2020年04环境生物技术 第二章 第三节 空气和废气的监测参照模板
1 第二章 环境监测技术 第三节 空气和废气监测 本节主要内容 一 空气污染基本知识 二 空气污染监测方案的制订 三 空气样品的采集方法和采样仪器 四 气态和蒸气态污染物质的测定 五 颗粒物的测定 六 降水监测 七 污染源监测 八 标准气体的配制
一 空气污染基本知识 1、大气、空气和空气污染 有害物质： 烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等 2、空气污染的危害 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。 空气污染对人体健康的危害 1. 大气颗粒物 2. 二氧化硫 3. 一氧化碳 4. 氮氧化物 5. 光化学氧化剂 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。 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。 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。 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。 3、空气污染源 （一）工业企业排放的废气 （二）交通运输工具排放的废气 （三）室内空气污染源 4、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）。 5、空气中污染物的时空分布特点 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2
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。 6、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：
mVcMc4.22
二 空气污染监测方案的制订 1、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。 2、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 3、监测项目 4、监测站(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 （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、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。 ▪ 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。 6、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。 3
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） 三 空气样品的采集方法和采样仪器 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 2、富集(浓缩)采样法 （一）溶液吸收法 （二）填充柱阻留法 吸附型填充柱，分配型填充柱，反应型填充柱。 （三）滤料阻留法 （四）低温冷凝法 （五）静电沉降法 （六）扩散(或渗透)法 （七）自然积集法 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 3、采样仪器 （一）组成部分 收集器，流量计，采样动力。 （二）专用采样器 1） 空气采样器 2） 颗粒物采样器 （1）总悬浮颗粒物采样器 （2）可吸入颗粒物采样器 （3）个体剂量器 4、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 %1003211ccccK
（二）采集颗粒物效率的评价方法 5、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。 4
