《大气污染监测》PPT课件.ppt

第一章 大气和废气监测,第一节 概 述 一 、大气及其组成,（一）、大气圈的结构,（二） 大气的组成,自然状态的大气由空气、水蒸气和尘埃组成。 按其可变性可分为： 恒定组分：包括氮N2（78.09%）、氧O2（20.95%）、稀有气体等。 可变组分：CO2、O3、H2O（0.026%），从总量上来讲，夏天比冬天多，陆地比海洋多，城市比乡村多。 不定组分：即由自然因素和人为因素形成的气态物质和悬浮颗粒。 成分的关系为： 恒定组分 + 可变组分 = 纯净大气 纯净大气 H2O = 干洁大气,大气污染：是由人类活动和自然过程使清洁大气中混入各种污染物，并达到一定程度，致使大气质量发生变化，自然的物理、化学和生态平衡体系遭到破坏，对人类生活、工作、健康造成急性和慢性危害，并对财产和器物造成损害的现象。 大气污染的主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这三个环节所构成。,二、大气污染源,大气污染源的分类,自然污染源和人为污染源 固定污染源、移（流）动污染源 污染源排放方式 A）点源：如发电厂和供暖锅炉； B）线源：如汽车、火车、飞机等构成的大气污染； C）面源：如石油化工区或居民住宅区的众多小炉灶构成的大气污染。 污染源排放时间：连续源、间断源、瞬时源等。,三、大气中的主要污染物,（一）大气污染物分类 造成大气污染的物质称为大气污染物。 按污染源：自然源污染物、人为源污染物。 按性质：化学污染物、物理污染物和生物污染物。 按其变化：一次污染物、二次污染物。,一次污染物与二次污染物,（二）主要污染物,一般有两种存在状态，即粒子状态和分子状态。 粒子状态污染物也称气溶胶状态污染物或颗粒污染物，包括飘尘和降尘； 分子状态污染物也称气体状态污染物，如SO2、氮氧化物、CO、氯化氢、氯气、臭氧等。,第二节 大气污染物样品的采集,一、环境空气中污染物采样 常规大气污染物监测； 污染源监测。,1、布设采样点的原则和要求,（一）环境空气中污染物采样,具体体现： 采样点应设在整个监测区域的高、中、低三种不同污染物浓度的地方； 下风向多设，上风向设少量对照； 人口、工业多密集地区、易较超标地区要适当增设采样点； 城市郊区和农村，人口密度小及污染物浓度低的地区，可酌情少设采样点； 采样点的周围应开阔； 应将采样器或测定仪器设置于常人呼吸带高度，即采样口应在离地面1.52m处；,（二）布点方法,A、功能区布点法 B、网格布点法 C、同心圆布点法 D、扇形布点法,1、功能区布点法,一个城市或一个区域可以按其功能分： 工业区 居民区 交通稠密区 商业繁华区 文化区 清洁区 对照区 各功能区的采样点数目的设置不要求平均，通常在污染集中的工业区、人口密集的居民区、交通稠密区应多设采样点。同时在对照区或清洁区设12个对照点。,2、网格布点法 每个方格为正方形，可从地图上均匀描绘，方格实地面积视所测区域大小、污染源强度、人口分布、监测目的和监测力量而定，一般是19km2布一个点。若主导风向明确，下风向设点应多一些，一般约占采样点总数的60%。这种布点方法适用于有多个污染源，且污染源分布比较均匀的情况。,3、同心圆布点法 布点是以污染源为中心画出同心圆，半径视具体情况而定，再从同心圆画45夹角的射线若干，放射线与同心圆圆周的交点即是采样点。,4、扇形布点法 扇形角度一般为4590。采样点设在距点源不同距离的若干弧线上，相邻两点与顶点连线的夹角一般取1020。,1、采样时间是指每次采样从开始到结束所经历的时间，也称采样时段。 2、采样频率指在一定时间范围内的采样次数。 显然采样频率越高，监测数据越接近真实情况。,采样时间和频率,三、污染物采样方法,不同的采样方法： 直接采样法 富集采样法,（一）直接采样法及其设备,直接采样法：适用于大气中被测组分浓度较高或者所用监测方法十分灵敏，此时直接采取少量气体就可以满足分析测定要求。 如： 用氢焰离子化检测器测定空气中的苯系物； 用紫外荧光法测定空气中的二氧化硫。,1、直接采样法特征,时间短； 采样量少； 方便快速； 测定值真实性不够。,2、直接采样法采样仪器,注射器 塑料袋 球胆 采气管 真空采样瓶,（二）富集（浓缩）采样法,适用大气中污染物的浓度很低的情况。 