武理工环境监测教案03空气和废气监测.docx

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1、Chapter3空气和废气监测教学目的理解大气、空气、空气污染的基本知识；掌握空气污染监测方案的制定、污染源监测方案的制定;掌握空气样品的采集方法和采样仪器的使用方法：掌握气态和蒸汽态物质的测定原理和方法；颗粒物的测定；大空气降水监测；污染源监测；空气污染生物监测方法；标准气的配置；教学重点掌握空气污染监测方案的制定、污染源监测方案的制定;掌握空气样品的采集方法和采样仪器的使用方法；掌握So2、Nox、Co气态物质的测定原理和方法；颗粒物的测定；污染源监测；标准气的配置方法；教学方法课内安排6个学时，习题课与讨论1个学时。必读教材和参考书页码教材：150-178；192-202；204-228

2、；多媒体课件：讲授提纲3.1 空气污染基本知识3.1.1 大气、空气和空气污染大气圈的结构大气是由多种气体组成的混合物，其中除含有多种气体和化合物外，许多杂质。干洁空气：大气中除去水汽和杂质的空气称为干洁空气。氮、氯、氢占大气总体积的99%。水汽：主要来自海洋、江河、湖泊以及其他潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。固体杂质：悬浮于大气中的烟粒、尘埃、盐粒等。3.1.2 空气污染的危害3.1.3 空气污染源3.1.4 空气中的污染物及其存在状态由于人类活动所产生的某些有害颗粒物和废气进入空（大）气层，给空（大）气增添了许多种外来组分，这些物质称为空（大）气污染物。3.1.5 .1根据污染物存在状态分

3、空气中的污染物质的存在状态是由其自身的理化性质及形成过程决定的，气象条件也起一定的作用。一般将它们分为分子状态污染物、粒子状态污染物两类。分子状态污染物指常温常压下以气体或蒸汽形式（苯、苯酚）分散在大气中的污染物质。根据化学形态，可将其分为五类：1）含硫化合物：S02、H2S；S03、硫酸、硫酸盐；2）含氮化合物：NO、N02、NH3；硝酸、硝酸盐；3）碳氢化合物：C1-C5化合物；醛、酮、PAN；4）碳氧化合物：CO、C02；5）卤素化合物：HF、HC1o粒子状态污染物即颗粒物（partic1e）,是分散在大气中的微小固体和液体颗粒，粒径多在0.01-100m之间，是一个复杂的非均匀体系。通

4、常根据颗粒物在重力作用下的沉降特性将其分为降尘和飘尘。1、降尘：粒径大于10m的颗粒，如水泥粉尘、金属粉尘、飞尘等一般颗粒大，比重也大，在重力作用下，易沉降，危害范围较小。2、飘尘：粒径小于10ym的粒子，粒径小，比重也小，可长期漂浮在大气中，具有胶体性质，又称气溶胶（aeroso1）。易随呼吸进入人体，危害健康，因此也称可吸入颗粒物（IP或PM1O）o通常所说的烟（SinOke）、雾（FOg）、灰尘（Dust）均是用来描述飘尘存在形式的。3.1.6 .2根据污染物的形成过程分3.1. 3空气污染源（1）按存在形式分固定污染源流动污染源（2）按空间分布分点源线源面源点源：燃烧化石燃料的发电厂和

5、大城市的供暖锅炉；线源：汽车、火车、飞机等在公路、铁路、跑道或航空线附近构成的大气污染；面源：石油化工区或居民住宅区的众多小炉灶构成的大气污染。（3）按排放时间状况分连续源间断源瞬时源4）按人类活动功能分工业污染源能源污染源交通污染源生活污染源等3.1. 5空气污染物的时空分布特点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。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相差数倍至数十倍；同一时间不同地点也相差甚大。3.1.1.1 时间性一次污染物和二次污染物在大气中的浓度由于受气象条件的影响，它们在一天内的变化也不同。一次污染物因受逆温

