北京科技大學(xué)環(huán)境監(jiān)測(cè)專業(yè)選修課課件 楊敏 chapter3

第三章空氣和廢氣監(jiān)測(cè)第一節(jié)空氣污染基本知識(shí)第二節(jié)空氣污染監(jiān)測(cè)方案的制訂第三節(jié)空氣樣品的采集方法和采樣儀器第四節(jié)氣態(tài)和蒸氣態(tài)污染物質(zhì)的測(cè)定第五節(jié)顆粒物的測(cè)定第六節(jié)降水監(jiān)測(cè)第七節(jié)污染源監(jiān)測(cè)第八節(jié)標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制第一節(jié)空氣污染基本知識(shí)一、大氣、空氣和空氣污染對(duì)人類有影響的：距地面10km地球半徑大氣厚度氮78.06%氧20.95%氬0.93%其他氣體<0.1%有害物質(zhì)：煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锏榷?、空氣污染的危害圖片來源：國家地理雜志

空氣污染對(duì)人體的危害途徑：呼吸道吸入；隨食物和飲水?dāng)z入；體表接觸侵入。1.大氣顆粒物4.氮氧化物5.光化學(xué)氧化劑3.一氧化碳2.二氧化硫空氣污染對(duì)人體健康的危害

臭氧對(duì)鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，運(yùn)動(dòng)時(shí)則吸入更嚴(yán)重。

所有大氣污染物中散布最廣的一種，嚴(yán)重阻礙血液輸氧，引起缺氧中毒。NO2對(duì)呼吸器官有刺激性，可引起肺水腫、慢性支氣管炎等疾病，若與SO2共存，則危害更重。

損害肝臟。且由于SO2通常與多種污染物共存，吸入之后產(chǎn)生的復(fù)合作用危害更大。

顆粒物的大小決定其沉積于呼吸道中的位置；化學(xué)組成決定沉積位置上對(duì)組織的影響。（一）工業(yè)企業(yè)排放的廢氣三、空氣污染源表3.1各類工業(yè)企業(yè)向空氣排放的主要污染物部門企業(yè)類別排出主要污染物電力火力發(fā)電廠煙塵、SO2、NOx、CO、苯并芘等冶金鋼鐵廠有色金屬冶煉廠焦化廠煙塵、SO2、CO、氧化鐵塵、氧化錳塵、錳塵等煙塵(Cu、Cd、Pb、Zn等重金屬)、SO2等煙塵、SO2、CO、H2S、酚、苯、萘、烴類等化工石油化工廠氮肥廠磷肥廠氯堿廠化學(xué)纖維廠硫酸廠合成橡膠廠農(nóng)藥廠冰晶石廠SO2、H2S、NOx、氰化物、氯化物、烴類等煙塵、NOx、CO、NH3、硫酸氣溶膠等煙塵、氟化氫、硫酸氣溶膠等氯氣、氯化氫、汞蒸氣等煙塵、H2S、NH3、CS2、甲醇、丙酮等SO2、NOx、砷化物等烯烴類、丙烯腈、二氯乙烷、二氯乙醚、乙硫醇、氯化甲烷等砷化物、汞蒸氣、氯氣、農(nóng)藥等氟化氫等機(jī)械機(jī)械加工廠儀表廠煙塵等汞蒸氣、氰化物等輕工燈泡廠造紙廠煙塵、汞蒸氣等煙塵、硫醇、H2S等建材水泥廠水泥塵、煙塵等（二）交通運(yùn)輸工具排放的廢氣（三）室內(nèi)空氣污染源四、空氣中的污染物及其存在狀態(tài)

（一）分子狀態(tài)污染物（二）粒子狀態(tài)污染物粒徑大于l0μm的顆粒物能較快地沉降到地面上，稱為降塵。粒徑小于10μm的顆粒物(PM10)可長期飄浮在空氣中，稱為可吸入顆粒物或飄塵（IP）。五、空氣中污染物的時(shí)空分布特點(diǎn)

與其他環(huán)境要素中的污染物質(zhì)相比較，空氣中的污染物質(zhì)具有隨時(shí)間、空間變化大的特點(diǎn)?？諝馕廴疚锏臅r(shí)空分布及其濃度與污染物排放源的分布、排放量及地形、地貌、氣象等條件密切相關(guān)。六、空氣中污染物濃度表示方法

