南开大环境监测课件03空气环境监测

第三讲空气环境监测Chapter3Airmonitoring本讲主要内容第一节空气污染及其危害

第二节空气质量监测方案的制定第三节空气样品的采集及设备第四节颗粒物的监测分析第五节气态污染物的监测分析第六节降水污染物的监测分析第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物（P95-97）1.空气污染的定义当空气中的组分达到一定浓度并持续一定时间时，改变了空气正常组成，破坏了空气的物理、化学和生态的平衡体系，影响工农业生产，对人体、动植物以及物品、材料等产生不利影响和危害，即称为空气污染。一、空气中主要污染物2.大气层与近地面大气组成/Atmosphericlayer(aerosphere)andatmosphericcompositionneargroundsurface对流层（Troposphere）；平流层（Stratosphere）；

中层（Mesosphere）；热层（Thermosphere）第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物3.空气污染类型：能源与气象条件决定：/Airpollutiontype:dependingonenergysourcesandweathercondition（1）还原型，又称煤烟型，或伦敦烟雾型，以含SO2、颗粒物、CO为主/Reductiontype,namelysoottypeorLondonsmogtype,mainlycontainingSO2(sulfurdioxide),particle,CO(carbonmonooxide)（2）氧化型，又称石油型，或洛杉矶光化学烟雾型，以含NOx、CH、O3、PAN（过氧乙酰硝酸脂）、醛为主。/Oxidationtype,namelypetroleumtypeorLosAngelesphotochemistrysmogtype,mainlycontainingNOx,CH,O3,PAN,aldehyde.（3）混合型，来源于煤、石油燃烧、工业排放。如多诺拉、四日事件。/Admixturetype,rootintheemissionofcoal,oilburningandindustrysuchasDonora,Yokkaichiincident.第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物4.空气主要污染物按存在状态：颗粒污染物和气态污染物/Accordingtoexistingstatus第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物4.空气主要污染物（1）颗粒污染物：以颗粒直径（m）划分/Particlestate:partitionaccordingtoparticlediameter飘尘：＜10m，能够长期在空气中漂浮的粒子降尘：＞10m，依靠重力作用能够在较短时间内沉降到地面的第一节空气污染及其危害总悬浮颗粒物（TSP:Totalsuspendedparticles）:空气中粒径小于100µm的所有固体颗粒。用流量1.1-1.7m3/min采样，用超细玻璃纤维过滤24h的总量。/TSP:totalparticlessuspendingintheair;samplingwithfluxof1.1-1.7m3/min;filtratingwithsuper-thinfiberglassfor24h.第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物4.空气主要污染物（2）气态污染物：第一节空气污染及其危害污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、硫酸盐含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、硝酸盐碳氢化合物C1-C5化合物醛、酮、过氧化乙酰硝酸酯碳的氧化物CO、CO2无卤素化合物HF、HCl无一、空气中主要污染物4.空气主要污染物按分布范围分类：/Classificationaccordingtodistributingscope局地（型）性/Local区域（型）性/Regional全球性/Global第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物4.空气主要污染物污染源分类/Classificationaccordingtopollutionsource人为源

