空气和废气监测ppt课件 (2).ppt

1 空气和废气监测 2 内容提要 1 空气污染基本知识2 空气和废气监测方案的制定3 空气和废气采样及采样仪器4 空气和废气现场监测质量保证5 污染源现场监测质量保证和控制 3 1 1大气 空气 和空气污染 1 大气是地球表面上的空气 因为地球引力影响 在其表面积蓄而成的一圈气体 地球就被这一层很厚的大气层包围着 大气层的厚度大约在1000千米以上 1000 1400km 但没有明显的界限 整个大气层随高度不同表现出不同的特点 分为对流层 平流层 中间层 暖层和散逸层 再上面就是星际空间了 对流层在大气层的最低层 其厚度约为10至20千米 其大气受地球影响较大 云 雾 雨等现象都发生在这一层内 水蒸气也几乎都在这一层内存在 还存在大部分的固体杂质 动 植物的生存 人类的绝大部分活动 也在这一层内 因为这一层的空气对流很明显 故称对流层 4 干洁大气成份干洁空气是指大气中除去水汽 液体和固体微粒以外的整个混合气体 简称干空气 它的主要成分是氮 氧 氩 二氧化碳等 其容积含量占全部干洁空气的99 99 以上 其余还有少量的氢 氖 氪 氙 臭氧等 5 2 空气污染 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 这种情况称为空气污染 6 1 2空气污染的危害 对人的危害 1 急性危害 2 慢性危害 对动物的危害对植物的危害 1 急性危害 2 慢性危害 3 不可见危害 对材料的损坏对大气的影响 玉米空气污染 美国空气污染之都洛杉矶 空气污染腐蚀秦俑 7 1 3空气污染源 1 自然源由自然现象引起空气污染 如火山爆发 森林火灾 2 人工源 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 交通运输工具排放的废气汽车数量大 排放的污染多 集中在大城市 美国大气污染80 来自汽车的尾气 造成光化学烟雾污染等 8 1 3空气污染源 室内空气污染的分类化学性污染 总挥发有机物 甲醛 SO2 O3等 物理性污染 温度 PM10 通风率等 生物性污染 细菌 真菌 病毒等 放射性污染 氡气及其子体 室内空气的质量表征有毒 有害污染因子指标 规定最高允许量 舒适性指标 属于主观性指标 与人群生活习惯 季节等有关 如室内温度 大气压 新风量 湿度等 室内空气污染源 9 1 4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 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一次污染物 1 根据污染物形成过程分类二次污染物分子状态污染物 2 根据污染物存在状态分类粒子状态污染物 10 1 根据污染物的形成过程分 一次污染物 指直接从各种污染源排放到大气中的有害物质 例如 SO2 NOX CO 碳氢化合物 颗粒性物质等 特点 由污染源直接排入环境的 其物理和化学性状未发生变化的污染物 二次污染物 指一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中正常组分发生反应所产生的新污染物 例如 硫酸盐 硝酸盐 臭氧 醛类 过氧乙酰硝酸酯 PAN 等 特点 具有颗粒小 毒性一般比一次污染物大等特点 1 4空气中的污染物及其存在形态 11 分子状态污染物指常温常压下以气体或蒸汽形式分散在大气中的污染物质 例如 SO2 NO2 硝酸盐 C1 C5化合物 酮 CO CO2 HF HCl等 2 根据污染物存在状态分类 1 4空气中的污染物及其存在形态 12 粒子状态污染物粒径多在0 01 100 m之间 复杂的非均匀体系 即颗粒物 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飘尘 1 降尘 粒径大于10 m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10 m的粒子可长期漂浮在大气中 具有胶体性质 又称气溶胶 易随呼吸进入人体 危害健康 因此也称可吸入颗粒物 IP或PM10 烟 雾 灰尘均是用来描述飘尘存在形式的 13 雾霾 是雾和霾的统称 是一种天气现象 也称灰霾 烟霞 指空气中的灰尘 硫酸 硝酸 有机碳氢化合物等大量极细微的干尘粒子均匀的浮游在空中 使空气浑浊 视野模糊并导致能见度恶化 如果水平能见度小于10000米时 将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾 Haze 