環(huán)境監(jiān)測課件：第3章 空氣和廢氣監(jiān)測1

1、 第三章 空氣和廢氣監(jiān)測第一節(jié) 空氣污染基本知識第二節(jié) 空氣污染監(jiān)測方案的制訂第三節(jié) 空氣樣品的采集方法和采樣儀器第四節(jié) 氣態(tài)和蒸氣態(tài)污染物質(zhì)的測定第五節(jié) 顆粒物的測定 第六節(jié) 降水監(jiān)測第七節(jié) 污染源監(jiān)測 第八節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制第一節(jié) 空氣污染基本知識一、大氣、空氣和空氣污染對人類有影響的：距地面10km地球半徑大氣厚度氮78.06%氧20.95%氬0.93% 其他氣體0.1%有害物質(zhì)：煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锏?全球性問題【法新社華盛頓2014年1月20日電】來自中國的空氣污染物飄過太平洋來到美國西海岸，而今天公布的一項研究結(jié)果稱，美國的消費(fèi)主義對此負(fù)有部分責(zé)任。研究發(fā)

2、現(xiàn)，中國排放的22%的一氧化碳和17%的黑碳與生產(chǎn)出口商品有關(guān)。該研究還剖析了二氧化硫和氮氧化物?！熬瓦@其中每一種污染物而言，約21%的出口相關(guān)的中國排放量都?xì)w因于中國對美出口，”發(fā)表在美國國家科學(xué)院學(xué)報月刊上的研究報告稱。二、空氣污染的危害 空氣污染對人體的危害途徑：呼吸道吸入；隨食物和飲水?dāng)z入；體表接觸侵入。1. 大氣顆粒物4. 氮氧化物5. 光化學(xué)氧化劑3. 一氧化碳2. 二氧化硫空氣污染對人體健康的危害臭氧對鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，運(yùn)動時則吸入更嚴(yán)重。 所有大氣污染物中散布最廣的一種，嚴(yán)重阻礙血液輸氧，引起缺氧中毒。 NO2對呼吸器官有刺激性，可引起肺水腫、慢性支氣管炎等疾

3、病，若與SO2共存，則危害更重。損害肝臟。且SO2通常與多種污染物共存，吸入之后產(chǎn)生的復(fù)合作用危害更大。 顆粒物的大小決定其沉積于呼吸道中的位置；化學(xué)組成決定沉積位置上對組織的影響。急性危害： 在某種特定條件下(谷地，盆地，無風(fēng)或微風(fēng))出現(xiàn)遞溫層，并且有排出大量污染物的污染源，以使排放污染物擴(kuò)散不出去，或是發(fā)生某種污染物的泄露事故，以使大氣污染物濃度驟然增加，造成大氣污染急性危害。 2.慢性危害定義：低濃度污染物長期作用于人體，會產(chǎn)生慢性遠(yuǎn)期效應(yīng)，這種效應(yīng)對人體的危害叫慢性危害，不易引起人們注意，很難鑒別。 案例1.1952年倫敦?zé)熿F事件，四天內(nèi)死亡4000人案例2.1930年，比利時馬斯河谷

4、煙霧事件，死亡60人慢性1961年日本四日市哮喘事件：1955年以來，工業(yè)廢氣，粉塵，SO2年排放量13萬噸，大氣中SO2濃度超標(biāo)56倍，500m厚的煙霧中漂浮著多種有毒氣體和重金屬粉塵。重金屬微粒與SO2形成硫酸煙霧。1961年，哮喘病發(fā)作，患者中慢性氣管炎占25%，支氣管哮喘占30，哮喘支氣管炎占10，肺氣腫及其它呼吸道疾病占5，1967年，一些患者自殺，1971年，全市確認(rèn)病人817人，死亡10人。 對動植物的危害1.70年代初，美國空氣污染造成經(jīng)濟(jì)損失250億美元/年2.臭氧使美國每年森林農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)損失超過30億美元3.哥倫比亞的煉銅廠S02污染，使該廠南部52英里內(nèi)30的樹木，南部3