/Man-madesource

（1）工业源/Industrialsource

（2）生活源/Domesticsource

（3）交通源/Trafficsource

（4）农业源

/Agriculturalsource自然源

/Naturesource

（1）火山爆发物/Volcanicash （2）森林火灾/Forestfire

（3）海洋有机物分解/Oceanorganismdecomposing

（4）放射性核素

/Radioactivitynuclide第一节空气污染及其危害一、空气中主要污染物4.空气主要污染物按分布的几何形状/Accordingtogeometryshape点源污染/Pointsourcepollution线源/Linesourcepollution面源/nonpointsourcepollution第一节空气污染及其危害二、空气污染的危害1.对人体健康的危害（1）急性作用伦敦烟雾事件及洛杉矶光化学烟雾事件（2）慢性作用污染物与呼吸道粘膜表面长时间连续接触引起的第一节空气污染及其危害二、空气污染的危害2.对动物的危害 空气污染对动物的危害和影响与对人的情况相似第一节空气污染及其危害二、空气污染的危害3.对植物的危害 二氧化硫（SO2）、氟化氢（HF）、氯气（Cl2）、臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）、过氧化乙酰硝酸酯（PAN）、乙烯（C2H4）、氨（NH3）、氯化氢（HCl）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）等，都会对植物产生有害的影响。第一节空气污染及其危害三、污染物的时空分布/Pollutantspace-timedistribution时间分布：排放时间与气象条件/Timedistribution:emissiontimeandweathercondition周期性：年、季、日变化规律：/Periodicity:changingdisciplinarianofyear,seasonandday趋势性：风向、风力、气温变化的影响/Trend:effectofwinddirection,windpower,airtemperaturechanging第一节空气污染及其危害三、污染物的时空分布/Pollutantspace-timedistribution空间分布的决定因素/Affectingfactorofspacedistribution污染源类型：点源、面源、其它/Pollutionsourcetypes:pointsource,areasource,others地形地貌的影响/Effectofterrainandphysiognomy

据污染源及空间尺度/Pollutionsourceandspacescale第一节空气污染及其危害第二节空气质量监测方案的制定一、布点前的准备1.制定布点工作计划监测任务、目的、范围、技术规范、工作方法和步骤、布点技术要点、人力、设备及经费预算。2.收集资料及调研地形资料、气象资料、土地利用和功能分区情况、人口分布及人群健康情况、污染源分布及排放情况。3.建立监测区大气污染物时空分布概念污染物的时空分布，作出监测区空气污染物时空分布概略图。第二节空气质量监测方案的制定二、监测项目优先监测的原则，选择那些危害大、涉及范围广，已有成熟的测定方法，并有标准可比的项目进行监测类别必测项目选测项目空气污染物监测二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入颗粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）总悬浮颗粒物（TSP）、铅（Pb）、氟化物（F）、苯并[α]芘、有毒有害有机物空气降水监测pH值、电导率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-、NO3-、Cl-第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设1.布点的原则和采样要求（1）布点原则应能控制整个监测区；按污染轻重，区别布点；有特殊任务的监测点，应按照特殊要求布点。第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设1.布点的原则和采样要求（2）现场设点要求①距污染源50米（样点周围应无局地污染源的影响）。②从采样口到最高障碍物之间的水平距离，应为该障碍物与采样口高度差的两倍以上。③采样器水平方位有270o的自由空间。第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设1.布点的原则和采样要求（2）现场设点要求④当某监测点需设置多个采样口时，颗粒物采样口与其他采样口之间的直线距离应大于1m。若使用大流量总悬浮颗粒物（TSP）采样装置进行并行监测，其他采样口与颗粒物采样口的直线距离应大于2m。⑤采样高度根据监测目的而定。手工间断采样，高度应在1.515m范围内；自动监测，其采样口离地面的高度应在315m范围；避免地面尘土影响，距离屋顶1.5m。第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设2.