教学课件第4章 大气和废气监测1.ppt
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2、3 颗粒状污染物的测定4.4 气态污染物的测定4.5 大气降水监测4.6 污染源监测 4.7 大气污染生物监测 4.8 室内环境污染物监测 4.1 概 述 4.1.1 大气的组成 1.大气与空气 大气是指地球周围所有空气的总和,其厚度为10001400km。在环境污染领域中,“空气”和“大气”常作为同义词使用,一般不予区分。 2.大气的组成 自然状态的大气是由无色、无味、无臭的空气、水蒸气、尘埃三部分组成。4.1.2 大气污染及来源1.大气污染 当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,从而影响和危害人们的生
3、活、工作和健康,损害自然资源、工农业生产及物品、材料等,这种现象被称为大气污染。 2.大气污染源 (1)自然污染源 (2)人为污染源 人为污染源按来源可分为三个方面:工业企业排气;家庭炉灶与取暖设备排气;交通工具排气。根据污染源的几何形状和在大气中的影响范围划分为点源、线源和面源。4.1.3 大气污染物及分类 1.大气中的主要污染物 2.大气污染物的分类 (1)按污染物在大气中的存在状态 颗粒状污染物 气态污染物 (2)按大气污染物的形成过程 一次污染物 二次污染物 3.大气污染物的特点 时间性 空间性 二次污染4.1.4 大气监测项目及监测目的1.大气监测项目 (1)必测项目 二氧化硫、二氧
4、化氮、可吸入颗粒物(飘尘)、灰尘自然沉降量(降尘)。 (2)选测项目 一氧化碳、总悬浮颗粒物、硫酸盐化速率、光化学氧化剂、氟化物、铅、汞、苯并a芘、总烃及非甲烷烃。 2.监测目的 (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订的大气质量标准,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。4.2 大气样品的采集 进行大气污染监测时,要采集到具有代表性,能准确地反映大气污染状
5、况的大气样品,必须控制好以下几个步骤:首先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,布设采样网点,选择采样方法、时间、频率和监测技术,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。 4.2.1 收集资料、调查研究 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 6.监测区域以往的大气监测资料4.2.2 采样点的布设 1.布点原则(1)采样点应具有代表性,设在整个监测区域的高、中、低三种不同污染物浓度的地方。(2)各采样点的设置条件要尽可能一致或标准化,使获得的监测数据具有可比性。(3)
6、采样点要选择在开阔地带,周围不应有任何障碍物,应避开树木和吸附能力较强的建筑物(4)采样高度应根据监测目的而定。(5)必须设置一个或几个对照点,即本底采样点,应选在清洁不受污染的地方。 图4-1 网格布点法2.布点方法(1)功能区布点法(2)网格布点法 图4-2 同心圆布点法(3)同心圆布点法 图4-3 扇形布点法(4)扇形布点法 在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,同心圆或弧线不宜等距离划分,而是靠近最大浓度值的地方密一些,以免漏测最大浓度的位置。 在一个监测区域内,采样点设置数目应根据监测范围的大小、人口密度的分布、污染物的空间分布情况以及依据气象、地形、经济条
7、件等因素综合考虑确定。表4-1列出中国对大气环境污染例行监测采样点规定的设置数目。表4-1 中国大气环境污染例行监测采样点设置数目 3.采样时间和采样频率 采样时间指每次从开始到结束所经历的时间,也称采样时段。采样频率指一定范围内的采样次数。采样时间和频率要根据监测目的、污染物分布特征及人力物力等因素决定。 最佳采样和测定方式是使用自动采样仪器进行连续自动采样,再配以污染组分连续或间歇自动监测仪器,其监测结果能很好地反映污染物浓度的变化,能取得任意一段时间(一天,一月或一季)的代表值(平均值)。中国监测技术规范对大气污染例行监测规定的采样时间和采样频率见表4-2。表4-2 大气污染例行监测规定