四 气态和蒸气态污染物质的测定 1、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。全世界人为排放的SO2为1.5亿吨/年 测定方法：分光光度法、恒电流库仑滴定法。 2、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。 3、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） （二）汞置换法 4、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。 5、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正常组分，能强烈吸收紫外线，保护人和生物免受太阳紫外线的辐射。但是，如O3超过一定浓度，对人体和某些植物生长会产生一定危害。 测定方法：硼酸碘化钾分光光度法、靛蓝二磺酸钠分光光度法。 6、氟化物的测定 空气中的气态氟化物主要是氟化氢，也可能有少量氟化硅(SiF4)和氟化碳(CF4)。含氟粉尘主要是冰晶石(Na3A1F6)、萤石(CaF2)、氟化铝(A1F3)、氟化钠(NaF)及磷灰石[3Ca3(PO4)2·CaF2]等。 氟化物属高毒类物质，由呼吸道进入人体，会引起黏膜刺激、中毒等症状，并能影响各组织和器官的正常生理功能。对于植物的生长也会产生危害。 测定方法：滤膜采样-离子选择电极法、石灰滤纸采样-氟离子选择电极法。 7、硫酸盐化速率的测定 5
污染源排放到空气中的SO2、H2S、H2SO4蒸气等含硫污染物，经过一系列氧化演变和反应，最终形成危害更大的硫酸雾和硫酸盐雾，这种演变过程的速度称为硫酸盐化速率。 测定方法：二氧化铅-重量法、碱片-重量法、碱片-离子色谱法。 8、汞的测定 汞属极度危害毒物，具有易蒸发特性，被人体吸入后可引起中毒，危害神经系统。空气中的汞来源于汞矿开采和冶炼、某些仪表制造、有机合成、染料等工业生产过程排放和逸散的废气和粉尘。 测定方法：金膜富集-冷原子吸收法、巯基棉富集-冷原子荧光法。 金膜富集-冷原子吸收法 巯基棉富集-冷原子荧光法 9、总烃及非甲烷烃的测定 污染环境空气的烃类一般指具有挥发性的碳氢化合物(C1～C8)，常用两种方法表示：一种是包括甲烷在内的碳氢化合物，称为总烃(THC)，另一种是除甲烷以外的碳氢化合物，称为非甲烷烃(NMHC)。 空气中的碳氢化合物主要来自石油炼制、焦化、化工等生产过程中逸散和排放的废气及汽车尾气，局部地区也来自天然气、油田气的逸散。 测定方法：气相色谱法、光电离检测法。 气相色谱法 光电离检测法 10、挥发性有机物(VOCs)和甲醛的测定 VOCs是指室温下饱和蒸气压超过133.32Pa的有机物，如苯、卤代烃、氧烃等。VOCs和甲醛是人们关注的室内空气污染的主要有机物，具有毒性和刺激性，有的还有致癌作用。 挥发性有机化合物(VOCs)的测定 冷冻吸附采样，热解析进样，毛细管色谱法。 甲醛的测定 酚试剂分光光度法，4-氨基-3-联氨-5-巯基三氮杂茂(AHMT)分光光度法，气相色谱法。 11、其他污染物质的测定 苯系物的测定 苯系物包括苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯等，可经富集采样，解吸，用气相色谱法测定。 挥发酚的测定 常用气相色谱法或4-氨基安替比林分光光度法测定空气中的挥发酚(苯酚、甲酚、二甲酚等)。 甲基对硫磷和敌百虫的测定 甲基对硫磷(甲基1605)是国内广泛应用的杀虫剂，属高毒物质。常用的测定方法有气相色谱法和盐酸萘乙二胺分光光度法。 12、空气污染指数计算 空气污染指数(API)是一种向社会公众公布的反映和评价空气质量状况的指标。它将常规监测的几种主要空气污染物浓度经过处理简化为单一的数值形式，分级表示空气质量和污染程度，具有简明、直观和使用方便的优点。 根据我国城市空气污染的特点，以SO2、NOx和TSP作为计算API的暂定项目，并确定API为50、100、200时，分别对应于我国空气质量标准中日均值的一、二、三级标准的污染浓度限值，500则对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。 空气污染指数的计算
环境化学 第三章空气与废气监测
粒子状态污染物
粒子状态污染物：即颗粒物，是分散在大
气中的微小固体和液体颗粒，粒径多在0.01100μm之间,是一个复杂的非均匀体系。
对动植物的危害
• 美国蒙塔那洲一铜冶炼厂排出大量SO2、 As2O3，污染周围牧草，草中含砷400PPm, 使在24Km内的羊群大量死亡。
• 臭氧使美国每年森林农作物经济损失超过30 亿美元
• 哥伦比亚的炼铜厂SO2污染，使该厂南部52 英里内30％的树木，南部33英里内60％的树 木死亡或者严重受损。
对材料的损坏
• SO2能腐蚀暴露于空气中的金属制品，使 皮革、纸张、纺织品变脆；
• H2S能使白色铅涂料变成黑色； • 光化学烟雾能使橡胶轮胎龟裂、电镀层加
速腐蚀； • 高浓度的NOx能使尼龙织品分解。
对大气的影响
改变大气的性质和气候的形式
• CO2吸收地面的辐射，颗粒物对阳光的散射 作用能改变地面温度，使温度上升或者下降 （温室效应）
1. 功能区布点法
多用于区域性的常规监测