采样点数目WHO推荐城市空气自动监测站（点）数/WHOrecommended市区人口/万人飘尘二氧化硫氮氧化物氧化剂一氧化碳风向风速≤100100400400800＞80025810258101245123412451223第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设2.采样点数目我国环境空气质量评价点设置数量要求建成区城市人口(万人)建成区面积（km2）监测点数<10<2011050205025010050100410020010015062003001502008>300>200按每2530km2建成区面积设1个监测点，并且不少于8个点第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设3.采样点布设方法（1）功能区布点/Functionalarea（2）网格布点/Griddingmethod（3）同心圆布点：点源，风向不定/Concentriccirclesspotting:pointsource,unstablewinddirection（4）扇形布点：点源，风向稳定/Fan-shapedspotting:pointsource,stablewinddirection第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设3.采样点布设方法（1）功能区布点/Functionalarea第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设3.采样点布设方法（2）网格布点：多用于受各种污染源综合污染的平原地区布设采样点。按不同精度确定格，即点数。第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设3.采样点布设方法（3）同心圆布点：点源，风向不定/Concentriccirclesspotting:pointsource,unstablewinddirection（4）扇形布点：点源，风向稳定/Fan-shapedspotting:pointsource,stablewinddirection同心圆法扇形法污染源： 点点方位：多方位（风向）与扇形平行的主导风向上半径条数： 8-16条45-90o夹角3-5条同心圆数： 5-75-7对点：上风向点1-2个 上风向点1-2个第二节空气质量监测方案的制定同心圆布点法（左）扇形布点法（右）第二节空气质量监测方案的制定三、监测网点的布设4.采样时间和频率采样时间指每次采样从开始到结束所持续的时间，也称采样时段。采样频率指在一定时间范围内的采样次数。项目采样时间采样频率二氧化硫氮氧化物总悬浮颗粒物降尘硫酸盐化速率连续（24±0.5）h/次连续（24±0.5）h/次连续（24±0.5）h/次（30±2）d/次（30±2）d/次隔日采样，每月1416d，12个月/年隔日采样，每月1416d，12个月/年隔双日采样，每月56d，12个月/年每月监测，12月/年每月监测，12月/年短期采样：环境质量调查，瞬间浓度，如日最高浓度采样/Shorttermsampling:environmentalqualityinvestigation,instantaneousconcentration,suchasdailymaximumconcentrationsampling.第二节空气质量监测方案的制定间歇采样：多次采样平均，即用间歇采样代表连续采样/Intermittentsampling:multiplesamplingaverage,namelyintermittentsamplingreplacescontinuoussampling.第二节空气质量监测方案的制定长期采样：连续采样，即自动监测站采样/Longtermsampling:continuoussampling,namelyautomaticmonitoringstationsampling.第二节空气质量监测方案的制定第三节空气样品的采集及设备一、采样方法（P106）选择方法依据：污染物存在状态（分子态、颗粒），分析方法检出限，污染物浓度高低。/Choosingmethod:pollutantexistingstatus(molecule,particle),detectionlimitofanalyticalmethod,concentrationofpollutant.直接采样和富集采样法两大类。第三节空气样品的采集及设备一、采样方法1.直接采样法：能达到分析检出限/Directsamplingmethod:canattainanalyticaldetectionlimit.（1）置换法：抽气（注射器、塑料袋、采气管）/Replacementmethod:pumpgas(syringe,plastic,samplingtube)第三节空气样品的采集及设备一、采样方法1.直接采样法（2）真空法：抽真空后，在现场打开真空瓶/Vacuummethod:aftervacuumizing,openthevacuumflask.真空法采样体积校正：现场气温t℃，气压PA，真空瓶残压PB，（kPa）/Volumecorrectionofvacuumsampling:t℃isairtemperature;PAairpressure;PBresidualpressure.