5、3英里內(nèi)60的樹木死亡或者嚴(yán)重受損。對材料的損壞是城市地區(qū)經(jīng)濟(jì)損失的一大原因 SO2,H2O,H2S使PbSO4PbS 白黑，油畫變黃，腐蝕材料，腐蝕建筑材料，使橡膠制品脆裂，損壞藝術(shù)品，使有色材料退色。顆粒物沉積在高壓淺色絕緣器件上，高濕度時可變?yōu)閷?dǎo)體造成短路。比如電視機(jī)爆炸。對大氣的影響大氣中的污染物能改變大氣的性質(zhì)和氣候的形式。1.CO2吸收地面的輻射，顆粒物對陽光的散射作用能改變地面溫度，使溫度上升或者下降2.細(xì)的顆粒物可降低能見度，使降水增加，霧增加3.改變大氣的電學(xué)性質(zhì)4.酸雨，已使世界上一些地區(qū)生態(tài)受到明顯的傷害。造成酸雨的原因：SO2,NO2，我國南方酸雨比較嚴(yán)重三、空氣污染源

6、自然源：沙塵、海鹽、森林大火、生物排放人為源（一）工業(yè)企業(yè)排放的廢氣表3.1 各類工業(yè)企業(yè)向空氣排放的主要污染物部門企業(yè)類別排 出 主 要 污 染 物電力火力發(fā)電廠煙塵、SO2、NOx、CO、苯并芘等冶金鋼鐵廠有色金屬冶煉廠焦化廠煙塵、SO2、CO、氧化鐵塵、氧化錳塵、錳塵等煙塵(Cu、Cd、Pb、Zn等重金屬)、SO2等煙塵、SO2、CO、H2S、酚、苯、萘、烴類等化工石油化工廠氮肥廠磷肥廠氯堿廠化學(xué)纖維廠硫酸廠合成橡膠廠農(nóng)藥廠冰晶石廠SO2、H2S、NOx、氰化物、氯化物、烴類等煙塵、NOx、CO、NH3、硫酸氣溶膠等煙塵、氟化氫、硫酸氣溶膠等氯氣、氯化氫、汞蒸氣等煙塵、H2S、NH3、C

7、S2、甲醇、丙酮等SO2、NOx、砷化物等烯烴類、丙烯腈、二氯乙烷、二氯乙醚、乙硫醇、氯化甲烷等砷化物、汞蒸氣、氯氣、農(nóng)藥等氟化氫等機(jī)械機(jī)械加工廠儀表廠煙塵等汞蒸氣、氰化物等輕工燈泡廠造紙廠煙塵、汞蒸氣等煙塵、硫醇、H2S等建材水泥廠水泥塵、煙塵等熱電行業(yè)（二）交通運(yùn)輸工具排放的廢氣城市道路中心85%的一氧化碳、75%的二氧化氮和50%的碳?xì)浠衔锒紒碜詸C(jī)動車尾氣。2001-2005,廣州，汽車尾氣64.3-79.5%2013/1/13 監(jiān)測對象： 大氣 區(qū)域空氣質(zhì)量 污染源（流動、固定） 室內(nèi) （三）室內(nèi)空氣污染源四、空氣中的污染物及其存在狀態(tài) （一）分子狀態(tài)污染物SO2、NOx、苯并【a】

8、芘、氟，臭氧、鉛、一氧化碳 （二）粒子狀態(tài)污染物 粒徑大于l0m的顆粒物能較快地沉降到地面上，稱為降塵。 粒徑小于10m的顆粒物(PM10)可長期飄浮在空氣中，稱為可吸入顆粒物或飄塵（IP）。組成：有金屬塵埃、硫酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物、有機(jī)體化合物、放射性物質(zhì)等。 粒徑：不足一微米到上百微米， 飄塵（可吸入顆粒物）: 粒徑小于10m的顆粒物；常見煙(0.01一l m)、霧(10 m以下)、灰塵。 降塵：大于10 m100 m的顆粒物。 Fine mode: 2.5m Coarse: 2.5m10m五、空氣中污染物的時空分布特點(diǎn) 與其他環(huán)境要素中的污染物質(zhì)相比較，空氣中的污染物質(zhì)具有隨時間