采样的分析结果反映大气污染物在浓缩采样时间内的平均浓度。 可分为： 溶液吸收法 填充柱阻留法； 滤料采样法； 低温冷凝采样法。,1、溶液吸收法,一般与抽气装置连用。 作用原理： 物理作用：如吸附、溶解； 化学作用：如中和、 氧化还原等。 根据吸收原理，常用吸收管分为： 气泡式吸收管 冲击式吸收管 多孔筛板吸收管 玻璃筛板吸收瓶,冲击式收集管 气泡收集管 多孔筛板吸收管 玻璃筛板吸收瓶,对吸收液的要求：,对气态污染物溶解度大，与之发生化学反应的速度快； 污染物质在吸收液中有足够的稳定时间； 要便于后续分析测定工作； 价格便宜，易于得到。,2、固体阻留法 （1）填充柱阻留法,反应原理过程： 阻留 释放 测定 按作用原理分类： 吸附型（填充剂为活性炭、硅胶等） 分配型（填充剂为涂有高沸点有机溶剂的惰性多孔颗粒物） 反应型（填充剂为能与被测物反应的纯金属细丝或细粒）,（2）滤料阻留法,原理：通过抽气将颗粒物阻留在过滤材料上，根据滤料材料前后的质量差和采样体积，即可计算出相应的浓度。 主要用于大气中的气溶胶、降尘、可吸入颗粒物、烟尘等的测定。,3、低温冷凝浓缩法,原理：通过制冷剂（见表1-5）将待测组分从气态转变为液态凝结于采样管底部，达到分离和富集的目的。 注意事项：消除水蒸气、二氧化碳等物质的干扰。,4、自然积集法,常测定项目：自然降尘、硫酸盐化速率、氟化物。 1）降尘样品的采集 （1）湿法采样 将圆形集尘缸放置在距地面515m处，附近无高大建筑物及局部污染源，采样口距基础面1.5m以上。 注意事项： 夏季加入硫酸铜抑制微生物和藻类生长； 冬季加入乙醇或乙二醇作为防冻剂。,（2）干法采样,每月定期取换集尘缸。 采样和取样运送过程中注意罩好塑料袋。 夏季加入硫酸铜抑制微生物和藻类生长。,a、标准集尘器示意图 b、干法采样集尘缸示意图,2）硫酸盐化速率样品的采集,概念； （1）二氧化铅采样法：将二氧化铅糊化物涂在纱布上，制成采样管，大气中的二氧化硫、硫酸雾等与二氧化铅反应生成硫酸铅。 （2）碱片法：碳酸钾溶液浸渍玻璃纤维滤膜上，与大气中的二氧化硫、硫酸雾反应生成硫酸盐。,四、采样仪器,直接采样法采样时用采气管、塑料袋、真空瓶即可。 富集采样法需使用采样仪器才能够收集到所需的气体样品，基本组成为收集器、流量计、自动定时控制等部件。,携带式采样器的工作原理图,（一）气态污染物采样器,（二）颗粒物采样器 1、总悬浮颗粒物采样器,总悬浮颗粒物采样器按其采气流量大小分为大流量采样器和中流量采样器。,中流量TSP采样器,2、可吸入颗粒物采样器,组成：分样器、大流量采样器、检测器。 分样器有旋风式、向心式、多层薄板式、撞击式等多种。 它们又分为二级式和多级式。二级式用于采集10m以下的颗粒物，多级式可分级采集不同粒径的颗粒物，用于测定颗粒物的粒度分布。,五、采样效率及评价,采样方法或采样仪器的采样效率是指在规定的采样条件下（如流量、污染物浓度、采样时间等），所采集到的污染物量占实际总量的百分数。 对于空气中不同存在状态的污染物，其采样效率的评价方法是不相同的。,（一）气态和蒸气态污染物采样效率的评价方法,采集气态和蒸气态污染物常用溶液吸收和填充柱吸附法。 评价这些采样方法的效率有绝对比较法和相对比较法。,1、绝对比较法,用标准气测定采样效率，采样效率K为： C1实测浓度 C0配制浓度,2、相对比较法,配制一定浓度范围的待测气体，串联23个采样管采集所配制的样品，采样效率K为： K应大于90，若K小于90，应串三个管使用。,（二）颗粒物采集效率的评价方法,（1）采集颗粒数效率：即所采集到的颗粒物粒数占总颗粒数的百分数。 （2）质量采样效率：即所采集到的颗粒物质量占颗粒物总质量的百分数。 在大气监测评价中，评价采集颗粒物方法的采样效率多用质量采样效率表示。,六、采样记录,采样时测定的许多参数都是分析结果的计算必须使用的。 采样过程获取的第一手资料，对于监测结果分析、环境质量评价、事故原因分析具有重要参考价值。 因此，监测过程中必须规范采样记录管理，认真填写采样记录。某环境监测站采样记录与样品交接记录如下表所示。,空气采样及样品交接记录表,一、大气污染物浓度表示及采样体积的计算,（一）污染物浓度表示 1、单位体积内所包含污染物的质量数 常用单位为：mg/m3或g/m3，对任何状态的污染物都适用。 