标准状态体积/Volumeofnormalstate第三节空气样品的采集及设备第三节空气样品的采集及设备一、采样方法2.富集采样法当空气中被测物质浓度很低，而所用分析方法又不能直接测出其含量。溶液吸收法、填充柱阻留法（固体阻留法）、滤料阻留法、低温冷凝法及自然积集法等。第三节空气样品的采集及设备一、采样方法2.富集采样法（1）溶液吸收法氧化还原、中和、络合等反应，采样时段的平均浓度/Liquorabsorbingprocess:averageconcentrationinsamplingperioda：吸收液要求：吸收速度快；无毒，价低；稳定；不干扰或有益于后续测定/Requirementofabsorptionliquid:fastabsorptionvelocity,innocuous,lowprice,stabile,non-interferenceorbebeneficialtopost-continuousdetermination.第三节空气样品的采集及设备b：吸收瓶/Absorptionbulb第三节空气样品的采集及设备气泡吸收管：适用于采集大气分子态污染物；冲击式：采集气溶胶性样品；筛板式：适用于大气和气溶胶监测物。第三节空气样品的采集及设备一、采样方法2.富集采样法（2）填充柱阻留法多孔填充剂，留下污染组分

洗脱

测定/Filterpipetype,porousfillingmaterial,tokeeppollutioncomponentelutingmeasuring填充剂作用：吸附型（活性碳、硅胶、分子筛）、分配型（液体薄膜）、反应型（与待测物发生化学反应）/Thefunctionoffillingmaterial:adsorptiontype,partitiontype，reactivitytype分子筛采样管第三节空气样品的采集及设备第三节空气样品的采集及设备一、采样方法2.富集采样法（3）滤料阻留法 过滤材料：滤纸、滤膜等第三节空气样品的采集及设备一、采样方法2.富集采样法（4）低温冷凝采样法：样品中污染物通过冷凝而留下/Lowtemperaturecondensationsamplingmethod:thepollutantwaskeptbythemethodofcondensation.空气中某些沸点比较低的气态污染物质，如烯烃类、醛类等。第三节空气样品的采集及设备一、采样方法2.富集采样法（5）自然积集法（无动力采样） 利用物质的自然重力、空气动力和浓差扩散作用采集空气中的被测物质。 如自然降尘量、硫酸盐化速率、氟化物等空气样品的采集。a：碱片法采SO2：处理好的碱片（或PbO2片），挂入空中30d/TocollectSO2withalkalipatchmethod,disposedalkalipatch,suspendedintheairfor30days.第三节空气样品的采集及设备

例1：玻璃纤维滤膜+K2CO3

挂入空气中，吸附SO2

即/Fiberglassfiltermembrane+K2CO3

suspendedintheair,toabsorbSO2

K2CO3+SO2

K2SO4

测定硫酸盐，计算SO2含量/Measuringsulphate,calculatingthecontentofSO2第三节空气样品的采集及设备例2：

SO2PbO2处理滤膜

PbSO4

Na2CO3

PbCO3

H2SBaCl2

测定洗脱下来的硫酸根（BaSO4）（其中H2SPbO2PbO+SO2+PbO2

PbSO4）

空气中第三节空气样品的采集及设备硫酸盐化速率装置示意图1.塑料皿支架；2.塑料皿；3.塑料垫圈b：石灰滤纸法采含氟化合物/Tocollectfluorinecompoundwithcalcareousnessfilterpaper定量滤纸1%石灰悬浊液浸透

悬入空气中30d吸收HF、SiF4及含F粉尘

TISAB（总离子强度剂）溶解

氟电极法测定第三节空气样品的采集及设备/Quantitativefilterpaperpermeatedwithlimesuspensionwithconcentration%1%suspendedintheairfor30days,toabsorbHF,SiF4andfluorineofdustTISAB(TotalIonicStrengthAdjustmentBuffer)dissolveTomeasurewithfluorinelectrodemethod第三节空气样品的采集及设备第三节空气样品的采集及设备二、采样仪器收集器、流量计和采样动力三部分组成第三节空气样品的采集及设备二、采样仪器1.收集器气体吸收管（瓶）、填充柱、滤料、冷凝采样管等第三节空气样品的采集及设备二、采样仪器2.流量计常用的流量计有皂膜流量计、孔口流量计、转子（浮子）流量计、湿式流量计、临界孔稳流计和质量流量计等。第三节空气样品的采集及设备三、采样效率及其评价/Samplingefficiencyanditsassessment

气态样，采样效率k/Gaseoussample,kissamplingefficiency

（1）绝对比较法：标准气浓度Cs，实测浓度C，k=C/Cs×100%/Absolutecomparisonmethod:Csistheconcentrationofstandardgas,Cispracticalmeasuredconcentration.第三节空气样品的采集及设备三、采样效率及其评价（2）相对比较法：多管串联采样后，第1管效率

k=C1/（C1+C2+…）×100%/Relativecomparisonmethod:multi-pipeseriessampling,firstpipeefficiency第三节空气样品的采集及设备三、采样效率及其评价（3）标准气的配置/Standardgas