(1) 先将监测区域划分成工业区、商业区、居 住区、工业和居住混合区、交通密集区、清洁 区等不同功能区
(2) 再根据具体污染情况，按功能区的地形、气 象、人口密度、建筑密度等，在每个功能区 设若干采样点
2. 网格布点法
•适用于有多个污染源，且污染源分布较均匀的地区 •将监测区域划分成若干均匀网状方格，采样点设在两 条直线的交点处或方格中心
家庭炉灶与取暖设备排气 室内空气污染源
环境监测第3章(2)——空气和废气监测
4、低温冷凝法
① 原理：当大气中某些沸点比较低的气态污染物质，通过低 温填充柱时，因冷凝而凝结在采样管底部，从而达到富集的目 的。 ② 特点：效果好，采样量大，利于组分稳定，但空气中的水 蒸气、二氧化碳、氧会干扰测定。
低温冷凝采样器
5、自然积集法
① 原理：利用物质的自然重力、空气动力和浓差扩散作用 采集大气中的被测物质。
2.采集颗粒物效率的评价方法 用另一个已知采样效率高的方法同时采样，或串联在后面进 行比较得知。
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
3.二氧化硫采样及样品保存
① 短时间采样：根据空气中SO2浓度的高低，采用内装10mL吸 收液的U形多孔玻板吸收管，以0.5L／min的流量采样。
吸收液温度的最佳范围在23～29℃。 ② 24h连续采样：用内装50mL吸收液的多孔玻板吸收瓶，以0.2 ～ 0.3L ／ min 的 流 量 连 续 采 样 24h 。 吸 收 液 温 度 须 保 持 在 23 ～ 29℃范围。 ③ 放置在室(亭)内的24h连续采样器：进气口应连接符合要求的 空气质量集中采样管路系统，以减少二氧化硫气样进入吸收器 前的损失。
九、总烃及非甲烷烃
污染环境空气的烃类一般指具有挥发性的碳氢化合物 (C1～C8)，常用两种方法表示：一种是包括甲烷在内的碳氢化 合物，称为总烃(THC)，另一种是除甲烷以外的碳氢化合物， 称为非甲烷烃(NMHC)。
空气中的碳氢化合物主要来自石油炼制、焦化、化工等生 产过程中逸散和排放的废气及汽车尾气，局部地区也来自天然 气、油田气的逸散。
空气和废气监测 PPT
4、采样点周围应开阔，障碍物顶点至采样点位连线与 地面夹角不大于30℃。测点周围无局地污染源，并避开 树木及吸附能力较强的建筑物。 5、各采样点的设置条件应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。如研究大气污染对人 体的危害，采样口高度为1.5-2m；如研究大气污染对植 物或器物的影响，采样口高度应与植物或器物高度相近。 连续采样例行监测采样口高度应距地面3－15m。
3.为政府部门执行有关环境保护法规，开展 环境质量管理、环境科学研究及修订大气环 境质量标准提供基础资料和依据
空气污染源分布及排放情况 2. 气象资料 3. 地形资料 4. 土地利用和功能分区情况 5. 人口分布及人群健康情况
空气和废气监测
三、监测项目
空气污染常规监测项目
采样时，打开瓶塞上的活门，利用瓶内的负压使气样入瓶， 关闭活门。
空气和废气监测
空气和废气监测
二、富集(浓缩)采样法
适用于大气污染物浓度较低（ppm-ppb数 量级），富集采样时间一般较长，测量结果
代表采样时间平均浓度。
1. 溶液吸收法 2. 填充柱阻留法 3. 滤料阻留法 4. 低温冷凝法
5. 静电沉降法 6. 扩散（或渗透法） 7. 自然积集法 8. 综合采样法
空气和废气监测
吸收管
① 溶液吸收法
气体吸收管（瓶）示意图
空气和废气监测
气泡吸收管
空气和废气监测
（二）采样站(点)数目的确定
我国空气环境污染例行监测采样点设置数目
空气和废气监测
WHO推荐的城市空气自动监测站(点)数目
空气和废气监测
（三）采样点布设方法
采样前先调查相关资料，设计监测方案。
空气和废气监测PPT课件
程
二次污染物：是指由一次污染物在大气中 互相作用，
分
经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、
类
化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次
污染物还强。
主要有SO3、H2SO4、MSO4、MNO3 、 NO2、醛类、 酮类、过氧已酰硝酸酯。
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第3章 大气和废气监测
第一节 概述
二次污染物
(1)硫酸烟雾 硫酸烟雾系大气 中的 SO2等硫化物 ，在有水雾 、 含有重金属 的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列 化学或光化学反应而生成 的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。 硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要比 SO2气体强烈得多。