6、层、气温、气压等的限制，在清晨和黄昏时浓度较高，中午即降低；而二次污染物如光化学烟雾等由于是靠太阳光能形成的，故在中午时浓度增加，清晨和夜晚时降低。3.1.1.2 空间性空气污染物的空间分布与污染源种类、分布情况和气象条件等因素有关。如：烟尘的排放市区比郊区多，郊区比农村多。因此除了注意选择适当时间外，还应选择合适的采样点，使结果更具代表性。3.1.6空气污染物和和浓度表示方法。3.2空气污染监测方案的制订3.2.1 监测目的空气污染监测工作一般可分为三类（1）污染源的监测（2）环境污染监测（3）特定目的的监测3.2.2 调查及资料收集（1）污染源调查（2）主导风向调查（3）人群调查（4）已有

7、监测资料调查和收集3.2.3 监测项目3.2.4 监测站（点）的布设3.2.5 .1布设采样点的原则和要求 1）采样点应选择不同污染物及其同种污染物高、中、低不同浓度的地方。（2）按工业密集的程度，人口密集的程度，城市和郊区增设采样点或减少采样点。（3）采样点要选择开阔地带，要选则风向的上风口。 4）采样点的高度由监测目的而定，一般为离地面1.5-2,常规监测采样口高度应据地面315m,或设置于屋顶。（5）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。3.2.2 .2采样点的数目3.2.3 .3采样点布点方法（1）功能区布点法多用于区域性常规监测。先将监测区域划分为工业区、

8、商业区、居住区、工业和居住混合区、交通稠密区、清洁区等，再根据具体污染情况和人力、物力条件，在各功能区分别设置相应数量的采样点。主要用于多个污染源构成污染群，且大污染源比较集中的地区。布点方法：(1)找出污染源中心，以此为圆心画同心圆(2)从圆心列出若干条放射线，射线与圆的交叉点为采样点位置(射线至少五条)。(3)同心圆的半径分别为4,10,20,40km,每个圆上再分别设4,8,8,4个采样点(可视上风下风而灵活设定)3.2.5 采样时间和采样频率采样时间：每次采样从开始到结束所经历的时间。采样频率：在一定时间内的采样次数。人工采样监测应做到：在采样点受污染最严重时采样；每日监测次数不少于3

9、次；最高日平均浓度全年至少监测20天，最大一次浓度样品不得少于25个。3.2.6 采样方法、监测方法和质量3.3空气样品的采集方法和采样仪器3.3.1 直接采样法适用于空气中被测组分浓度较高或监测方法灵敏度高的情况，这时不必浓缩，只需用仪器直接采集少量样品进行分析测定即可。此法测得的结果为瞬时浓度或短时间内的平均浓度。常用容器有注射器、塑料袋、采气管、真空瓶等。1)玻璃注射器采样常用IOOn11注射器采集有机蒸汽样品。采样时，先用现场气体抽洗2-3次，然后抽取IOOm1,密封进气口，带回实验室分析。样品存放时间不宜长，一般当天分析完。气相色谱分析法常采用此法取样。取样后，应将注射器进气口朝下，

10、垂直放置，以使注射器内压略大于外压。(2)塑料袋采样应选不吸附、不渗漏，也不与样气中污染组分发生化学反应的塑料袋，如聚四氟乙烯袋、聚乙烯袋、聚氯乙烯袋和聚酯袋等，还有用金属薄膜作衬里(如衬银、衬铝)的塑料袋。采样时，先用二联球打进现场气体冲洗2-3次，再充满样气，夹封进气口，带回实验室尽快分析。（3）采气管采样采气管容积一般为IOO-IOOOm1c采样时，打开两端旋塞，用二联球或抽气泵接在管的一端，迅速抽进比采气管容积大6-10倍的欲采气体，使采气管中原有气体被完全置换出，关上旋塞，采气管体积即为采气体积。（4）真空瓶采样真空瓶是一种具有活塞的耐压玻璃瓶，容积-一般为50OTOoOIn1。采样

11、前，先用抽真空装置把采气瓶内气体抽走，使瓶内真空度达到1.33KPa,之后，便可打开旋塞采样，采完即关闭旋塞，则采样体积即为真空瓶体积。3.3.2 富集（浓缩）采样法富集（浓缩）采样法：是使大量的样气通过吸收液或固体吸收剂得到吸收或阻留，使原来浓度较小的污染物质得到浓缩，以利于分析测定。适用于空气中污染物质浓度较低（ppm-ppb）的情况。采样时间一般较长，测得结果可代表采样时段的平均浓度，更能反映大气污染的真实情况。具体采样方法包括溶液吸收法、固体阻留法、液体冷凝法、自然积集法等。此法适用于空气中被测组分浓度很低，直接采样不能满足分析测定要求的情况。（1）溶液吸收法是采集大空气中气态、蒸汽态