注射器配气法大瓶配气法第三节空气样品的采集及设备四、采气量和采样记录1.采气量的确定V—最小采气体积，L；Vt—样品溶液的总体积，mL；DL—分析方法的检出限，g/mL；C—最高允许浓度，mg/m3。第三节空气样品的采集及设备四、采气量和采样记录2.采样记录名称及编号；采样地点和采样；采样流量、采样体积及采样时的温度和空气压力；采样仪器、吸收液及采样时天气状况及周围情况；采样者、审核者姓名。

第三节空气样品的采集及设备四、采气量和采样记录3.浓度的表示方法质量数：mg/m3或g/m3来表示；体积比：L/L（ppmV）、nL/L（ppbV）、 pL/L（pptV）第三节空气样品的采集及设备四、采气量和采样记录4.空气体积的换算V0—标准状态下的采样体积，L或m3；Vt—采样体积，L或m3；t—采样时的温度，℃；P—采样时的大气压力，kPa。第四节颗粒物的监测分析空气中颗粒物的测定项目：总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物、自然沉降量、颗粒物中化学组分含量等。第四节颗粒物的监测分析一、总悬浮颗粒物（P113）TotalSuspendedParticulates,TSP

滤膜阻留采样，称重。空气中粒径小于100m颗粒被阻留/Membranefiltersampling,thenweighing.Diameterofparticle<100m

第四节颗粒物的监测分析二、可吸入颗粒物（P114）Inhalableparticulatematter，IP粒径0.1-10m的微粒，PM10冲击式采样器→惯性冲击分离→粒径大于的10m颗粒物阻留→小于10m的被捕集滤料上→称重。第四节颗粒物的监测分析三、降尘量（P116）/Dustfalldetermination

空气中，大于10m颗粒物的自然沉降。/Thediameterofparticleexceeds10m,naturallyfalltotheground集尘缸收集→蒸发→干燥→称重每月每平方公里面积上沉降的吨数（即t/km2·m）表示第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）分光光度法、紫外荧光法、电导法、微库仑滴定法、气相色谱以及简易快速测定法等。紫外荧光法和电导法主要用于自动监测。盐酸副玫瑰苯胺分光光度法：HJ483—2009（四氯汞钾吸收液）；HJ482—2009（甲醛缓冲液作SO2的吸收液）。第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）甲醛缓冲液吸收—盐酸副玫瑰苯胺显色（HJ482—2009）/Formaldehydebuffersolutionabsorbing-p-rosanilinehydrochloridespectrophotometricmethod本法吸收液：甲醛缓冲液，毒性小，较灵敏，可靠/Absorptionsolution:formaldehydebuffersolution,low-toxic,sensitive,reliable.第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）1.原理：/PrincipiumSO2+HCHO+OH+

加成反应

HO-CH2-SO3H（羟基甲基磺酸）第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）2.干扰及其消除/Interferenceanditselimination（1）O3：采样后放置20分钟/Restedfor20minaftersampling（2）NOx：用氨基磺酸铵消除/Eliminatedbyammoniumsulfamate（3）金属：用环己二胺四乙酸二钠(CDTA-2Na)络合/Metal:complexbyCDTA第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）3.影响因素/Affectingfactors（1）温度：其显色温度标准曲线与测定温度≯2℃显色温度（℃）1015202530显色时间（min）402520155稳定时间（min）3525201510第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）3.影响因素/Affectingfactors（2）盐酸副玫瑰苯胺（对品红，副品红，简称PRA）

PRA纯度、H3PO4调pH值与试剂空白值/PRApurity,toadjustpHwithH3PO4,

reagentblankvaluePRA为市售纯品，其检验指标：空白值Xb（吸光值）/Theindexoftest,Xbisblankvalue(absorbency)提高酸度虽可降低空白值，但灵敏度也有下降第五节气态污染物的监测分析一、SO2的测定/SO2measurement（P118）4.SO2标液的配置及其标定/SO2standardsolutionanditscalibrationNa2SO3：用Na2S2O3标定Na2SO3/Na2SO3calibratedwithNa2S2O3用KIO3标定Na2S2O3/Na2S2O3calib