或灰霾 Dust haze 当水汽凝结加剧 空气湿度增大时 霾就会转化为雾 因为空气质量的恶化 雾霾天气现象便会增多 危害加重 中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报 14 1 5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 1 时间性污染物在大气中的浓度由于受气象条件的影响 一天内的变化也不同 一次污染物因受逆温层 气温 气压等的限制 在清晨和黄昏时浓度较高 中午即降低 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 2 空间性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 15 16 1 6空气中污染物浓度表示方法 1 污染物浓度表示方法 单位体积质量浓度 mg m3或 g m3 定义 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 适用范围 对任何状态的污染物都适用 体积比浓度 mL m3或L m3 ppm或ppb 定义 体积比浓度是100万体积空气中含污染气体或蒸汽的体积数 适用范围 仅适用于气态或蒸汽态物质 不受大气压和温度的影响 两种单位换算关系 Cv 22 4 Cm M 2 气体体积换算把现场状态下的体积换算成标准状态下的体积 Vo Vt 273 P 273 t 101 325 17 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 2 空气污染监测方案的制定 18 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地大气质量标准 并为编写大气环境质量状况评价报告提供数据 2 为研究大气质量的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基础资料和依据 2 1大气污染监测的目的 19 2 2调研及资料收集 1 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 20 2 3监测项目 21 2 4监测站 点 的布设 1 布设采样点的原则和要求1 具有较好的代表性 能客观反映一定空间范围内的环境空气污染水平和变化规律 2 各监测点之间设置条件尽可能一致 使各个监测点获取的数据具有可比性 3 监测点应尽可能均匀分布 同时在布局上应反映城市主要功能区和主要大气污染源的污染现状及变化趋势 22 1 布设采样点的原则和要求4 应结合城市规划考虑监测点的布设 使确定的监测点能兼顾未来城市发展的需要 5 为监测道路交通污染源或其他重要污染源对环境空气质量影响而设置的污染监控点 应设在可能对人体健康造成影响的污染物高浓度区域 23 2 采样点的数目 应根据监测范围大小 污染物的空间分布特征 人口分布及密度 气象 地形及经济条件等因素综合考虑 24 功能区布点法适用范围 多用于区域性的常规监测 网格布点法适用范围 适用于存在多个污染源 且分布较均匀的地区 同心圆布点法适用范围 主要用于多个污染源构成污染群 且大污染源较集中的地区 扇形布点法适用范围适用于孤立的高架点源 且主导风向明显的地区 注意事项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 在实际工作中 常采用一种布点法为主 兼用其他方法的综合布点法 3 采样站 点 布设方法 25 2 5采样时间和频率 1 采样时间采样时间是指每次采样从开始到结束所经历的时间 2 采样频率采样频率是指一定时间范围内的采样次数1 依浓度分布的时间特性依气象条件变化的特征 高中低浓度都包括2 依对监测数据要求的精确程度 表2 5 1国家环境空气质量监测网监测项目 27 28 选择采样方法要考虑的因素 1 污染物的存在状态 2 污染物的浓度 3 污染物的理化特性 4 所用分析方法的灵敏性 常用的采样方法直接采样法富集 浓缩 采样法 3 空气样品的采集方法和采样仪器 29 适用于 被测组分浓度高 分析方法灵敏度高采样方法 1 注射器采样 2 塑料袋采样 3 采气管采样 4 真空瓶采样 3 1直接采样法 30 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 