8、的采样时间和采样频率 4.2.3 采样方法 根据大气污染物的存在状态、浓度、物理化学性质以及监测方法灵敏度的不同,要求选择不同的采样方法。 大气污染物的采集方法可分为两类:直接采样法和浓缩(或富集)采样法。 1.直接采样法 (1)注射器采样法 (2)塑料袋采样法(3)采气管采样法(4)真空瓶采样法 按下式计算 V = V式中 V现场状态下的采样体积,L; V真空瓶容积,L; P采样时采样点的大气压力,kPa; P真空瓶内剩余压力,kPa。PPP注射器塑料袋采气管真空瓶2.浓缩采样法 浓缩采样法也称为富集采样法,是指使大量的样气通过吸收液或固体吸收剂,浓度较小的污染物被吸收或阻留后浓缩,然后分析
9、测定。 (1)溶液吸收法 方法原理 吸收液的选择原则 吸收管(瓶)(2)固体阻留法 填充柱阻留法 滤料阻留法 图4-9 滤膜采样装置 1-泵;2-流量调节阀;3-流量计;4-采样夹 (3)低温冷凝法 图4-10 低温冷凝法采样装置1-过滤器;2-采样器;3-冷阱 (4)自然积集法 4.2.4 采样仪器 1.直接采样法采样仪器 直接采样法采样时直接用注射器、塑料袋、采气管、真空瓶等仪器即可 2.浓缩采样法采样仪器 浓缩采样法使用的采样仪器主要由收集器、流量计和抽气动力三部分组成。 (1)颗粒物采样器总悬浮颗粒物(TSP)采样器 图4-11 大流量TSP/PM 10 采样器 1-流量记录器;2-流
10、量控制器;3-抽气风机;4-滤膜夹; 5-铝壳;6-工作计时器;7-计时器的程序控制器 可吸入颗粒物(PM 10 )采样器 可使用大流量采样器或中小流量采样器采样。但在装置的进气口和采样夹之间要加设一个切割器。使气流中大于10m粒子和小于10m粒子分别先后被切割器和采样夹所阻留,从采样夹中所得到的即是采样样品(PM 10 )。 (2)气态污染物采样器 气态污染物采样器分为固定式(恒温恒流)和便携式两种类型。 4.2.5 采样效率 1.采集气态和蒸气态污染物效率的评价方法(1)绝对比较法 K= 100% (2)相对比较法 K= 100% 式中,c 1 、c 2 、c 3 分别为第一、第二、第三管
11、中分析测得的污染物浓度。01cc3211cccc2.采集颗粒物效率的评价方法(1)颗粒数比较法 K= 100% 式中 nl 进入滤料前空气中的颗粒数,即总颗粒数,个; n2 进入滤料后空气中的颗粒数,个。 (2)质量比较法 K= 100% 式中 m1 采集颗粒物的质量,g; m2 采集颗粒物的总质量,g。121nnn21mm 4.2.6 采样记录 采样记录内容有:污染物的名称及采样编号;采样地点和采样时间;采样流量;采样体积及采样时的温度和大气压力;换算成标准状况的采样体积;采样仪器、采样方法、吸收液及采样时天气状况及周围情况;采样者、审核者姓名等。 4.2.7 大气污染物气体体积换算与 浓度
12、表示 1.气体体积换算 Vt = Qm 式中 V t现场状态下的采样体积,L; Q气体流量,L/min; m采样时间,min。 V 0 =式中 V0 换算成标准状态(0,101.325 kPa)下的采样体积,L或m3 ; Vt 现场状态下的采样体积,L或m3 ; t采样时采样点的温度,; P采样时采样点的大气压力,kPa。325.101273273PtVt2.污染物浓度的表示方法(1)用单位体积气体中所含被测污染物的质 量表示 = 式中 被测污染物的质量浓度,mg/m3 或 g/m3 ; m被测污染物的质量,mg或g; V0 换算成标准状况下的采样体,m3 。0Vm(2)用被测污染物体积与气样
13、总体积的体积比表示 x = 式中 x被测污染物体积与气样总体积的 体积比,L/L或mL/m3 ; V1 换算成标准状况下的被测污染 物体积,L或mL; V0 换算成标准状况下的采样总体积,L或m3 。01VV 上述两种表示方法可以相互换算,其换算公式如下式。 x = 式中 x以mL/m3 表示的气体浓度; 以mg/m3 表示的气体浓度; M被测污染物的摩尔质g/mol; 22.4标准状态下(0,101.325kPa)气体的摩尔体积,L/mol。M4.22【例题】 已知测定某采样点大气中的SO2 含量时,现场温度为25,大气压力为100kPa。用溶液吸收法采样,采气流量为0.50L/min,采样
14、时间为30min。采样后用分光光度法测得全部吸收液中SO2 的质量为2.2g。求标准状态时该采样点大气中SO2 的浓度,用mg/m3和mL/m3 表示。解:(1)求采样体积V t 和V 0 V t = Q m = 0.50 30 = 15 L V 0 = = = 13.56L (2)求SO2 的浓度 用mg/m 3 表示:SO2 (mg/m3)= = =0.16 用mL/m3 表示:SO2 (mL/m3)= = = 0.057 325.101273273PtVt325.101100252732731501VV0Vm331056.13102 . 26601056.134 .2264102 . 2