9第3Βιβλιοθήκη 大气和废气监测第一节 概述
2.粒子状态污染物（颗粒物）：
粒子状态污染物是分散在空气中的微小液体和固体颗粒， 粒径多在0.01~100µm之间，是一个复杂的非均匀体系。 通常根据颗粒物在重力作用下的沉降特性将其分为降尘 和可吸入颗粒物PM10。
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第3章 大气和废气监测
第一节 概述
2.粒子状态污 染物
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第三章 大气和废气监测
第一节 概述 一、大气及其组成
1.大气与空气
按照国际标准化组织（ISO）对大气和空气的 定义： 大气（atmosphere）：是指环绕地球的全部空 气的总和。 环境空气（ambient air）：对人类及生物生存 起重要作用的近地面约10km内的气体层。 大气污染学中，“大气”与“空气”意义相同。
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第三章 大气和废气监测
2.大气的组成
第一节 概述
大气
干燥清洁空气
水蒸气 （ 0.01％ ～ 4％ ）
杂质 （自然过程、人类活动）
第三部分空气和废气监测技术
3.1.2紫外一可见分光光度法(UV)基本原理
▪ 紫外可见分光光度法是选定一定波长的光照 射被测物质溶液，测量其吸光度，再依据吸 光度计算出被测组分的含量。计算的理论根 据是“吸收定律”, 朗伯—比尔定律
3.1.2紫外一可见分光光度法(UV)基本原理
▪ 操作方法
• 高吸光度法:
▪ 利用略低于待测溶液的已知浓度溶液作参比液 ▪ 适用于测量高浓度样品
• 低吸光度法
▪ 先用标准溶液调节分光仪的透射率为100％，再用一个比待测试 样液浓度稍高的参比液凋节分光仪的透射率为0％。此法适于痕 量物质的测定
• 极限精密法
▪ 注意:
• 经常检查工作曲线 • 注意单位变化 • 注意测定条件
3.1.2紫外一可见分光光度法(UV)基本原理
② 标样推算法
3.1.2紫外一可见分光光度法(UV)基本原理
③ 差示光度法
▪ 差示光度法是用一个已知浓度的标准溶液作参比，与未知 浓度的待测溶液比较，测量其吸光度，即：
▪ A=Ax-As
1. 光源 ▪ 条件:
• 必须能够产生具有足够强度的光束，以便于检出和测量 • 光的强度应稳定，在测量时间内应恒定不 • 所提供的光的波长范围应能满足分析的需要；对紫外吸
收光谱分析法应能提供波长为200一400nm的光；对可 见吸收光谱分析法应能提供波长为400一760nm的光
3.1.3 紫外及可见分光光度计
3.1.3 紫外及可见分光光度计
3.1.3 紫外及可见分光光度计
环境监测-第三章 空气和废气监测
扇形布点法
适用于孤立的高架点源，且主导风向明显的地区 (1)以点源位置为顶点 (2)以烟云方向为轴线 (3)布点范围呈扇形面积 (4)扇形夹角45－60°(小于90°) (5)采样点放在扇形内距点源不同距离的弧线上(近密
远疏) (6)每条弧线上设3－4个点，相邻夹角10－20°
（1）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 扩散特点
1.1961年日本四日市哮喘事件：1955年以来， 工业废气，粉尘，SO2年排放量13万吨，大 气中SO2浓度超标5－6倍，500m厚的烟雾中 漂浮着多种有毒气体和重金属粉尘。重金属 微粒与SO2形成硫酸烟雾。1961年，哮喘病 发作，患者中慢性气管炎占25%，支气管哮 喘占30％，哮喘支气管炎占10％，肺气肿及 其它呼吸道疾病占5％，1967年，一些患者 自杀，1971年，全市确认病人817人，死亡 10人。
(2) 在污染源比较集中，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)工业集中地区多取点，农村可少些；人口密度大 的地区多取点，少的地区可少些
(4)采样的周围应开阔。 (5) 各采样点的设置条件要尽可能一致或标准化。 (6) 采样高度根据监测目的而定。
气溶胶：颗粒直径小于10µm，固、液粒（滴）于 大气中的分散系，有胶体的某些性质。
分散性气溶胶：固液在破碎、振荡、气流通过时， 因其小微粒悬浮于大气中形成。（粒度大，粒度分散 范围大）
凝聚性气溶胶：加热时蒸汽分子遇冷凝聚成液固体 微粒分散于大气中。（粒度小、分散均匀） 烟雾指烟和雾共同构成的固、液混合态气溶胶 尘是分散在大气中的固体微粒。
类别
空气 污染 物监 测