静电沉积法 6 自然积集法 7 扩散渗透法 8 综合采样法 3 2富集 浓缩 采样法 适用于被测组分浓度低 31 适用范围 用于采集空气中气态 蒸气态 某些气溶胶态的污染物质 采样测定方法吸收效率 主要决定于吸收液 吸收速度 样液与吸收液的接触面积 提高吸收速度 选择效能好的吸收液 吸收液分类按照其吸收原理分为物理作用和发生化学反应 对被采集物质溶解度要大或与被采集物质的化学反应速度快 稳定时间长 吸收液的选择原则 有利于下一步分析 毒性小 价格低 易购买 可回收 1 溶液吸收法 32 增大被采气体与吸收液的接触面积 选用结构适宜的吸收管 气泡吸收管 适用于采集气态和蒸汽态 冲击式吸收管 适用于采集气溶胶态物质 惯性大 多孔筛板吸收管 瓶 适用于采集气态 蒸汽态 气溶胶态物质 33 根据填充剂阻留作用的原理 分 吸附型填充柱填充剂 活性炭 硅胶 分子筛 高分子多孔微球等 表面吸附作用 物理吸附和化学吸附注意 虽然吸附能力越强 采样效率越高 但会给解吸带来困难 分配型填充柱填充剂 表面涂高沸点有机溶剂的惰性多孔颗粒物采样方法 在有机溶剂中分配系数大的组分保留在填充剂上而被富集 反应型填充柱填充剂 由惰性多孔颗粒物 如石英沙 玻璃微球 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 采样方法 反应产物用适宜溶剂洗脱或加热吹气解吸下来进行分析 特点 采样量和采集速度大 富集物稳定 2 填充柱阻留法 34 3 滤料阻留法 采样测定方法 将过滤材料放在采样夹上 用抽气装置抽气 则空气上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重量 根据采样体积可计算出空气中颗粒物的浓度 滤料常用 纤维状滤料 滤纸 玻璃纤维滤膜 过氯乙烯滤膜等 筛孔状滤料 微孔滤膜 核孔滤膜 银薄膜 35 4 低温冷凝法 应用范围 某些沸点比较低的气态污染物质 如烯烃类 醛类等 采样方法 将U形或蛇形采样管插入冷阱中 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 如用色谱法测定 可将采样管与一起进气口连接 移去冷阱 在常温或加热情况下气化 进入仪器测定 冷冻剂 冰 盐水 10 干冰 乙醇 72 液氧 183 液氮 196 等 36 适用范围 不能用于易燃 易爆的场合 采样原理 于12000 20000V电场中 气样的分子电离 产生的离子附着于气溶胶颗粒上 颗粒带电 在电场作用下沉降到收集极上 然后将收集极表面的沉降物洗下 供分析用 5 静电沉降法 37 6 扩散 或渗透 法 适用范围 用在个体采样器中 采集气态和蒸气态物质 采样原理 利用被测污染物质分子自身扩散或渗透到达吸收层 吸收剂 吸附剂或反应性材料 被吸收或吸附 38 7 自然积集法 采样原理 利用自然重力 空气动力和浓差扩散作用采集空气中的被测物质 适用范围 自然降尘量 硫酸盐化速率 氟化物等的采集 特点 不需动力设备 简单易行 采样时间长 能较好地反映空气污染情况 降尘试样采集湿法 应用广泛 采样方法 放置在距地面5 12m高 附近无高大建筑物及局部污染源的地方 采样口距基础面1 1 5m 以避免顶面扬尘的影响 采样时间为30 2d 注意事项 防止冰冻和抑制微生物及藻类的生长 需加入适量乙二醇 夏季采样瓶中应加入CuSO4溶液 是为了抑制微生物及藻类的生长 多雨季节要及时更换集尘缸 防止水满溢出 39 干法适用标准集尘器 夏季也需加除藻剂 硫酸盐化速率试样的采集二氧化铅法 利用SO2 硫酸雾等与PbO2反应生成PbSO4 碱片法 利用SO2 硫酸雾等与碳酸盐反应生成硫酸盐被采集 40 1 组成部分 收集器作用是捕集空气中欲测污染物的装置 流量计作用是测量气体流量的仪器 采样动力要求抽气流量稳定 连续运行能力强 能满足抽气速度要求 2 专用采样器按其用途分为 空气采样器适用范围 气态 蒸气态物质 采样流量 0 5 2 0L min 3 3采样仪器 41 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 1 1 1 7m3 min 中流量 50 150L min 小流量 10 15L min 可吸入颗粒物采样器 个体采样器应用 主要用于研究空气污染物对人体健康的危害 特点 反映人体实际吸入的污染物量 类型 扩散法采样计量器 渗透法采样计量器等 42 3 4采样效率 定义 采样方法或采样器的采样效率是指在规定的采样条件下所采集到的污染物量占其总量的百分数 