15、4 .22VMm4.3 颗粒状污染物的测定 4.3.1 总悬浮颗粒物的测定 1.测定方法 2.测定原理 3.测定过程 4.计算公式 TSP(mg/m3)= 103 式中 W2 采样后滤料质量,g; W1 采样前滤料质量,g; V0 换算成标准状况下的采样体积,m3 。 012VWW5.注意事项 (1)每张滤膜要用X射线片机检查,不得有针孔或缺陷。 (2)两台采样器放在不大于4m、不小于2m的距离内,同时采样测定总悬浮颗粒物含量,相对偏差应不大于15%。 (3)注意采样前后恒重条件的一致性。 6.总悬浮颗粒物中主要组分分析(1)金属元素 样品预处理 测定 (2)无机盐(3)有机化合物 多环芳烃的
16、测定,一般要经过采样、提取、分离、测定四个步骤。 多环芳烃的提取 图4-12 真空充氮升华法提取装置1-电炉;2-烧瓶;3-采尘滤膜;4-玻璃棉;5-温度计;6-升华管;7-真空泵 多环芳烃的分离苯并a芘的测定常用色谱法(气相色谱或液相色谱)4.3.2 可吸入颗粒物的测定 1.测定方法 2.测定原理 3.测定过程 4.计算公式 PM10(mg/m3)= 103 式中 W2 采样后滤料质量,g; W1 采样前滤料质量,g; V0 换算成标准状况下的采样体积,m3。012VWW5.注意事项 (1)选好切割器并校准; (2)采样系统变异系数小于15%,流量变化 在额定流量的10%内; (3)选好滤膜
17、并处理好; (4)选择合适的采样点。 4.3.3 自然降尘量的测定 自然降尘简称降尘,指在空气环境条件下,靠重力自然降落在地面上的颗粒物,其粒径多在10m以上。 1.测定方法 2.测定原理 3.测定过程 (1)降尘总量的测定 (2)降尘总量中可燃物的测定4.计算公式 (1)降尘总量的计算 降尘总量t /(km2 30d)= 30104 式中 W1 降尘、瓷坩埚和乙二醇水溶液蒸发至干并在(1055)恒重后的质量,g; W0 在(1055)烘干的瓷坩埚质量,g; Wc 与采样操作等量的乙二醇水溶液蒸发至干并在(1055)恒重后的质量,g; S集尘缸口面积,cm2 ; n采样天数,准确到0.1d。
18、nSWWWc01(2)降尘中可燃物的计算可燃物量t / (km2 30d)= 30104 式中 W1 降尘、瓷坩埚和乙二醇水溶液蒸发至干并在(1055)恒重后的质量,g; W0 在(1055)烘干的瓷坩埚质量,g; W c 与采样操作等量的乙二醇水溶液蒸发至干并在(1055)恒重后的质量,g; W2 降尘、瓷坩埚及乙二醇水溶液蒸发残渣于600灼烧后的质量,g; Wb 瓷坩埚于600灼烧后的质量,g; Wd 与采样操作等量的乙二醇水溶液蒸发残渣于600 灼烧后的质量,g; S集尘缸口面积,cm2 ; n采样天数,准确到0.1d。 nSWWWWWWdbc)()(201 5.注意事项(1)大气降尘是
19、指可沉降的颗粒物,故应除去树叶、枯枝、鸟粪、昆虫、花絮等干扰物;(2)每一个样品所使用的烧杯、瓷坩埚等的编号必须一致,并与其相对应的集尘缸的缸号一并及时填入记录表中;(3)瓷坩埚在烘箱、马弗炉及干燥器中,应分开放置,不可重叠;(4)蒸发浓缩实验要在通风柜中进行,样品在瓷坩埚中浓缩时,不要用水洗涤坩埚,否则将在乙二醇与水的界面上发生剧烈沸腾使溶液溢出。当浓缩至20mL以内时应降低温度并不断摇动,使降尘粘附在瓷坩埚壁上,避免样品溅出。测定Wc 、Wd 时所用乙二醇水溶液与加入集尘缸的乙二醇水溶液应是同一批溶液;(5)应尽量选择缸底比较平的集尘缸,可以减少乙二醇的用量。4.4 气态污染物的测定4.4
20、.1 二氧化硫的测定 1.来源及毒性二氧化硫是大气中主要污染之一。 2.测定方法 3.测定原理 (1)四氯汞钾溶液吸收盐酸副玫瑰苯胺分光光度法(简称四氯汞钾法) (2)甲醛缓冲溶液吸收盐酸副玫瑰苯胺分光光度法(简称甲醛法) 4.4.2 氮氧化物的测定 1.来源及毒性 2.测定方法 3.Saltzman法 (1)测定原理(2)测定(3)计算 二氧化氮(NO2 ,mg/m3 )=一氧化氮(以NO2 计,mg/m3 )=氮氧化物(以NO2 计,mg/m3 )= cNO2 + cNO001)(VfbDVaAA001)(VkfbDVaAA注意事项 空气中臭氧浓度超过0.250mg.m 3 时,对氮氧化物
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