（一）單位體積質(zhì)量濃度單位體積質(zhì)量濃度是指單位體積空氣中所含污染物的質(zhì)量數(shù)，常用mg/m3或μg/m3表示。（二）體積比濃度體積比濃度是指100萬體積空氣中含污染氣體或蒸氣的體積數(shù)，常用mL/m3和μL/m3表示。兩種濃度表示方法之間的換算：第二節(jié)空氣污染監(jiān)測(cè)方案的制訂一、監(jiān)測(cè)目的通過對(duì)環(huán)境空氣中主要污染物質(zhì)進(jìn)行定期或連續(xù)地監(jiān)測(cè)，判斷空氣質(zhì)量是否符合《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》或環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)的要求，為空氣質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)提供依據(jù)。為研究空氣質(zhì)量的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)、開展空氣污染的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及研究污染物遷移轉(zhuǎn)化情況提供基礎(chǔ)資料。為政府環(huán)保部門執(zhí)行環(huán)境保護(hù)法規(guī)、開展空氣質(zhì)量管理及修訂空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)和基礎(chǔ)資料。二、調(diào)研及資料收集（一）污染源分布及排放情況（二）氣象資料（三）地形資料（四）土地利用和功能分區(qū)情況（五）人口分布及人群健康情況三、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目類別必測(cè)項(xiàng)目按地方情況增加的必測(cè)項(xiàng)目選測(cè)項(xiàng)目空氣污染物監(jiān)測(cè)TSP、SO2、NOx、硫酸鹽化速率、灰塵自然沉降量CO、總氧化劑、總烴、PM10、F2、HF、B(a)P、Pb、H2S、光化學(xué)氧化劑CS2、Cl2、氯化氫、硫酸霧、HCN、NH3、Hg、Be、鉻酸霧、非甲烷烴、芳香烴、苯乙烯、酚、甲醛、甲基對(duì)硫磷、異氰酸甲酯等空氣降水監(jiān)測(cè)pH、電導(dǎo)率K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42－、NO3－、Cl－表3.2空氣污染常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目四、監(jiān)測(cè)站(點(diǎn))的布設(shè)（一）布設(shè)采樣站(點(diǎn))的原則和要求（二）采樣站(點(diǎn))數(shù)目的確定表3.3我國空氣環(huán)境污染例行監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)設(shè)置數(shù)目市區(qū)人口/萬人SO2、NOx、TSP灰塵自然沉降量硫酸鹽化速率<503≥3≥650～10044～86～12100～20058～1112～18200～400612～2018～30>400720～3030～40（三）采樣站(點(diǎn))布設(shè)方法

1.功能區(qū)布點(diǎn)法

2.網(wǎng)格布點(diǎn)法

3.同心圓布點(diǎn)法

4.扇形布點(diǎn)法表3.4WHO推薦的城市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站(點(diǎn))數(shù)目市區(qū)人口/萬人可吸入顆粒物SO2NOx氧化劑CO風(fēng)向、風(fēng)速≤100221111100～400552222400～800884342>80010105453圖3.1網(wǎng)格布點(diǎn)法圖3.2同心圓布點(diǎn)法圖3.3扇形布點(diǎn)法表3.550m高煙囪排放污染物最大地面濃度出現(xiàn)位置與氣象條件的關(guān)系大氣穩(wěn)定度最大濃度出現(xiàn)位置(相當(dāng)于煙囪高度的倍數(shù))不穩(wěn)定5～