1 采集气态和蒸气态污染物质效率的评价方法 绝对比较法用标准气测定采样效率 采样效率K为 相对比较法配制一定浓度范围的待测气体 串联2 3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 43 3 5采样记录 内容 所采集样品被测污染物的名称及编号 采样地点和采样时间 采样流量 采样体积 采样时的温度 大气压力和天气状况 采样仪器 吸收液及采样时周围情况 采样者 审核者姓名等 44 4 空气和废气现场监测质量保证 4 1气态污染物连续采样质量保证 1 采样总管及采样支管应定期清洗 干燥后方可使用 采样总管至少每6个月清洗1次 采样支管至少每月清洗1次 2 采样支管材料应选用聚四氟乙烯或不与被测污染物发生化学反应的材料 采样支管与采样总管 采样支管与气样吸收装置之间的连接处不得漏气 一般应采用内插外套的方法连接 3 临界限流孔的流量应定期校准 每月1次 其误差应小于5 否则 应进行清洗或更换新的临界限流孔 清洗或更换新的临界限流孔后 应重新校准其流量 45 4 使用临界限流孔控制采样流量时 采样泵的有载负压应大于70kPa 且24h连续采样时 流量波动应不大于5 5 采样器温度控制系统及时间控制系统检查 检查吸收瓶温控槽及临界限流孔 温控槽的温度指示是否符合要求 检查计时器的计时误差是否超出误差范围 其中SO2和NO2吸收瓶在加热槽内最佳温度分别为23 29 及16 24 且在采样过程中保持恒定 要求计时器在24h内的时间误差应小于5min 4 1气态污染物连续采样质量保证 46 6 吸收瓶阻力测定应每月1次 当气样吸收装置为多孔玻璃筛板吸收瓶 管 在规定采样流量下 装有吸收液的吸收瓶的阻力应为 6 7 0 7 kPa 吸收瓶玻板的气泡应分布均匀 当测定值与上次测定结果之差大于0 3kPa时 应做吸收效率测试 测试方法见规范附录3 吸收效率应大于95 不符合规范要求者 不能继续使用 7 采样系统不得有漏气现象 每次采样前应进行采样系统的气密性检查 确认不漏气后 方可采样 47 8 定期更换临界限流孔前尘过滤膜 一般每周1次 及时更换干燥器中硅胶 一般干燥器硅胶有1 2变色者 需更换 9 采样结束后 将采样后吸收瓶进 出口密封 及时填写采样记录 常用采样记录的内容及格式见规范4 6 采样记录及要求 10 样品的采集 运输和储存过程应避光 采样后如不能当天测定 应将样品贮于冰箱 48 4 2气态污染物间断采样质量保证 1 每次采样前 应对采样系统的气密性进行认真检查 确认无漏气现象后 方可进行采样 2 应使用经计量检定单位检定合格的采样器 使用前必须经过流量校准 流量误差应不大于5 采样时流量应稳定 3 使用气袋或真空瓶采样时 使用前气袋和真空瓶应用气样重复洗涤三次 采样后 旋塞应拧紧 以防漏气 4 当用装有10ml吸收液的多孔玻板吸收瓶 采样流量为0 5L min时 阻力应为4 7 0 7kPa 且采样时多孔玻板上的气泡应分布均匀 5 使用吸附采样管采样时 采样前应做气样中污染物穿透试验 以保证吸收效率或避免样品损失 49 4 3颗粒物连续采样质量保证 1 应使用经计量检定单位检定合格的采样器 使用前必须经过流量校准 流量误差应不大于5 采样时流量应稳定 采样器流量校准见本章第五节 2 颗粒物采样一般使用超细玻璃纤维滤膜和有机纤维膜两种类型 根据监测目的选用 3 采样前准备与滤膜处理 总悬浮颗粒物按照GB T15432 1995 环境空气总悬浮颗粒物测定重量法 氟化物按照HJ480 2009 环境空气氟化物的测定滤膜采样离子选择电极法 铅按照HJ539 2015 环境空气铅的测定石墨炉原子吸收分光光度法 的要求进行 50 4 采样器 颗粒物采样器分为大流量采样器和中流量采样器两种 前者采样流量一般为1 05m3 min 后者一般为100L min 5 采样前用清洁干布擦掉采样头内滤膜夹及滤膜支持网表面上的灰尘 将采样滤膜毛面向上 平放在滤膜支持网上 同时核查滤膜编号 放上滤膜夹 拧紧螺丝 以不漏气为宜 记录采样流量 开始采样时间 温度和压力等参数 51 6 采样结束后 取下滤膜夹 用镊子轻轻夹住滤膜边缘 取下样品滤膜 并检查在采样过程中滤膜是否有破裂现象 或滤膜上尘的边缘轮廓不清晰的现象 若有 则该样品膜作废 需重新采样 确认无破裂后 将滤膜的采样面向里对折两次放入与样品膜编号相同的滤膜袋 盒 中 记录采样结束时间 采样流量 温度和压力等参数 7 对采集后进行成分分析的滤膜 如不能立即称重 应在4 条件下冷藏保存 