第三章 空气和废气监测一、 本章内容提要：本章主要介绍了大气和大气污染方面的基本概念和知识，介绍了大气污染监测方案制定方面的基本概念和知识，介绍了大气的采样方法和采样仪器；要求同学们掌握大气样品的采集方法和采样仪器基本操作，重点掌握大气五个必测项目的原理和方法，掌握废气中烟尘的测定原理和方法，通过实验达到重点项目的测定目的。二、 教学目的与要求：1 了解大气和大气污染方面的基本概念和知识；2 要求同学们掌握大气样品的采集方法和采样仪器；3 重点掌握大气五个必测项目的原理和方法，掌握废气中烟尘的测定原理和方法，通过实验达到重点项目的测定目的。三、 重点与难点：1 掌握SO2、NO2、TSP或PM10、硫酸盐化速率、降尘等大气必测项目的测定原理和方法；2 掌握废气中烟尘、SO2、NO2、黑度的测定原理和方法；3 掌握汽车尾气中CO、NO2、CxHy、烟尘黑度的测定原理和方法。四、本章学时数 14五、教学内容：第一节 空气污染基本知识一、大气、空气和大气污染大气：地球外面由各种气体和悬浮物组成的复杂流体系统。亦可认为是地球周围所有空气的总和；其厚度为10001400公里；作用：直接参与生命物质循环；动物呼吸氧气，放出CO2；植物吸收CO2，进行光合作用，放出O2。调节生态的功能；带动水的循环，调节气候；传递植物花粉，使生命得以繁衍生息；稀释分解有毒、有害物质，维持基本生存条件。防护作用；O3层对紫外线的防护；大气层对陨石雨的防护；温室效应，维护地球温度。提供生产和生活的原料。生产化肥；提供医用氧气；助燃、传播声音等。大气圈是是在生命活动参与下长期发育而形成的。按照国际气象组织的建议，大气圈的结构范围：地表800公里高空对流层：012公里 各种天气现象形成于此，每向上1000m温度下降6.5，这导致了空气的竖向流动。平流层：1250公里 底部同温，后又随高度而升高温度，从而抑制了大气的垂直运动。中间层：5080公里 温度随高度而下降，有上下对流。热成层：80800公里 温度随高度而急剧上升，空气分子发生电离，又称电离层，能反射无线电波，对人类的无线电通讯具有特别的意义。逸散层：800公里以上 大气稀薄，地心引力微弱。空气：对人类及生物生存起着重大作用的近地面约10公里的对流层；占大气总量的95，有自己固定的组成；N2占78.06%，O2占20.95%，Ar占0.93%。大气污染：在人们的生产、生活中产生的大量废气排入空气，当其浓度超过环境所允许的极限，并持续一段时间后，就会改变大气的正常组成，破坏自然平衡，造成社会危害，这种现象称为大气污染。二、空气污染的危害急性作用：短期内导致人生病甚至死亡，如著名的烟雾事件，这是短期内大量污染物排放的结果。慢性作用：导致各种疾病及癌症发病率的提高，破坏人类遗传的基因，使人类面临灭顶之灾。对各种材料产生腐蚀损害。当前，人类面临的环境问题，许多与大气污染有关：如温室效应、臭氧层空洞、全球酸雨化及其带来的生物多样性锐减、荒漠化和沙漠化等。三、 空气污染源向大气排放污染物的装置和和设备。包括自然污染源和人为污染源。自然污染源：由于自然原因造成的对大气的污染，如火山爆发、地震、海啸和由于自然原因引起的森林火灾等；人为污染源：由于人类的生产和生活活动造成的对大气的污染。包括：（一）工业企业排放的废气 火力发电，矿石冶炼，化学工业，建材行业等是主要的大气污染源。（二）交通运输工具排出的废气 化石燃料的燃烧会带来严重的大气污染。1995年我国汽车保有量1050万辆，单车排放量相当于国外同类产品的510倍，排放CO 2000万吨，NOx 120万吨，对城市污染的贡献率分别为80%、40%。2006年我国的机动车保有量达2亿多辆，对环境的污染是非常严重的。（三）室内空气污染源1室内空气污染的分类（1）化学性污染；如甲醛、氨、硫化氢、挥发性有机物等。（2）物理性污染；噪声、电磁辐射、可吸入颗粒物等。（3）生物性污染；细菌、病毒等。（4）放射性污染；微波炉、电磁炉、电视、电脑等。2室内空气的质量表征（1）有毒、有害污染因子指标；（2）舒适性指标；温度、湿度、光照、新风量等。四、空气中的污染物及其存在状态按其来源进行分类：一次污染物：直接从排放源排出的有害物质；二次污染物：与大气中的物质作用后产生的新污染物，主要是各种气溶胶；按其存在形态进行分类：（一）分子状态污染物 以分子状态存在于空气中，如：CO SO2 NO2 HCl HCN Cl2 O3 苯蒸气等。（二）粒子状态污染物 分散在大气中的微小液体和固体微粒，粒径0.01-100m；总称为总悬浮颗粒物（Total Suspended Particulate matter）；其中粒径大于10m的由于重力作用可自然沉降到地面称为降尘。小于10m的为飘尘，亦称可吸入颗粒物（Inhalable Particulate matter简写：IP或PM10）；以气溶胶形式存在，具体表现为烟、雾、尘。烟是固体凝聚型气溶胶；雾是由悬浮在空气中的微小液滴构成的气溶胶；尘是分散在大气中的固体颗粒物。五、空气中污染物的时空分布特点污染物随时空变化大：受排放源位置、排放量、地形、地貌、气象条件等因素的影响；一次污染物，清晨和黄昏浓度较高，中午较低；二次污染物中午高。