大气和废气监测课件.ppt
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1、第三章空气和废气监测,本章内容,第一节 空气污染基本知识第二节空气污染监测方案的制定第三节 空气样品的采集方法和采样器第四节 气态和蒸汽态状污染物的测定第五节 颗粒物的测定第六节降水监测,第一节 空气污染基本知识,一、大气、空气和空气污染二、空气污染的危害三、空气污染源四、空气中的污染物及其存在状态五、空气中污染物的时空分布特点六、空气中污染物的浓度表示方法,第一节空气污染基本知识,本节内容:1)了解大气、空气和大气污染的基本概念及大气 污染对人和生物的危害,2)掌握大气污染物的存在状态,大气污染物的时 空分布特点和对大气监测的意义。3)掌握大气中污染物浓度的表示方法与气体体积 换算。,一、大
2、气、空气和空气污染,大气:包围在地球周围的气体,其厚度达1000-1400km。空气:对人类及生物生存起重要作用的是近地面约10km内的气体层(对流层),占大气总质量的95%左右。大气污染(atmosphere pollution):大气中有害物质浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后,会改变大气特别是空气的正常组成,破坏自然的物理、化学和生态平衡体系,从而危害人们的生活、工作和健康,损害自然资源及财产、器物等,这种情况称为大气污染。,大气组成比例图,二、空气污染的危害,对人的危害对动植物的危害对材料的损坏对大气的影响,对人的危害,1.急性危害:高浓度污染物短时间内造成的危害。2.慢性危害
3、 低浓度污染物长期作用于人体,会产生慢性远期效应,这种效应对人体的危害叫慢性危害,不易引起人们注意,很难鉴别,其危害途径是污染物与呼吸道粘膜接触;主要症状是眼、鼻粘膜刺激、慢性支气管炎、哮喘、肺癌及因生理机能障碍而加重高血压心脏病的病情。,大气污染对人的危害急性,1.1952年伦敦烟雾事件,空气中二氧化硫和总悬浮颗粒物的高浓度,造成四天内死亡4000人2.20世纪40年代初期美国洛杉矶市,洛杉矶光化学烟雾事件。全市250多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升,向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山,处于50公里长的盆地中,汽车排出的废气碳氢化合物和氮氧化物在日光作用下,发生一
4、些列光化学反应,形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯和醛类等强氧化剂烟雾造成的,致使许多人喉头发炎、鼻、眼受刺激红肿,并伴有不同程度的头痛。,大气污染对人的危害慢性,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56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。,1.70年代初,美国空气污染造成经济损失250亿美元/年2.
5、臭氧使美国每年森林农作物经济损失超过30亿美元3.哥伦比亚的炼铜厂S02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。,对动植物的危害,对材料的损坏,是城市地区经济损失的一大原因 SO2,H2O,H2S使PbSO4PbS 白黑,油画变黄,腐蚀材料,腐蚀建筑材料,使橡胶制品脆裂,损坏艺术品,使有色材料退色。颗粒物沉积在高压浅色绝缘器件上,高湿度时可变为导体造成短路。比如电视机爆炸。,大气中的污染物能改变大气的性质和气候的形式。1.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greenhouse effect)2.细的颗
6、粒物可降低能见度,使降水增加,雾增加3.改变大气的电学性质4.酸雨,已使世界上一些地区生态受到明显的伤害。造成酸雨的原因:SO2,NO2,我国南方酸雨比较严重,对大气的影响,思考题,伦敦烟雾的主要大气污染物是_ 和_。而导致洛杉矶烟雾的大气污染物主要是、和。,三、空气污染源,火山爆发:粉尘、二氧化硫自然源 森林火灾:二氧化碳、碳氢化合物、热辐射 工业企业排放的废气人工源 交通运输工具排放的废气 室内空气污染源,工业企业排放的废气,工业企业排放量最大的是以煤和石油为燃料,在燃烧过程中排放的粉尘、SO2、NOX、CO、CO2等,其次是生产过程中排放的多种有机物和无机污染物质。表3-1(P148),
7、交通运输工具排放的废气,主要是交通车辆、轮船、飞机排出的废气。其中,汽车数量大,排放的污染多,集中在大城市。排放的主要污染物有碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物和黑烟等。美国大气污染80%来自汽车的尾气。造成光化学烟雾污染等。,室内空气污染源,化学建材和装饰材料中的油漆、胶合板、内墙涂料、刨花板中含有的挥发性有机物,如甲醛、苯、甲苯、氯仿等有毒物质;大理石、地砖、瓷砖中的放射性物质的排放(氡气及其子体);烹饪、吸烟等室内燃烧所产生的油、烟污染物质;人群密集且通风不良的封闭室内二氧化碳过高;空气中的霉菌、真菌、病毒等。,室内空气污染的影响因子及相关标准,化学性影响因子 甲醛、总挥发性有机物、O3、N