10中性20左右穩(wěn)定40以上五、采樣頻率和采樣時(shí)間采樣頻率系指在一個(gè)時(shí)段內(nèi)的采樣次數(shù)。采樣時(shí)間指每次采樣從開始到結(jié)束所經(jīng)歷的時(shí)間。二者要根據(jù)監(jiān)測(cè)目的、污染物分布特征、分析方法靈敏度等因素確定。表3.6國家環(huán)保局頒布的城鎮(zhèn)空氣質(zhì)量采樣頻率和時(shí)間監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采樣時(shí)間和頻率二氧化硫隔日采樣，每天連續(xù)采樣24±0.5h，每月14～16d，每年12個(gè)月二氧化氮(或氮氧化物)同二氧化硫總懸浮顆粒物隔雙日采樣，每天連續(xù)采樣24±0.5h，每月5～6d，每年12個(gè)月灰塵自然沉降量每月采樣30±2d，每年12個(gè)月硫酸鹽化速率每月采樣30±2d，每年12個(gè)月表3.7污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有效性的規(guī)定污染物取值時(shí)間數(shù)據(jù)有效性規(guī)定SO2、NOx、NO2年平均每年至少有分布均勻的144個(gè)日均值，每月至少有分布均勻的12個(gè)日均值TSP、PM10、Pb年平均每年至少有分布均勻的60個(gè)日均值，每月至少有分布均勻的5個(gè)日均值SO2、NOx、NO2、CO日平均每日至少有18h的采樣時(shí)間TSP、PM10、B(a)P、Pb日平均每日至少有12h的采樣時(shí)間SO2、NOx、NO2、CO、O31小時(shí)平均每小時(shí)至少有45min的采樣時(shí)間Pb季平均每季至少有分布均勻的15個(gè)日均值，每月至少有分布均勻的5個(gè)日均值F月平均每月至少采樣15d以上植物生長季平均每一個(gè)生長季至少有70%個(gè)月平均值日平均每日至少有12h的采樣時(shí)間1小時(shí)平均每小時(shí)至少有45min的采樣時(shí)間六、采樣方法、監(jiān)測(cè)方法和質(zhì)量保證

根據(jù)污染物的存在狀態(tài)、濃度、理化性質(zhì)及監(jiān)測(cè)方法選擇采樣方法和儀器。盡可能選擇國家標(biāo)準(zhǔn)方法——《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）第三節(jié)空氣樣品的采集方法和

采樣儀器一、直接采樣法（一）注射器采樣（二）塑料袋采樣（三）采氣管采樣（四）真空瓶采樣圖3.5真空采氣瓶示意圖圖3.6真空采氣瓶抽真空裝置示意圖圖3.4采氣管示意圖二、富集(濃縮)采樣法（一）溶液吸收法圖3.7氣體吸收管（瓶）示意圖（二）填充柱阻留法

吸附型填充柱，分配型填充柱，反應(yīng)型填充柱。。。。。。。。顆粒狀填充劑抽氣泵﹡﹡﹡﹡﹡﹡組分

空氣圖3.8填充柱阻留法示意圖（三）濾料阻留法圖3.9顆粒物采樣夾和濾料采樣裝置示意圖（四）低溫冷凝法圖3.10低溫冷凝采樣裝置示意圖（五）靜電沉降法（六）擴(kuò)散(或滲透)法（七）自然積集法（八）綜合采樣法圖3.11標(biāo)準(zhǔn)集塵器示意圖圖3.12干法采樣集塵器示意圖1.降塵試樣采集2.硫酸鹽化速率試樣的采集三、采樣儀器（一）組成部分收集器，流量計(jì)，采樣動(dòng)力。圖3.13幾種常用的流量計(jì)示意圖皂膜流量計(jì)孔口流量計(jì)1.隔板；2.液柱；3.支架轉(zhuǎn)子流量計(jì)1.錐形玻璃管；2.轉(zhuǎn)子圖3.14攜帶式采樣器工作原理示意圖（二）專用采樣器

1.空氣采樣器收集器流量計(jì)采樣泵定時(shí)器圖3.15大氣采樣器實(shí)物照片2.顆粒物采樣器

（1）總懸浮顆粒物采樣器圖3.16大流量采樣器結(jié)構(gòu)示意圖（2）可吸入顆粒物采樣器圖3.17TSP采樣器實(shí)物照片圖3.18旋風(fēng)分塵器原理示意圖圖3.19向心式分塵器原理示意圖圖3.20三級(jí)向心式分塵器原理示意圖（3）個(gè)體劑量器圖3.21撞擊式分塵器示意圖四、采樣效率

