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1、第三章 空气和废气监测,第一节 空气污染基本知识,第二节 空气污染监测方案的制订,第三节 空气样品的采集方法和采样仪器,第四节 气态和蒸气态污染物质的测定,第五节 颗粒物的测定,第六节 降水监测,第七节 污染源监测,第八节 标准气体的配制,第一节 空气污染基本知识,二、空气污染的危害,图片来源：国家地理杂志,空气污染对人体的危害途径：呼吸道吸入；随食物和饮水摄入；体表接触侵入。,1. 大气颗粒物,4. 氮氧化物,5. 光化学氧化剂,3. 一氧化碳,2. 二氧化硫,空气污染对人体健康的危害,臭氧对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时则吸入更严重。,所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血
2、液输氧，引起缺氧中毒。,NO2对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性支气管炎等疾病，若与SO2共存，则危害更重。,损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后产生的复合作用危害更大。,颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置；化学组成决定沉积位置上对组织的影响。,（一）工业企业排放的废气,三、空气污染源,表3.1 各类工业企业向空气排放的主要污染物,（二）交通运输工具排放的废气,（三）室内空气污染源,四、空气中的污染物及其存在状态,（一）分子状态污染物 （二）粒子状态污染物 粒径大于l0m的颗粒物能较快地沉降到地面上，称为降尘。 粒径小于10m的颗粒物(PM10)可长期飘浮在空气中，称为
3、可吸入颗粒物或飘尘（IP）。,五、空气中污染物的时空分布特点,与其他环境要素中的污染物质相比较，空气中的污染物质具有随时间、空间变化大的特点。 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。,六、空气中污染物浓度表示方法,（一）单位体积质量浓度 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，常用mg/m3或g/m3表示。 （二）体积比浓度 体积比浓度是指100万体积空气中含污染气体或 蒸气的体积数，常用mL/m3和L/m3表示。 两种浓度表示方法之间的换算：,第二节 空气污染监测方案的制订,一、监测目的,通过对环境空气中主要污染物质进行定期
4、或连续地监测，判断空气质量是否符合环境空气质量标准或环境规划目标的要求，为空气质量状况评价提供依据。 为研究空气质量的变化规律和发展趋势、开展空气污染的预测预报以及研究污染物迁移转化情况提供基础资料。 为政府环保部门执行环境保护法规、开展空气质量管理及修订空气质量标准提供依据和基础资料。,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,三、监测项目,表3.2 空气污染常规监测项目,四、监测站(点)的布设,（一）布设采样站(点)的原则和要求 （二）采样站(点)数目的确定,表3.3 我国空气环境污染例行监测
5、采样点设置数目,（三）采样站(点)布设方法 1. 功能区布点法 2. 网格布点法 3. 同心圆布点法 4.扇形布点法,表3.4 WHO推荐的城市空气自动监测站(点)数目,图3.1 网格布点法,图3.2 同心圆布点法,图3.3 扇形布点法,表3.5 50m高烟囱排放污染物最大地面浓度出现位置与气象条件的关系,五、采样频率和采样时间,采样频率系指在一个时段内的采样次数。 采样时间指每次采样从开始到结束所经历的时间。 二者要根据监测目的、污染物分布特征、分析方法灵敏度等因素确定。,表3.6 国家环保局颁布的城镇空气质量采样频率和时间,表3.7 污染物监测数据统计有效性的规定,六、采样方法、监测方法和
6、质量保证,根据污染物的存在状态、浓度、理化性质及监测方法选择采样方法和仪器。 尽可能选择国家标准方法空气和废气监测分析方法（第四版）,第三节 空气样品的采集方法和采样仪器,一、直接采样法,（一）注射器采样 （二）塑料袋采样 （三）采气管采样 （四）真空瓶采样,图3.5 真空采气瓶示意图,图3.6 真空采气瓶抽真空装置示意图,图3.4 采气管示意图,二、富集(浓缩)采样法,（一）溶液吸收法,图3.7 气体吸收管（瓶）示意图,（二）填充柱阻留法 吸附型填充柱，分配型填充柱，反应型填充柱。,。,颗粒状填充剂,抽气泵, ,组分,空气,图3.8 填充柱阻留法示意图,（三）滤料阻留法,图3.9 颗粒物采样
7、夹和滤料采样装置示意图,（四）低温冷凝法,图3.10 低温冷凝采样装置示意图,（五）静电沉降法 （六）扩散(或渗透)法 （七）自然积集法,（八）综合采样法,图3.11 标准集尘器示意图,图3.12 干法采样集尘器示意图,1. 降尘试样采集,2. 硫酸盐化速率试样的采集,三、采样仪器,（一）组成部分 收集器，流量计，采样动力。,图3.13 几种常用的流量计示意图,皂膜流量计,孔口流量计 1.隔板；2.液柱；3.支架,转子流量计 1.锥形玻璃管；2.转子,图3.14 携带式采样器工作原理示意图,（二）专用采样器 1. 空气采样器,收集器,流量计,采样泵,定时器,图3.15 大气采样器实物照片,2.