8、H3、CO、CO2、SO2、NO2等物理性影响因子 温度、相对湿度、空气流速、新风量、PM10、电磁辐射等生物性影响因子 真菌、细菌、病毒等放射性影响因子 氡气及其子体,室内空气质量的表征,(1)有毒、有害污染因子指标 室内空气质量标准(GB/T 18883-2002)中规定了最高允许量。(2)舒适性指标 包括室内温度、湿度、大气压、通风率、新风量等,属于主观性指标,与季节、人群生活习惯有关。,四、空气中的污染物及其存在形态,已发现有危害而被人注意的就有一百多种,我国“大气污染综合排放标准”规定了33种污染物排放限值。其中大部分是有机物,环境科学中用下列两种方法进行分类:,1.按形成过程分类,
9、一次污染物,二次污染物,2.按存在状态分类,分子状态污染物,粒子状态污染物,一次污染物,直接从各种污染源排放到大气中的有害物质,常见的有:SO2,CO,NOX(NO,NO2),碳氢化合物,颗粒物等。颗粒物中包括有毒重金属、苯并芘(BaP)等多种有机化合物、无机化合物等,一次污染物在空气中相互作用或它们与空气中正常组分之间的反应产生的新的污染物。这类新污染物与一次污染物的化学、物理性质完全不同,多为气溶胶,具有颗粒小、毒性一般比一次污染物大等特点。常见的二次污染物有:硫酸盐,硝酸盐,臭氧,醛类,过氧乙酰硝酸酯(PAN)等。,二次污染物,气溶胶:固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散
10、体系,如雾、尘、烟等。,分子状污染物,沸点低,气体分子形式存在,并以分子状态进入大气,或者常温下液体,但挥发性强,受热时易以蒸汽进入大气中。如:SO2,CO,NO2,HCl,氯气,臭氧,常温常压下为气体;苯,苯酚等挥发性强。这类污染物具有运动速度较大、扩散快、在空气布比较均匀的特点。它们的扩散情况与自身比重有关,比重大的向下沉降,如汞蒸气等;比重小的向上漂浮,并受气象条件的影响,可随气流扩散到很远的地方。,是分散在大气中的液体和固体颗粒。粒径大小在0.01-100m之间,复杂的非均匀体系。根据颗粒物在重力作用下的沉降特性将其分为:直径100m的颗粒物能较快地沉降到地面上,称为降尘直径100m的
11、颗粒物,为总悬浮颗粒物直径10m的颗粒物(PM10)可长期漂浮在空气中,通过呼吸系统进入肺部,在肺泡内积累,并可进入血液输往全身,故对人体健康危害大,称为可吸入颗粒物。2.5 m 直径10m的颗粒物(PM2.5-10)直径2.5m的颗粒物(PM2.5),粒子状污染物,粒子状污染物存在形式烟、雾、尘,烟:某些固体物质在高温下由于蒸发或升华作用变成气体逸散于空气中,遇冷后又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于空气中构成烟。例如,高温熔融的铅、锌,可以迅速挥发并氧化成氧化铅和氧化锌的微小固体颗粒。粒径0.01-1m。雾:雾是由悬浮在空气中微小液滴构成的气溶胶。粒径小于10 m。尘:是分散在空气中的固体微粒,如
12、交通车辆行驶时所带起的扬尘,粉碎固体物料时所产生的粉尘,燃煤烟气中的含碳颗粒物等。,烟雾,烟和雾同时构成的固、液混合态气溶胶,如硫酸烟雾、光化学烟雾等。硫酸烟雾:由燃煤产生的高浓度二氧化硫和煤烟形成的,二氧化硫经氧化剂、紫外光等因素的作用被氧化成三氧化硫,三氧化硫与水蒸气结合形成硫酸烟雾。光化学烟雾:当空气中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物达到一定浓度后,在强烈阳光照射下,经发生一系列光化学反应,形成臭氧、PAN、醛类等物质悬浮于空气中构成光化学烟雾。,思考题,空气中的污染物以哪几种形态存在?气溶胶与人体健康密切相关,其中 因其粒径小,能进入人体支气管肺泡,对人体健康影响较大。什么是可吸入颗粒
13、物?空气动力学当量直径100m的颗粒物,称为,简称;PM10即,是指当量直径 的颗粒物。,五、空气污染物的时空分布特点,空气污染物随时间、空间变化大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。,大气污染物的时间分布,环境空气质量标准中,要求测定污染物的瞬时最大浓度及日平均、月平均、季平均、年平均浓度,是为了反映污染物随时间变化情况。时间分辨率:根据监测目的的不同,要求在规定的时间内反映出污染物浓度的变化规律,此规定时间即为时间分辨率。,气象条件,一次污染物因受逆温层及气温、气压等限制,清晨和黄昏浓度较高,中午较低二次污染物,如光化学烟雾,因在阳光照
14、射下才能形成,故中午浓度较高,清晨和夜晚较低。风速大,污染物稀释扩散速度快,浓度变化也快;风速小,污染物稀释扩散速度慢,浓度变化也慢,污染源的类型、排放规律、污染物性质,我国北方城市空气中二氧化硫浓度的变化规律是:1.在一年中1.2.11.12月属采暖期,二氧化硫比其他月份高2.在一天之内,6:00-8:00和18:00-21:00为供热高峰时间,二氧化硫比其他时间高。质量轻的分子态或气溶胶污染物高浓度分散在空气中,易扩散和稀释,随时空变化快;质量重的尘、汞蒸气等,扩散能力差,影响范围较小。,思考题,与其他环境要素的污染物相比,大气污染物具有随 和 变化大的特点。,六、空气中污染物浓度表示方法
