第四章环境监测大气监测

第四章大气和废气监测第一节概述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、碳氢化合物等二、大气污染物及其危害引起大气污染的有害物质都称为大气污染物。依据其形成过程，将其分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是直接从各种污染源排放到大气中的有害物质。常见的有：二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物颗粒性物质等。二次污染物是一次污染物在大气中相互作用或它们在大气中的正常组分发生反应所产生的新污染物。常见的有：硫酸盐、硝酸盐等，其毒性大于一次污染物。空气中的污染物及其存在状态（一）分子状态污染物（二）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）。可吸入颗粒物具有胶体性质，故也可以称为气溶胶。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。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。（一）工业企业排放的废气四、大气污染源表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）室内空气污染源五、大气污染物的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。大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。1.时间性大气污染物的浓度变化与污染源的排放规律和气象条件如风速、风向、大气湍流、大气稳定度等有关。同一污染源对同一地点在不同时间所造成的地面空气污染浓度往往不同。2.空间性大气污染的空间分布也与污染源种类、分布情况和气象条件等因素有关。质量轻的高度分散在大气中，易被扩散和稀释，随时空变化快；质量大的扩散能力差，影响范围大。由于其在空间分布不均匀，应根据监测目的和空间分布特点选择适当的采样点，使结果更具代表性。六、大气监测项目及监测目的1.大气监测项目大气中的污染物多种多样，应根据优先监测原则，选择那些危害大的，涉及范围广，已建立成熟的测定方法，并有标准可比的项目进行监测。（监测项目见课本）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。七、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第二节大气样品的采集一、收集资料、调查研究（一）污染源分布及排放情况（二）气象资料（三）地形资料、土地利用和功能分区情况（四）人口分布及人群健康情况二、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三、采样点的布设（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（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5.平行布点法表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图3.1网格布点法图3.2同心圆布点法图3.3扇形布点法在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特点，在不计污染物浓度时，点源脚下的污染物浓度为零，随着距离增加，很快出现浓度最大值，然后按指数规律下降。因此，同心圆或弧线不宜等距离划分，而是靠近最大浓度值的地方密一些，以免漏测最大浓度的位置。以上的几种采样方法可以单独使用，也可以综合使用，目的就是要有代表性的反映污染物浓度，为大气环境监测提供可靠的样品。表3.550m高烟囱排放污染物最大地面浓度出现位置与气象条件的关系大气稳定度最大浓度出现位置(相当于烟囱高度的倍数)不稳定5～10中性20左右稳定40以上（三）采样频率和采样时间采样频率系指在一个时段内的采样次数。采样时间指每次采样从开始到结束所经历的时间。（短时间的采样，试样缺乏代表性，仅适用于应急性监测）采样时间和采样频率要根据监测目的、污染物分布特征、分析方法灵敏度等因素确定。最佳采样和测定方式是使用自动采样仪器进行连续自动采样，再配以污染组分连续或间歇自动监测仪器，其监测结果能很好地反映污染物浓度的变化，能取得任意一段时间的代表值（平均值）。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1、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采气管示意图三、采集方法和采样仪器二、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（二）低温冷凝法图3.10低温冷凝采样装置示意图（三）填充柱阻留法吸附型填充柱，分配型填充柱，反应型填充柱。。。。。。。。颗粒状填充剂抽气泵﹡﹡﹡﹡﹡﹡组分空气图3.8填充柱阻留法示意图（四）滤料阻留法图3.9颗粒物采样夹和滤料采样装置示意图（六）.综合采样法图3.11标准集尘器示意图图3.12干法采样集尘器示意图（五）.自然积集法三、采样仪器（一）组成部分收集器，流量计，采样动力。图3.13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.转子图3.14携带式采样器工作原理示意图（二）专用采样器1.空气采样器收集器流量计采样泵定时器图3.15大气采样器实物照片2.颗粒物采样器（1）总悬浮颗粒物采样器图3.16大流量采样器结构示意图（2）可吸入颗粒物采样器（PM10）图3.17TSP采样器实物照片图3.18旋风分尘器原理示意图图3.19向心式分尘器原理示意图图3.20三级向心式分尘器原理示意图（3）个体剂量器图3.21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。六、大气中污染物浓度的表示方法与气体体积换算1.污染物浓度的表示方法：（1）单位体积内污染物的含量（2）污染物体积与气样总体积的比值2.气体体积换算第三节标准气体的配制一、标准气体的制取常见有害气体的制取方法见表4-5二、标准气体的配制方法用原料气体配制低浓度标准气的方法有：静态配气法和动态配气法。1、静态配气法（一）注射器配气法（二）配气瓶配气法（1）.常压配气3mi10VVMVb3m0i010'VVppMVbp图3.54配气瓶配气装置示意图（2）正压配气（三）高压钢瓶配气法图3.55正压配气装置示意图（一）连续稀释法2、动态配气法图3.56钢瓶气源连续稀释配气装置示意图图3.57气体混合器示意图（二）负压喷射法（三）渗透管法图3.58负压喷射法配气原理示意图图3.59SO2渗透管示意图图3.60渗透管法配气装置示意图（四）气体扩散法图3.61甲醛扩散管示意图图3.62甲醛标准气体配气装置示意图（五）电解法第四节大气污染物的监测一、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、恒电流库仑滴定法等。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