大气环境监测设计.docx
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大气环境监测设计
环境监测课程设计
------大气环境监测设计方案
指导教师：
陈守文王正萍
班级：
09032701
姓名：
学号：
组员：
目录：
一、监测背景
二、监测目的
三、现场调查
3.1污染源分布级排放情况
3.2气象条件
3.3地形资料
3.4土地利用和功能分区情况
3.5人口分布
四、优化布点
五、监测计划设计
5.1检测项目的确定
5.2采样时间及频率的设定
5.3采样方法的确定
5.4样品的运送保存
5.5检测方法的确定
六、各种污染物分析检测方法、原理和质量保证
七、数据处理
八、综合评价
九、收获和体会
十、参考资料
大气环境监测设计方案
一、监测背景
南京理工大学位于钟灵毓秀、虎踞龙蟠的古都南京。
学校北依紫金山，西临明城墙，校园占地3118亩。
校园内曲塘潋滟，佳木葱茏，碧草如茵，景色宜人，与中山陵风景区浑然一体，是修身治学的理想园地。
校舍建筑总面积77.8万平方米，各类基础设施齐全，后勤服务系统完善。
监测范围：
明苑食堂，第一化学楼，第二化学楼，化工大楼
检测时间：
一年
二、监测目的
对南京理工大学环境空气中主要污染物进行定期或者连续性测定，判断校园空气质量是否符合《环境空气质量标准》为学校空气质量状况提供依据。
主要是判断明苑食堂和化学楼对学生宿舍的空气影响。
三、现场调查
1、污染物分布及排放情况
主要污染源：
名苑食堂油烟，第一、二化学楼及化工大楼实验室通风口
（1）食堂油烟
位置：
名苑食堂
排放时间：
6：
00am—7：
00am，10：
00am—12：
00am，4：
00pm—6：
00pm
主要污染物：
以油烟和水汽为主要排放气体。
食用油和食物在高温条件下发生一系列的化学反应，产生的大量热氧化分解产物，这些反应的产生物主要有醛、酮、烃、脂肪酸、醇、酯、内酯、杂环化合物、芳香族化合物等有机物，其中包含了苯并（α）芘、挥发性亚硝酸等致癌物质。
属于室内空气污染物。
油烟与烹调者健康损害之间的密切关系。
除了让肺癌风险增大之外，油烟与糖尿病、心脏病、肥胖等的危险也可能有关。
有研究证明，经常炒菜的女性体内丙烯醛代谢物、苯和巴豆醛的含量与对照相比显著升高，也有研究证明烹调工作者体内的1-羟基芘含量和丙二醛含量大大高于非烹调者。
这1-羟基芘就是多环芳烃类致癌物中的一种，而丙二醛是血液中的氧化产物，与心脏病等慢性病有密切关系。
（2）实验室排风口
位置：
一化楼、二化楼、化院大楼实验室排风口
排放时间：
8：
00am—12：
00am，2：
00pm—6：
00pm，7：
00pm—10：
00pm
主要污染物：
化学实验楼由于需要进行多种化学反应，种类较多，成分过于复杂，毒性较大，对人体影响较大。
如苯系物、甲醛、SO2、二氧化氮（NOx）等。
2、气象资料
南京属亚热带季风气候，四季分明，冬冷夏热，雨量充沛，光照充足，热量丰富，雨热同季。
常年平均降雨117天，平均降雨量1200毫米，相对湿度76%，属于湿润地区。
每年6月下旬到7月上旬为梅雨季节。
常年冬季以东北风为主，1月份平均最低温度1.6℃；夏季以东南风为主，7月份平均最高温度30.6℃。
3、地形资料
南理工位于紫金山脚下，地势较平坦，第一小区及友谊河处地势较低，地面海拔落差不大，可忽略地形的影响。
4、土地利用和功能区划分
生活区、教学区、实验科研区
5、人口分布及人群健康情况调查
以学生为主，学生人数30000人左右，教师及后勤人员3000人左右，年龄20—60岁，健康状况良好。
对于本校来说，学校人口密度较大，在一天以内各时段人口分布具有很强的规律性。
因而除了要实地考察确定人口密集的场所意外，还要分时段进行不同的检测，以便更好的达到检测的目的。
四、优化布点
根据布设点的原则和要求，并依据校园人口总数，确定不舍方法和布设点数。
先采用功能分区布点的方法，然后针对两点主要污染源分别采用适当的方法进行布点。
采样点位应尽可能的远离局部污染源，四周无遮挡雨、雪的高大树木或建筑物。
（1）针对明苑食堂、第四教学楼和学生宿舍
布点原则：
此区域包含了一个污染源，排放点源较高，应采用同心圆布点法，以名苑为中心点源，在周围区域根据具体污染情况和人力、物力条件设置一定数量的采样点。
具体要求：
由于夏季以东南风为主，所以应在西北方向多设置几个监测点。
（2）针对第一化学楼、第二化学楼和化工大楼
布点原则：
由于第一化学楼和第二化学楼以及化工大楼的多个排放口分布较为平均，所以采用网格布点法。
具体要求：
将监测区域划分成若干均匀分布网格，采样点设在两条直线的交点处，网格大小由污染源强度、人口分布及人力物力条件等确定。
五、监测计划设计