8、 颗粒物采样器（1）总悬浮颗粒物采样器,图3.16 大流量采样器结构示意图,KC-1000型大流量TSP采样器,（2）可吸入颗粒物采样器,图3.17 TSP采样器实物照片,图3.18 旋风分尘器原理示意图,图3.19 向心式分尘器原理示意图,图3.20 三级向心式分尘器原理示意图,（3）个体剂量器,图3.21 撞击式分尘器示意图,四、采样效率,（一）采集气态和蒸气态污染物质效率的评价方法 绝对比较法 相对比较法,（二）采集颗粒物效率的评价方法,五、采样记录,被测污染物的名称及编号； 采样地点和采样时间； 采样流量和采样体积； 采样时的温度、大气压力和天气情况，采样仪器和所用吸收液； 采样者、审
9、核者姓名。,第四节 气态和蒸气态污染物质的测定,一、二氧化硫的测定,SO2是一种无色、易溶于水、有刺激性气味的气体，能通过呼吸进入气管，对局部组织产生刺激和腐蚀作用，是诱发支气管炎等疾病的原因之一，特别是当它与烟尘等气溶胶共存时，可加重对呼吸道黏膜的损害。 来源于煤和石油等燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸等化工产品生产排放的废气。 测定方法：分光光度法、恒电流库仑滴定法。,二氧化硫采样及样品保存,1.短时间采样：根据空气中二氧化硫浓度的高低，采用内装10mL吸收液的U形多孔玻板吸收管，以O.5Lmin的流量采样。采样时吸收液温度的最佳范围在2329。 2.24h连续采样：用内装50mL吸收液的
10、多孔玻板吸收瓶，以0.20.3Lmin的流量连续采样24h。吸收液温度须保持在2329范围。 3.放置在室(亭)内的24h连续采样器，进气口应连接符合要求的空气质量集中采样管路系统，以减少二氧化硫气样进入吸收器前的损失。 4.样品运输和储存过程中，应避光保存。,1、四氯汞钾溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法,空气中的SO2被四氯汞钾溶液吸收后，生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，该络合物与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺作用，生成紫色络合物，其颜色深浅与SO2含量成正比，可用分光光度法比色定量。,2、甲醛缓冲液吸收-盐酸副玫瑰苯胺 分光光度法,气样中的SO2被甲醛缓冲液吸收后，生成稳定的羟基甲基磺酸加成化合物，
11、加入氢氧化钠溶液使加成化合物分解，释放出SO2与盐酸副玫瑰苯胺反应，生成紫红色络合物，其最大吸收波长为577nm，用分光光度法定量。,3、钍试剂分光光度法,空气中SO2用过氧化氢溶液吸收并氧化成硫酸。硫酸根离子与定量加入的过量高氯酸钡反应，生成硫酸钡沉淀，剩余钡离子与钍试剂作用生成紫红色的钍试剂-钡络合物，据其颜色深浅，间接进行定量测定。,4、定电位电解法,当气样中SO2的通过透气隔膜进入电解池后，在工作电极上迅速发生氧化反应，所产生的极限扩散电流与SO2浓度成正比。,二、氮氧化物的测定,空气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、五氧化二氮等多种形态存在，其中二氧化氮和一氧