对分析有机成份的滤膜采集后应立即放入 20 冷冻箱内保存至样品处理前 为防止有机物的分解 不宜进行称重 52 5 污染源现场监测质量保证和控制 1 监测管理 人员培训和仪器的校准 2 采样位置和采样点1 采样位置应优先选择在垂直管路段 避开烟道弯头和断面急剧变化的部位 设置在距弯头 阀门 变径管下游方向不小于6倍直径 和距上述部件上游方向不小于3倍直径处 对矩形烟道 其当量直径D 2AB A B 式中A B为边长 5 1有组织排放污染源现场监测质量保证和控制 53 2 对于气态污染物 由于混合比较均匀 其采样位置可不受上述规定限制 但应避开涡流区 如果同时测定排气流量 采样位置仍按上述规定选取 3 采样位置应避开对测试人员操作有危险的场所 必要时应设置采样平台以保护工作人员安全 54 4 对圆形烟道 将烟道分成适当数量的等面积同心环 采样孔应设在包括测定点在内的互相垂直的直径线与各环等面积中心线相交的交点上 其中一条直径线应在预期浓度变化最大的平面内 如当测点在弯头后 该直径线应位于弯头所在的平面内 当烟道采样位置符合上述1 点要求时 可只选预期浓度变化最大的一条直径线上的测点 对直径小于0 3m 流速分布比较均匀 对称并符合上述1 点要求的小烟道 可取烟道中心作为测点 55 5 对矩形或方型烟道 将烟道断面分成适当数量的等面积小块 各块的中心即为测点 当烟道断面积小于0 1m2 流速分布比较均匀 对称并符合上述1 点要求的小烟道 可取断面中心作为测点 当烟道布置不能满足上述1 点要求时 应增加采样线的测点 6 不同直径的圆形烟道的等面积环数 测点数和矩形或方型烟道等面积小块数量见 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法 表1 表2 56 3 采样工况按照GB16297 1996要求 在污染源的日常监督性监测中 采样期间的工况应与当时的运行工况相同 排污单位的人员和和实施监测的人员都不应任意改变当时的运行工况 建设项目环境保护设施竣工验收监测的工况要求按国家环保总局制定的建设项目环境保护设施竣工验收监测办法执行 57 1 窑炉测试负荷 应在最大的热负荷下测定 当窑炉达不到或超过设计能力时 也必须在最大生产能力的热负荷下测定 即在燃料耗量较大的稳定加温阶段进行 2 水泥厂日常监督性监测 采样期间工况应与当时正常运行工况相同 竣工验收监测 应在设备正常生产工况和达到设计规模80 以上进行 58 4 现场采样质量保证 颗粒物连续采样质量保证 1 应使用经计量检定单位检定合格的采样器 并每半年至少对相关仪器自行校准一次 2 采样前 采样系统要进行漏气检查 确认不漏气后 方可采样 3 根据烟道断面大小 确定采样点数和位置 在皮托管和采样管上做出记号 59 4 打开烟道的采样孔 清除孔中的积灰 5 根据测得的排气温度 水分含量 静压 动压 选用合适的采样嘴 并计算出各采样点等速采样流量 6 将采样器放入烟道的第一个采样点处 使采样嘴对准气流 其与气流方向偏差不得大于10 开动抽气泵调整流量至第一点采样所需的流量并依次移动等速采样 原则上每点采样时间不少于3分钟 各点采样时间相等 60 7 对于周期性变化的排放源 根据工况变化极其延续时间 分段采样 然后求出其时间加权平均浓度 8 采样期间 由于颗粒物在滤筒上逐渐聚集 阻力会逐渐增加 需随时调整流量控制阀以保持等速采样 9 采样结束后 关闭抽气泵 小心地从烟道取出采样管 注意不要倒置 用镊子将滤筒取出 轻轻敲打前弯管 并用细毛刷将附着在上面的尘粒刷到滤筒中 用滤纸包好 放入专用盒中保存 61 10 每次采样 至少采取三个样品 取其平均值 11 记录下采样时工况条件 环境条件和各测试参数数据 12 对预测流速法 采样后应再测量一次采样点的流速 与采样前的流速相比 如相差大于20 样品作废 重新取样 62 气态污染物采样质量保证 1 按所采项目检查采样管的过滤器滤料是否符合项目要求 是否清洁 干燥并有效 2 检查加热管的加热控制性能 及时更换干燥器内的干燥剂 3 选择不和待测污染物起化学反应和吸附的连接管 连接管直径应不小于6mm 管长要尽可能短 4 当使用标准气体校准现场监测仪时 高浓度应在量程80 95 中浓度在50 60 零气应小于0 25 63 5 使用吸附管采样时 管内吸附剂填充要紧密 不得松动或有隙流 采样前后 吸附管两端要密封 吸附剂填充柱长度应根据被测污染物浓度和采样时间来确定 6 使用吸收瓶采样时 应按要求检查气泡均匀性和阻力 7 吸收瓶和吸附管应尽量靠近采样管出口处 当吸