大气监测时，需要测定瞬时最大浓度、日平均、月平均、季平均、年平均等各项指标。六、空气中污染物的浓度表示方法（一）单位体积质量浓度 单位体积空气中所含污染物的质量数 mg/m3 g/m3 可用于表示分子和气溶胶 态的污染物。（二）体积比浓度 污染物体积与气样总体积的比值 ，常用100万体积空气中含污染气体或蒸气的体积数；常用ml/m3（ppm）或l/m3（ppb） 气体体积换算 气态方程：V1P1/T1=P2V2/T2=P0V0/T0第二节 空气污染监测方案的制定根据监测目的进行调查研究；收集必要的基础资料；进行综合分析，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、 监测目的：了解大气质量，为空气质量状况评价提供依据；预报大气环境发展趋势、为研究污染物迁移、转化情况提供基础资料。为污染源的管理提供依据；为修订空气质量标准提供依据和基础资料。二、调研及有关资料收集：（一） 污染源分布及排放情况包括污染源类型、数量、位置、排放的主要污染物、排放量；了解所用原料、燃料及消耗量。（二）气象资料： 包括风向、风速、气温、气压、降水量、日照时间、相对湿度、温度垂直梯度和逆温层底部高度等资料。（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必测项目 硫酸盐化速率、降尘、SO2、NO2、TSP；2自动监测项目 SO2、NO2、TSP或PM10、CO；四、监测站（点）的布设（一）布设采样站（点）的原则和要求1采样点设在高、中、低三个不同污染物浓度的地方；2下风向增加采样点，上风向减少采样点；3人口密度大，污染超标地区适当增加采样点，否则可减少；4采样点周围应开阔，无高大树木、建筑物等；5采样点设置条件尽可能一致；6采样高度根据监测目的而定；（二）采样站（点）数目的确定 根据城市的规模（主要是人口）而定，具体参看153页表33。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、NO2、或NOX、TSP灰尘自然降尘量硫酸盐化速率40034567348811122020306612121818303040（三）采样站（点）布设方法 1功能区布点法；适合规划合理，功能区划分比较明显的城市，这是最好的布点方法，可以全面了解环境污染状况。2网格布点法；适合污染源分布较均匀、重点污染源不明显的地区。3同心圆布点法；适合大污染源分布较集中的地区。4扇形布点法；适合有孤立的高架点源，且主导风向明显的地区。5因地制宜，综合布点法；结合城市特点，具体问题，具体分析，最好进行测试调查。五、采样频率和采样时间 按156页表36采样频率和采样时间，表37污染物监测数据统计的有效性规定执行；六、采样方法、监测方法和质量保证第三节 空气样品的采集方法和采样仪器一、 直接采样法 适用于污染物浓度高或分析方法灵敏的情况，包括的内容：注射器采样法；塑料袋采样法；采气管采样法；真空瓶采样法；二、富集（浓缩）采样法 大多数情况利用此法，主要包括：（一）溶液吸收法 抽去一定量的空气，通过选择的吸收液，被测组分由于溶解或化学反应被阻留下来形成溶液，然后对溶液进行测定。适用于气态、蒸汽态、气溶胶态污染物质；吸收原理上分为物理溶解和化学反应；吸收效率取决于吸收速度和接触面积；必须选择合适的吸收液和吸收管。吸收液的选择原则：与被采集的污染物质发生化学反应快或对其溶解度大。污染物质被吸收液吸收后，要有足够的稳定时间，以满足分析测定所需时间的要求。污染物质被吸收后，应有利于下一步分析测定，最好能直接用于测定。吸收液毒性小、价格低、易于购买，且尽可能回收利用。吸收管的选择：增大被采气体与吸收液接触面积气泡吸收管 （适用气态或蒸汽态物质）；冲击式吸收管（适用气溶胶态或易溶解样品）；多孔筛板吸收管（适用于气态、气溶胶态样品）。（二）填冲柱阻留法 阻留柱：长610厘米，内径35毫米，内装颗粒状填充剂的玻璃或塑料管。让气体以一定流速通过填充柱，则欲测组分因吸附溶解或化学反应等作用阻留在填充剂上，采样后通过解吸或溶剂洗脱，使被测组分从填充剂上释放出来进行测定。包括：吸附型填充柱 填充剂是颗粒状固体吸附剂，如活性炭、硅胶、分子筛、高分子多孔微球等；分配型填充柱 填充剂是表面涂高沸点有机溶剂的惰性多孔颗粒物；反应型填充柱 填充剂是由惰性多孔颗粒物（如石英沙、玻璃微球等）或纤维状物（如滤纸、玻璃棉等）表面涂渍能与被测组分发生化学反应的试剂制成。（三）滤料阻留法 用抽气装置抽取一定量的空气，则空气中的颗粒物被阻留在过滤材料上，称量颗粒物的重量，再根据采样体积计算。（四）低温冷凝法 当空气流经采样管时，被测组分因冷凝而凝结在采样管底部。应在采样管的进气端装置选择性过滤器，以除去水分和CO2等。（五）静电沉降法 通过电场使气体分子电离，附着在气溶胶上，使颗粒带电，沉降到收集极上。（六）扩散（或渗透）法 用在个体采样器中，佩带在人身上，跟踪人的活动，用作人体接触有害物质量的监测。（七）自然集积法 1降尘试样采集2硫酸盐化速率试样的采集。（八）综合采样法三、采样仪器（一）组成部分：采样动力、流量计、收集器；1收集器：吸收管、填冲柱、冷凝采样管、滤料采样夹；2流