9、、空間變化大的特點(diǎn)。 空氣污染物的時空分布及其濃度與污染物排放源的分布、排放量及地形、地貌、氣象等條件密切相關(guān)。 二次污染(繼發(fā)性污染物，secondary pollutant) 產(chǎn)生原因： 排入大氣中的一次污染物在物理、化學(xué)因素或生物的作用下發(fā)生變化； 或與大氣中的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成新污染物。六、空氣中污染物濃度表示方法 （一）單位體積質(zhì)量濃度 單位體積質(zhì)量濃度是指單位體積空氣中所含污染物的質(zhì)量數(shù)，常用mg/m3或g/m3表示。 （二）體積比濃度 體積比濃度是指100萬體積空氣中含污染氣體或蒸氣的體積數(shù)，常用mL/m3和L/m3表示。 兩種濃度表示方法之間的換算：正?？諝獬煞职大w積分?jǐn)?shù)計算

10、是：氮占7808，氧占2095，氬占093，二氧化碳占003或：PPM, PPB, PPT 如果在攝氏零度的溫度下，沿著垂直于地表的方向?qū)⒋髿庵械哪撤N全部壓縮到一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時其厚度，叫做柱濃度法，采用多布森單位（Dobson unit，多布森單位，簡稱D.U.）來表示。1DU定義為標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓下0.01mm的厚度 。 例如大氣中臭氧層的總厚度只有3毫米左右，柱濃度約為300 D.U.。臭氧洞被定義為臭氧的柱濃度小于200 D.U. 。柱濃度第二節(jié) 空氣污染監(jiān)測方案的制訂一、監(jiān)測目的通過對環(huán)境空氣中主要污染物質(zhì)進(jìn)行定期或連續(xù)地監(jiān)測，判斷空氣質(zhì)量是否符合環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)的要求，為空

11、氣質(zhì)量狀況評價提供依據(jù)。為研究空氣質(zhì)量的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢、開展空氣污染的預(yù)測預(yù)報以及研究污染物遷移轉(zhuǎn)化情況提供基礎(chǔ)資料。為政府環(huán)保部門執(zhí)行環(huán)境保護(hù)法規(guī)、開展空氣質(zhì)量管理及修訂空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)和基礎(chǔ)資料。二、調(diào)研及資料收集（一）污染源分布及排放情況（二）氣象資料（三）地形資料（四）土地利用和功能分區(qū)情況（五）人口分布及人群健康情況三、監(jiān)測項目類別必測項目按地方情況增加的必測項目選測項目空氣污染物監(jiān)測TSP、SO2、NOx、硫酸鹽化速率、灰塵自然沉降量CO、總氧化劑、總烴、PM10、F2、HF、B(a)P、Pb、H2S、光化學(xué)氧化劑CS2、Cl2、氯化氫、硫酸霧、HCN、NH3、Hg、Be、

12、鉻酸霧、非甲烷烴、芳香烴、苯乙烯、酚、甲醛、甲基對硫磷、異氰酸甲酯等 空氣降水監(jiān)測pH、電導(dǎo)率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42、NO3、Cl表3.2 空氣污染常規(guī)監(jiān)測項目大氣環(huán)境自動檢測系統(tǒng)監(jiān)測項目必測項目選測項目二氧化硫、氮氧化物、總懸浮顆粒物或飄塵、一氧化碳臭氧、PM2.5、臭氧、總碳氧氫化合物四、監(jiān)測站(點(diǎn))的布設(shè)（一）布設(shè)采樣站(點(diǎn))的原則和要求（二）采樣站(點(diǎn))數(shù)目的確定表3.3 我國空氣環(huán)境污染例行監(jiān)測采樣點(diǎn)設(shè)置數(shù)目市區(qū)人口/萬人SO2、NOx、TSP灰塵自然沉降量硫酸鹽化速率400720 3030 40表3.4 WHO推薦的城市空氣自動監(jiān)測站(點(diǎn))數(shù)目市區(qū)人口