（一）采集氣態(tài)和蒸氣態(tài)污染物質(zhì)效率的評(píng)價(jià)方法絕對(duì)比較法相對(duì)比較法

（二）采集顆粒物效率的評(píng)價(jià)方法五、采樣記錄被測(cè)污染物的名稱及編號(hào)；采樣地點(diǎn)和采樣時(shí)間；采樣流量和采樣體積；采樣時(shí)的溫度、大氣壓力和天氣情況，采樣儀器和所用吸收液；采樣者、審核者姓名。第四節(jié)氣態(tài)和蒸氣態(tài)污染物質(zhì)的測(cè)定一、二氧化硫的測(cè)定SO2是一種無色、易溶于水、有刺激性氣味的氣體，能通過呼吸進(jìn)入氣管，對(duì)局部組織產(chǎn)生刺激和腐蝕作用，是誘發(fā)支氣管炎等疾病的原因之一，特別是當(dāng)它與煙塵等氣溶膠共存時(shí)，可加重對(duì)呼吸道黏膜的損害。來源于煤和石油等燃料的燃燒、含硫礦石的冶煉、硫酸等化工產(chǎn)品生產(chǎn)排放的廢氣。測(cè)定方法：分光光度法二、氮氧化物的測(cè)定空氣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、五氧化二氮等多種形態(tài)存在，其中二氧化氮和一氧化氮是主要存在形態(tài)，為通常所指的氮氧化物(NOx)。NO為無色、無臭、微溶于水的氣體，在空氣中易被氧化成NO2。NO2為棕紅色具有強(qiáng)刺激性臭味的氣體，毒性比NO高4倍，是引起支氣管炎、肺損害等疾病的有害物質(zhì)。測(cè)定方法：鹽酸萘乙二胺分光光度法、原電池庫侖法。

原電池庫侖法測(cè)定NOx原理示意圖三、一氧化碳的測(cè)定一氧化碳(CO)是空氣中主要污染物之一，它主要來自石油、煤炭燃燒不充分的產(chǎn)物和汽車排氣。CO是一種無色、無味的有毒氣體，燃燒時(shí)呈淡藍(lán)色火焰。它容易與人體血液中的血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，使血液輸送氧的能力降低，造成缺氧癥。測(cè)定方法：氣相色譜法(GC)、汞置換法。（一）氣相色譜法（GC）圖3.25色譜法測(cè)定CO流程示意圖（二）汞置換法圖3.26汞置換法CO測(cè)定儀工作流程示意圖四、光化學(xué)氧化劑的測(cè)定總氧化劑是空氣中除氧以外的那些顯示有氧化性質(zhì)的物質(zhì)，一般指能氧化碘化鉀析出碘的物質(zhì)，主要有臭氧、過氧乙酰硝酸酯、氮氧化物等。光化學(xué)氧化劑是指除氮氧化物以外的能氧化碘化鉀的物質(zhì)，二者的關(guān)系為：

光化學(xué)氧化劑＝總氧化劑－0.269×氮氧化物測(cè)定空氣中光化學(xué)氧化劑常用硼酸碘化鉀分光光度法。五、臭氧的測(cè)定臭氧是最強(qiáng)的氧化劑之一，它是空氣中的氧在太陽紫外線的照射下或受雷擊形成的。臭氧具有強(qiáng)烈的刺激性，在紫外線的作用下，參與烴類和NOx的光化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，臭氧又是高空大氣的正常組分，能強(qiáng)烈吸收紫外線，保護(hù)人和生物免受太陽紫外線的輻射。但是，如O3超過一定濃度，對(duì)人體和某些植物生長會(huì)產(chǎn)生一定危害。測(cè)定方法：硼酸碘化鉀分光光度法、靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法。六、氟化物的測(cè)定空氣中的氣態(tài)氟化物主要是氟化氫，也可能有少量氟化硅(SiF4)和氟化碳(CF4)。含氟粉塵主要是冰晶石(Na3A1F6)、螢石(CaF2)、氟化鋁(A1F3)、氟化鈉(NaF)及磷灰石[3Ca3(PO4)2·CaF2]等。氟化物屬高毒類物質(zhì)，由呼吸道進(jìn)入人體，會(huì)引起黏膜刺激、中毒等癥狀，并能影響各組織和器官的正常生理功能。對(duì)于植物的生長也會(huì)產(chǎn)生危害。測(cè)定方法：濾膜采樣-離子選擇電極法、石灰濾紙采樣-氟離子選擇電極法。七、硫酸鹽化速率的測(cè)定污染源排放到空氣中的SO2、H2S、H2SO4蒸氣等含硫污染物，經(jīng)過一系列氧化演變和反應(yīng)，最終形成危害更大的硫酸霧和硫酸鹽霧，這種演變過程的速度稱為硫酸鹽化速率。測(cè)定方法：二氧化鉛-重量法、堿片-重量法、堿片-離子色譜法。八、總烴及非甲烷烴的測(cè)定污染環(huán)境空氣的烴類一般指具有揮發(fā)性的碳?xì)浠衔?C1～C8)，常用兩種方法表示：一種是包括甲烷在內(nèi)的碳?xì)浠衔?，稱為總烴(THC)，另一種是除甲烷以外的碳?xì)浠衔?，稱為非甲烷烴(NMHC)?？諝庵械奶?xì)浠衔镏饕獊碜允蜔捴啤⒔够?、化工等生產(chǎn)過程中逸散和排放的廢氣及汽車尾氣，局部地區(qū)也來自天然氣、油田氣的逸散。測(cè)定方法：氣相色譜法、光電離檢測(cè)法。圖3.28色譜法測(cè)定總烴流程示意圖（一）氣相色譜法圖3.29除烴凈化裝置示意圖圖3.30用除烴凈化空氣作載氣色譜流程示意圖（二）光電離檢測(cè)法九、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)和甲醛的測(cè)定VOCs是指室溫下飽和蒸氣壓超過133.32Pa的有機(jī)物，如苯、鹵代烴、氧烴等。VOCs和甲醛是人們關(guān)注的室內(nèi)空氣污染的主要有機(jī)物，具有毒性和刺激性，有的還有致癌作用。