12、化氮是主要存在形态，为通常所指的氮氧化物(NOx)。 NO为无色、无臭、微溶于水的气体，在空气中易被氧化成NO2。NO2为棕红色具有强刺激性臭味的气体，毒性比NO高4倍，是引起支气管炎、肺损害等疾病的有害物质。 测定方法：盐酸萘乙二胺分光光度法、原电池库仑法。,1、盐酸萘乙二胺分光光度法,用冰乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成与吸收液采样，空气中NO2的被吸收转变成亚硝酸和硝酸。在冰乙酸存在条件下，亚硝酸与对胺基苯磺酸发生重氢化反应，然后再与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色偶氮染料，其颜色深浅与气样中NO2的浓度成正比，用分光光度法比色定量。,（1）酸性高锰酸钾溶液氧化法,空气中NO2被串联的
13、第一支吸收瓶中吸收液吸收生成偶氮染料，空气中NO的不与吸收液反应，通过氧化管被氧化为NO2后，被串联的第二支吸收瓶中的吸收液吸收生成粉红色的偶氮染料，分别于波长540-545nm之间处测量其吸光度，用分光光度法比色定量。,（2）三氧化铬-石英砂氧化法,空气中氮氧化物经过三氧化铬-石英砂氧化管后，以二氧化氮的形式与吸收液中的对氨基磺酸进行重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺偶合，生成粉红色的偶氮染料，分别于波长540-545nm之间处测量其吸光度，用分光光度法比色定量。,图3.22 空气中NO2、NO、和NOx采样流程示意图,图3.23 原电池库仑法测定NOx原理示意图,2、原电池库仑法,气样中的NO2
14、进入库仑池与电解液中的I-反应，将其氧化为I2，而生成的I2又立即在铂网阴极上还原为I- ，便产生微小电流。如果电流效率达100%，则在一定条件下，微电流大小与气样中NO2浓度成正比，故可根据法拉第电解定律将产生的电流换算成NO2的浓度。,图3.24 原电池库仑法NOx监测仪气路示意图,三、一氧化碳的测定,一氧化碳(CO)是空气中主要污染物之一，它主要来自石油、煤炭燃烧不充分的产物和汽车排气。 CO是一种无色、无味的有毒气体，燃烧时呈淡蓝色火焰。它容易与人体血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血液输送氧的能力降低，造成缺氧症。 测定方法：气相色谱法(GC)、汞置换法。,一氧化碳的测定,1
15、、气相色谱法 空气中的CO、CO2和甲烷经TDX-01碳分子筛柱分离后，于氢气流中在镍催化剂作用下，CO、CO2皆能转化为CH4，然后用氢火焰离子化检测器分别测定上述三种物质，由其峰高确定其浓度。,（一）气相色谱法（GC）,图3.25 色谱法测定CO流程示意图,一氧化碳的测定,2、汞置换法 气样中的CO与活性氧化汞在180 200 发生反应,置换出汞蒸气,带入冷原子吸收测汞仪测定汞的含量,再换算成CO的浓度. 尘埃、水蒸气、二氧化硫、丙酮、甲醛、乙烯、乙炔等干扰物质通过灰尘过滤器、活性炭管、分子筛管及硫酸亚汞硅胶管等净化装置除去。,（二）汞置换法,图3.26 汞置换法CO测定仪工作流程示意图,四、光化学氧化剂的测定,总氧化剂是空气中除氧以外的那些显示有氧化性质的物质，一般指能氧化碘化钾析出碘的物质，主要有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、氮氧化物等。光化学氧化剂是指除氮氧化物以外的能氧化碘化钾的物质，二者的关系为： 光化学氧化剂总氧化剂0.269氮氧化物 测定空气中光化学氧化剂常用硼酸碘化钾分光光度法。,光化学氧化剂的测定,硼酸-碘化钾分光光度法 用硼酸-碘化钾吸收溶液吸收溶液吸收空气中的臭氧及其它氧化剂,碘离子被氧化析出碘分子的量与臭氧等氧化剂有定量关系,于352nm处测定游离碘的吸光度,与标准色列吸光度比较,可得总氧化剂浓度,扣除NOx参加反应的部分后,即为