13、/萬人可吸入顆粒物SO2NOx氧化劑CO風(fēng)向、風(fēng)速100221111100 400552222400 80088434280010105453PM2.5在線監(jiān)測（三）采樣站(點(diǎn))布設(shè)方法 1. 功能區(qū)布點(diǎn)法 2. 網(wǎng)格布點(diǎn)法 3. 同心圓布點(diǎn)法 4.扇形布點(diǎn)法先將監(jiān)測區(qū)域劃分為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、清潔區(qū)等，再根據(jù)具體情況設(shè)置一定數(shù)量的采樣點(diǎn)。圖3.1 網(wǎng)格布點(diǎn)法將監(jiān)測區(qū)域地面劃分為若干均勻網(wǎng)狀方格，采樣點(diǎn)設(shè)在二條直線的交點(diǎn)或方格中心。網(wǎng)格大小視污染源強(qiáng)度、人口分布及人力物力條件等而定。適用于污染源分布較均勻、無組織排放、面源監(jiān)測。圖3.2 同心圓布點(diǎn)法 主要適用于多個污染源構(gòu)成的污染群，且

14、大污染源較集中的地區(qū)。 同心圓半徑視具體情況而定，如4、10、20、40km，從里向外各圓周上分別設(shè)4、8、8、4個采樣點(diǎn)。圖3.3 扇形布點(diǎn)法主要適用于孤立的高架點(diǎn)源且主導(dǎo)風(fēng)向明顯的地區(qū)。 扇形角度一般為45-900 ，采樣點(diǎn)設(shè)在距點(diǎn)源不同距離的若干弧線上，每條弧線設(shè)34個采樣點(diǎn)。表3.5 50m高煙囪排放污染物最大地面濃度出現(xiàn)位置與氣象條件的關(guān)系大氣穩(wěn)定度最大濃度出現(xiàn)位置(相當(dāng)于煙囪高度的倍數(shù))不穩(wěn)定5 10中性20左右穩(wěn)定40以上a.環(huán)鏈形：水平和垂直方向上擺動劇烈，容易分裂而消散，距離增大，濃度迅速降低。多出現(xiàn)在午后低層大氣不穩(wěn)定，在晴朗的夏天午后為常見。 b.錐形：多出現(xiàn)在陰天、風(fēng)速

15、較大、低層大氣處于中性平衡時，或在早晚大氣溫度層結(jié)轉(zhuǎn)換的過渡時刻,煙羽從煙囪到達(dá)地面的距離比環(huán)鏈形煙羽長。 c.扇形：俯視外形呈扇形多出現(xiàn)在晴朗夜間或早晨，低層風(fēng)小、氣溫自下向上增高、大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)時。扇形煙羽內(nèi)部的污染物濃度很高，當(dāng)遇到山地、丘陵或高大建筑物時，污染物還會下沉，造成地面污染。 d.漫煙形（熏煙形）:多出現(xiàn)在日出后輻射逆溫被破壞時。煙羽上升擴(kuò)散受到逆溫層的阻擋，高濃度的煙羽會迅速擴(kuò)展到地面，造成地面的嚴(yán)重污染。 煙霧事件大都是在這種情況下發(fā)生的。 e.屋脊形（上升形）：多出現(xiàn)在傍晚，當(dāng)煙軸之下至地面間氣層穩(wěn)定而煙軸之上氣層不穩(wěn)定.五、采樣頻率和采樣時間采樣頻率系指在一個時段內(nèi)

16、的采樣次數(shù)。采樣時間指每次采樣從開始到結(jié)束所經(jīng)歷的時間。二者要根據(jù)監(jiān)測目的、污染物分布特征、分析方法靈敏度等因素確定。表3.6 國家環(huán)保局頒布的城鎮(zhèn)空氣質(zhì)量采樣頻率和時間監(jiān)測項目采樣時間和頻率二氧化硫隔日采樣，每天連續(xù)采樣240.5 h，每月1416 d，每年12個月二氧化氮(或氮氧化物)同二氧化硫總懸浮顆粒物隔雙日采樣，每天連續(xù)采樣240.5 h，每月56 d，每年12個月灰塵自然沉降量每月采樣302 d，每年12個月硫酸鹽化速率每月采樣302 d，每年12個月表3.7 污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計有效性的規(guī)定污染物取值時間數(shù)據(jù)有效性規(guī)定SO2、NOx、NO2年平均每年至少有分布均勻的144個日均值，每月至少有分布均勻的12個日均值TSP、PM10、PM2.5、Pb年平均每年至少有分布均勻的60個日均值，每月至少有分布均勻的5個日均值SO2、NOx、NO2、CO日平均每日至少有18 h的采樣時間TSP、PM10、