12、及某些气溶胶态污染物质的常用方法。采样时，用抽气装置将欲测空气以一定流量抽入装有吸收液的吸收管（瓶），使被测物质的分子阻留在吸收液中，以达到浓缩的目的。采样结束后，倒出吸收液进行测定，根据测得的结果及采样体积计算大空气中污染物的浓度。吸收效率主要决定于吸收速度和样气与吸收液的接触面积。吸收液的选择原则：1）与被采集的物质发生不可逆化学反应快或对其溶解度大；2 ）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：3 ）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；4 ）吸收液毒性小，价格低，易于购买，并尽可能回收利用。常用吸收管：气泡式吸收管：适用于采集气

13、态和蒸汽态物质，不宜采气溶胶态物质。冲击式吸收管：适宜采集气溶胶态物质和易溶解的气体样品，而不适用于气态和蒸汽态物质的采集。管内有一尖嘴玻璃管作冲击器。多孔筛板吸收管（瓶）：是在内管出气口熔接一块多孔性的砂芯玻板，当气体通过多孔玻板时，一方面被分散成很小的气泡，增大了与吸收液的接触面积；另一方面被弯曲的孔道所阻留，然后被吸收液吸收。所以多孔筛板吸收管既适用于采集气态和蒸汽态物质，也适于气溶胶态物质。（2）填充柱阻留法（固体阻留法）填充柱是用一根6-IOcm长,内径3-5mm的玻璃管或塑料管，内装颗粒状填充剂制成。采样时，让气样以一定流速通过填充柱，则欲测组分因吸附、溶解或化学反应而被阻留在填充

14、剂上，达到浓缩采样的目的。采样后，通过加热解吸，吹气或溶剂洗脱，使被测组分从填充剂上释放出来测定。根据填充剂阻留作用的原理，可分为吸附型、分配型和反应型三种类型。1 ）吸附型填充柱：所用填充剂为颗粒状固体吸附剂，如活性炭、硅胶、分子筛、氧化铝、素烧陶瓷、高分子多孔微球等多孔性物质，对气体和蒸气吸附力强。2 ）分配型填充剂：所用填充剂为表面涂有高沸点有机溶剂（如甘油异十三烷）的惰性多孔颗粒物（如硅藻土、耐火豉等），适于对蒸气和气溶胶态物质（如六六六、DDT、多氯联苯等）的采集。气样通过采样管时，分配系数大的或溶解度大的组分阻留在填充柱表面的固定液上。3 ）反应型填充柱：其填充柱是由惰性多孔颗粒物

15、（如石英砂、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。也可用能与被测组分发生化学反应的纯金属（如金、银、铜等）丝毛或细粒作填充剂。采样后，将反应产物用适宜溶剂洗脱或加热吹气解吸下来进行分析。固体阻留法优点：用固体采样管可以长时间采样，测得大气中日平均或一段时间内的平均浓度值；溶液吸收法则由于液体在采样过程中会蒸发，采样时间不宜过长；只要选择合适的固体填充剂，对气态、蒸气态和气溶胶态物质都有较高的富集效率，而溶液吸收法一般对气溶胶吸收效率要差些;浓缩在固体填充柱上的待测物质比在吸收液中稳定时间要长,有时可放置几天或几周也不发生变化。所以，固体阻留法是大气污染监测中具有广阔发展前景的富集方法。（3）滤料阻留法将过滤材料（滤纸、滤膜等）放在采样夹上，用抽气装置抽气，则空气中的颗粒物被阻留在过滤材料上，称量过滤材料上富集的颗粒物质量，根据采样体积，即可计算出空气中颗粒物的浓度。常用滤料：纤维状滤料：如定量滤纸、玻璃纤维滤膜（纸）、氯乙烯滤膜等；筛孔状滤料：如微孔漉膜、核孔滤膜、银薄膜等。各种滤料由不同的材料制成，性能不同，适用的气体范围也不同。（4）低温冷凝法是借致冷剂的致冷作用使空气中某些低沸点气态物质被冷凝成液态