2、污染物体积与气样总体积的比值 常用单位为ppm或ppb。ppm系指在100万体积空气中含有害气体或蒸气体积数，表示百万分之一，1ppm = 10-6；1ppb = 10-9。 这种浓度表示方法仅适用于气态或蒸气态物质。,补充,3、两种单位换算关系,以上两种单位可以互相换算，如下式： Cp = 22.4C/M 式中： Cp 以ppm表示的气体浓度； C 以mg/m3表示的气体浓度； M 污染物质的分子量，g/mol。,（二）气体体积计算,1. 计算现场状态下的采样体积Vt Vt = Q t 式中： Vt 通过一定流量采集一定时间后获得的气体样品 体积（L）； Q 采样流量（L/min）； t 采样时间（min）。,2. 换算成标准状态下的体积Vo,气体体积随温度、压力不同而变化。我国空气质量标准是以标准状态下(0，101.325kPa)时的气体体积为对比依据。为使计算出的污染物浓度具有可比性，应将监测时的气体采样体积换算成标准状态下的气体体积。 Vo = Vt273P /(273+T)101.325 式 中： Vo 标准状态下的体积（L）； P 采样现场的大气压（KPa）； T 采样现场的气温（）； Vt 现场状态下气体样品体积（L）。,已知某采样点的温度为27，大气压力为100kPa，现用溶液吸收法测定SO2的日平均浓度，每隔4h采样一次，共采集6次，每次采样30min，采样流量0.5L/min，将6次气样的吸收液定容至50.00mL，取10.00mL用分光光度法测知含SO2 2.0ug，求该采样点大气在标准状态下的SO2日平均浓度（以mg/m3和ppm表示）。（已知：SO2的分子量为64g/mol） 解：已知 Vt = 0.5306 =90L Vo = 90 273100/300101.325 = 80.8L (SO2 ，mg/m3）=25/80.8= 0.124 Cp(SO2 ) = 22.4/64 0.124=0.042 ppm,例题 ：,作 业,计算：已知某采样点的温度为30，大气压力为100KPa，现用溶液吸收法采样测定该点空气中的二氧化氮含量。采气量为0.35L/min，采气时间为2h，采样后用比色法测得全部吸收液（5mL）中含4.3ug氮氧化物，求气样中二氧化氮的含量。分别用mg/m3和uL/L表示。,大气污染源是指向大气中排放污染物的设备、设施或装置 。 固定污染源系指烟道、烟囱及排气筒等。它们排放的废气中既包含固态的烟尘和粉尘，也包含气态和气溶胶态的多种有害物质。 流动污染源系指汽车、柴油机车等交通运输工具，其排放废气中也含有烟尘和某些有害物质。,二、大气污染源监测的目的、内容和要求 （一）大气污染源及其类型,（二）大气污染源监测目的和要求,1、监测目的 检查污染源排放废气的有害物质含量是否符合国家（或地方）排放标准和总量控制标准； 评价净化装置的性能、运行情况及污染防治措施的效果，为空气质量的评价与管理提供基础数据。,2、监测要求,1）正常运转状态下进行监测； 2）随生产过程变化特点和周期进行系统监测； 3）锅炉处于稳定负荷（运行负荷不低于额定负荷的85）运转条件下进行，手烧炉的测定时间不得少于两个加煤周期； 4）计算应采用标准状态（温度为0，大气压力为101.3 kPa）下的干气体表示。,第三节 颗粒物样品的采集和测定,颗粒物特点： 数量最大 成分复杂 性质多样 危害较大的一种 本身有毒，有毒物质的载体,大气颗粒物质的监测项目,总悬浮颗粒物(TSP)的测定。 可吸入颗粒物(PM10或称IP）的测定。 降尘量的测定。 颗粒物中化学组分的测定及粒径测定。,一、总悬浮颗粒物（TSP）的测定,总悬浮颗粒物是指悬浮在大气中不易沉降，空气动力学当量直径100m的颗粒物。 大气中悬浮物有固体微粒，液体微粒。 细小颗粒：气溶胶（aerosol）, 如烟、煤烟、尘粒、雾、烟气、粉尘、降尘等。 TSP多采用重量法测定。,（一）重量法基本原理,总悬浮颗粒物的浓度以mg/m3为单位表示。 用标准大容量颗粒采样器在采样效率接近100已恒重的滤膜上采集已知体积的颗粒物，恒温恒湿条件下，称量采样前后采样膜质量来确定采集到的颗粒物质量，再除以采样体积，得到颗粒物的质量浓度。 通常利用滤料阻留法对大