（二）甲醛的測(cè)定酚試劑分光光度法，氣相色譜法。（一）揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的測(cè)定冷凍吸附采樣，熱解析進(jìn)樣，毛細(xì)管色譜法。圖3.31熱解析進(jìn)樣色譜分析流程示意圖十、其他污染物質(zhì)的測(cè)定

（一）苯系物的測(cè)定苯系物包括苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯等，可經(jīng)富集采樣，解吸，用氣相色譜法測(cè)定。（二）揮發(fā)酚的測(cè)定常用氣相色譜法或4-氨基安替比林分光光度法測(cè)定空氣中的揮發(fā)酚(苯酚、甲酚、二甲酚等)。

第五節(jié)顆粒物的測(cè)定TSP采樣器一、總懸浮顆粒物(TSP)的測(cè)定濾膜捕集——重量法用抽氣動(dòng)力抽取一定體積的空氣通過已恒重的濾膜，則空氣中的懸浮顆粒物被阻留在濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜質(zhì)量之差及采樣體積，即可計(jì)算TSP的濃度。

二、可吸入顆粒物(PM10)的測(cè)定可吸入顆粒物主要是指通過人的咽喉進(jìn)入肺部的氣管、支氣管區(qū)和肺泡的那部分顆粒物，具有D50(質(zhì)量中值直徑)=10μm到上截止點(diǎn)30μm的粒徑范圍，常用PM10表示。測(cè)定方法：重量法、壓電晶體差頻法（二）壓電晶體差頻法石英晶體PM10測(cè)定儀工作原理示意圖（一）重量法三、灰塵自然沉降量及其組分的測(cè)定該指標(biāo)系指在空氣環(huán)境條件下，單位時(shí)間靠重力自然沉降落在單位面積上的顆粒物量(簡稱降塵)?；覊m自然沉降量用重量法測(cè)定。有時(shí)還需要測(cè)定降塵中的可燃性物質(zhì)、可溶性和非水溶性物質(zhì)、灰分以及某些化學(xué)組分。（一）灰塵自然沉降量的測(cè)定（二）降塵中可燃物的測(cè)定（三）降塵中其他組分的測(cè)定降塵組分分析過程示意圖四、總懸浮顆粒物(TSP)中污染組分的測(cè)定（一）某些金屬元素和非金屬化合物的測(cè)定

1.樣品預(yù)處理方法

2.測(cè)定方法簡介（二）有機(jī)化合物的測(cè)定2.多環(huán)芳烴的分離1.多環(huán)芳烴的提取真空升華法提取裝置

示意圖紙層析示意圖3.苯并(a)芘的測(cè)定

高效液相色譜分析流程示意圖五、空氣污染指數(shù)計(jì)算空氣污染指數(shù)(API)是一種向社會(huì)公眾公布的反映和評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量狀況的指標(biāo)。它將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種主要空氣污染物濃度經(jīng)過處理簡化為單一的數(shù)值形式，分級(jí)表示空氣質(zhì)量和污染程度，具有簡明、直觀和使用方便的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)我國城市空氣污染的特點(diǎn)，以SO2、NOx和TSP作為計(jì)算API的暫定項(xiàng)目，并確定API為50、100、200時(shí)，分別對(duì)應(yīng)于我國空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中日均值的一、二、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的污染濃度限值，500則對(duì)應(yīng)于對(duì)人體健康產(chǎn)生明顯