15、,(1)质量浓度(mg/m3或g/m3)对 任何状态的污染物都适用。受空气温度和压力变化的影响。(2)体积分数(mL/m3或L/m3;ppm或ppb),仅适于气态或蒸汽态物质。不受空气温度和压力变化的影响。气体体积换算 我国空气质量标准中采用标准状况(0C,101.325kPa)时的体积。把现场状态下的体积Vt换算成标准状态下的体积Vo:Vo=Vt273P/(273+t)101.325两种单位换算关系:=22.4/M,思考题,标准状态是指温度和压力各为多少?,作业:书p233.2,第二节空气污染监测方案的制定,本节内容:1)大气污染监测的目的、有关资料的收集方法和范围、具体监测项目的确定原则和
16、项目内容,2)监测网点的优化布点原则、要求和方法要点、采样时间和频率的确定原则与要求。,制定大气污染监测方案的程序,首先要根据监测目的进行调查研究收集必要的基础资料然后经过综合分析,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。,1.通过对大气环境中主要污染物质进行定期或连续地监测,判断大气质量是否符合国家制定的大气质量标准,并为编写大气环境质量状况评价报告提供数据2.为研究大气质量地变化规律和发展趋势,开展大气污染的预测预报工作提供依据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
17、基础资料和依据,一、大气污染监测的目的,二、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 监测区域以往的空气监测资料也应尽量收集,供制订监测方案参考,(一)污染源分布及排放情况,通过调查,将监测区域内的污染源类型、数量、位置、排放的主要污染物及排放量弄清楚,同时了解所用原料、燃料及消耗量。将由高烟囱排放的较大污染源与由低烟囱排放的小污染源区别开来。小污染源的排放高度低,对周围地区地面空气中污染物浓度影响比高烟囱排放源大。对于交通运输污染较重和有石油化工企业的地区,应区别一次污染物和由于光化学反应产生的二次污染物。
18、因为二次污染物是在大气中形成的,其高浓度可能在远离污染源的地方,在布设监测点时应加以考虑。,(二)气象资料,污染物在空气中的扩散、迁移和一系列的物理、化学变化在很大程度上取决于当时的气象条件。应收集监测区域的风向、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,地形对当地的风向、风速和大气稳定情况等有影响,是设置监测网点应当考虑的重要因素。例如,工业区建在河谷地区时,出现逆温层的可能性大;位于丘陵地区的城市,市区内空气污染物的浓度梯度会相当大;位于海边的城市会受海风、陆风的影响,位于山区的城市会受山谷风的影响等。,(四)土地利用和功能分区情况
19、,不同功能区:工业区、商业区、混合区、居民区建筑物的密度有无绿化地,(五)人口分布及人群健康情况,掌握监测区域的人口分布、居民和动植物受空气污染危害情况及流行性疾病资料,对制订监测方案、分析判断检测结果有益。,三、监测项目,SO2NO2CO O3PM10,环境空气质量标准规定的污染物监测项目,必测项目国家空气质量监测网的监测点,开展的必测项目,总悬浮颗粒物TSP 氟化物 Pb 苯并芘 有毒有害有机物,选测项目国家空气质量监测网的背景点及区域环境空气质量监测网的对照点,开展的必测项目及选测项目,必测项目,选测项目,四、监测站(点)的布设,(一)布设采样点的原则和要求(二)布设监测点和采样点方法,
20、(一)布设采样点的原则和要求,1.监测点周围50m内不能有污染源2.点式监测仪器采样口周围、监测光束附近,或开放光程检测仪器发射光源到监测光束接收端之间不能有阻碍环境空气流通的高大建筑物、树木或其他障碍物。从采样口或监测光束到附近最高障碍物之间的水平距离,应为该障碍物与采样口或监测光束高度差的两倍以上。3.采样口周围水平面应保证270以上的捕集空间,如果采样口一边靠近建筑物,采样口周围水平面应有180以上的自由空间。4.监测点周围环境状况相对稳定,安全和防火措施有保障。5.监测点附近无强大的电磁干扰,周围有稳定可靠的电力供应,通信线路容易安装和检修。,(一)布设采样点的原则和要求,6.监测点周
21、围应有合适的车辆通道。7.对于手工间歇采样,采样口离地面的高度1.5-15m处;对于自动监测采样,采样口或监测光束离地面的高度应为3-15m;对于道路交通的污染监测点,采样口离地面的高度为2-5m。8.在保证监测点具有空间代表性的前提下,若所选点位周围半径300-500m内建筑物平均高度在20m以上,无法按满足手工间歇采样和自动监测采样的高度要求设置时,其采样高度可在15-25m内选取。9.在建筑物上安装监测仪器时,监测仪器的采样口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面距离应大于1m。,10.当某监测点需设置多个采样口时,为防止其他采样口干扰颗粒物样品的采集,颗粒物采样口与其他采样口之间的直线距离应大
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