性气味的气体，能通过呼吸进入气管，对局部组织产生刺激和腐蚀作用，是诱发支气管炎等疾病的原因之一，特别是当它与烟尘等气溶胶共存时，可加重对呼吸道黏膜的损害。来源于煤和石油等燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸等化工产品生产排放的废气。测定方法：分光光度法、恒电流库仑滴定法。(一)四氯汞盐-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法方法原理甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法方法原理二氧化硫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，释放出二氧化硫与副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫红色化合物，用分光光度计在577nm处进行测定。（二）SO2自动监测仪器1.紫外脉冲荧光SO2监测仪SO2监测仪荧光计工作原理示意图紫外荧光SO2监测仪气路系统示意图2.电导式SO2自动监测仪电导式SO2自动监测仪工作原理示意图二、氮氧化物的测定空气中的氮氧化物以一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮等多种形态存在，其中二氧化氮和一氧化氮是主要存在形态，为通常所指的氮氧化物(NOx)。NO为无色、无臭、微溶于水的气体，在空气中易被氧化成NO2。NO2为棕红色具有强刺激性臭味的气体，毒性比NO高4倍，是引起支气管炎、肺损害等疾病的有害物质。测定方法：盐酸萘乙二胺分光光度法、原电池库仑法。盐酸萘乙二胺分光光度法原电池库仑法测定NOx原理示意图原电池库仑法原电池库仑法NOx监测仪气路示意图氮氧化物自动监测仪器1.化学发光法NOx监测仪：化学发光NOx监测仪工作原理示意图臭氧监测仪器2.紫外光度法臭氧监测仪紫外吸收式O3分析仪工作原理示意图3.化学发光法臭氧监测仪器乙烯法O3监测仪工作原理示意图三、一氧化碳的测定一氧化碳(CO)是空气中主要污染物之一，它主要来自石油、煤炭燃烧不充分的产物和汽车排气。CO是一种无色、无味的有毒气体，燃烧时呈淡蓝色火焰。它容易与人体血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血液输送氧的能力降低，造成缺氧症。测定方法：气相色谱法(GC)、汞置换法。（一）气相色谱法（GC）色谱法测定CO流程示意图（二）汞置换法汞置换法CO测定仪工作流程示意图（三）一氧化碳自动监测仪器1.非色散红外吸收法CO监测仪非色散红外吸收法CO监测仪原理示意图2.相关红外吸收法CO监测仪相关红外吸收法CO监测仪工作原理示意图四、光化学氧化剂的测定总氧化剂是空气中除氧以外的那些显示有氧化性质的物质，一般指能氧化碘化钾析出碘的物质，主要有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、氮氧化物等。光化学氧化剂是指除氮氧化物以外的能氧化碘化钾的物质，二者的关系为：光化学氧化剂＝总氧化剂－0.269×氮氧化物测定空气中光化学氧化剂常用硼酸碘化钾分光光度法。五、臭氧的测定臭氧是最强的氧化剂之一，它是空气中的氧在太阳紫外线的照射下或受雷击形成的。臭氧具有强烈的刺激性，在紫外线的作用下，参与烃类和NOx的光化学反应。同时，臭氧又是高空大气的