5.1监测项目的确定
地点
监测项目
选择监测项目的原因
明苑食堂，第四教学楼，学生宿舍
TSP，PM10，SO2,，二氧化氮（NOx），硫酸盐化速率，灰尘自然沉降量，VOCs
油烟中含有的VOCs及各种有机化合物可致癌
实验科研区（第一化学楼，第二化学楼，化工大楼）
TSP，PM10，SO2，二氧化氮（NOx），硫酸盐化速率，灰尘自然沉降量，总烃，VOCs，
化学实验室由于需要进行各种反应，种类较多，成分复杂，毒性较大，对人体影响较大，可致癌。
5.2采样时间及频率的设定
在的实际采样中，要做好具体的采样记录。
采样记录的内容应该有：
被监测物质的名称及编号；采样的地点和采样的时间；采样时的流量和采样体积；采样时的温度，大气压力和天气状况（并将采样体积换算成标准状况下的体积）；采样仪器和所用吸收液；采样者、审核者的姓名。
检测项目
采样时间及频率
SO2,，二氧化氮NOx
隔日采样每天连续采样24h±0.5h每月14~16d每年12个月
TSP，PM10
隔双日采样每天连续采样24h±0.5h每月5~6d每年12个月
CO
隔日采样每天连续采样24h±0.5h每月14~16d每年12个月
硫酸盐化速率
每月采样30d±2d每年12个月
灰尘自然降尘量
每月采样30d±2d每年12个月
总烃
隔日采样每天24±0.5小时每年12个月
VOCs、
B（α）P
隔日采样每天在中午10：
00am，1：
00pm，4：
00pm和7：
00pm各采两次样每次1±0.5h每月1416d每年12个月
5.3采样方法的确定
监测项目
采样方法
采样容器
SO2
四氯化钾溶液吸收法
内装四氯汞钾的多空吸收器
二氧化氮（NOx）
冰乙酸、对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺溶液吸收法
用冰乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液采样
TSP
滤膜捕集法：
使用颗粒物采集器中的采样器
中流量采样器
PM10
安装有大例子粉尘器的采样
大流量采样器
硫酸盐化速率
二氧化铅采样法；碱片重量法
采样碱片经碳酸钠-碳酸氢钠稀溶液浸取后获得样品溶液，再用离子色谱法测
灰尘自然沉降量
湿法采样
CO
注射器采样法
空气袋
总烃
注射器采样法
解吸后进入色谱仪的玻璃微球填充柱分离，进入气相色谱监测
VOCs
富集采样法
用装有固体吸附剂的采样管采样，溶剂洗脱或热解吸出被测组分
B（α）P
乙酰化滤纸采样
浓缩后于乙酰化滤纸上进行层析分离，再用丙酮洗脱
5.4样品的运送和保存
根据不同的样品的特性进行采样后，应尽快运送到实验室进行样品分析，要特别注意特殊样品的运送和保存。
检测项目
运送注意事项
SO2
应避免阳光直晒密封保存以免被氧化剂污染如不能当天分析应放在5°C冰箱中保存
二氧化氮（NOx）
样品应注意避光保存密封保存避免运输过程中的震荡防止引入其他污染物
B（α）P
样品应放在避光处或用黑纸包好放入冰箱
总烃
密封好
TSP，PM10，灰尘自然沉降量
运送保存中应注意防止空气样品受潮尽量保持取样时的湿度与温度
5.5检测方法的确定
监测项目
检测方法
SO2
四氯化钾溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法
二氧化氮（NOx）
盐酸萘乙二胺分光光度法
TSP
滤膜捕集-重量法
PM10
中流量采样-重量法
硫酸盐化速率
二氧化铅-重量法
灰尘自然沉降量
湿法采样-重量法
CO
气相色谱法
总烃
气相色谱法
VOCs
富集采样法采样溶剂洗脱被测组分气相色谱法测定
B（α）P
乙酰化滤纸层析-荧光分光光度法
六、各污染物分析监测方法和原理
6.1SO2的测定
采用四氯汞钾溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定环境空气中SO2。
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，该络合物再与甲醛及盐酸富玫瑰苯胺作用，生成紫色络合物。
其颜深浅与含量成正比。
按下式计算出浓度。
式中：
ρ：
空气中SO2浓度，mg/m3；
A：
样品试液的吸光度；
A0：
试剂空白溶液的吸光度；
Bs：
计算因子，μg/吸光度；
V0：
换算成标准状态下的采样体积，L；
Va：
测定时所取气体吸收液体积，mL；
Vt：
气样吸收液总体积，mL。
6.2NOx的测定
大气中的氮线化物主要以一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）形式存在。
它们主要来源于石化燃料高温燃烧和硝酸、化肥等生产排放的废气以及汽车排气。
采用盐酸萘乙二胺分光光度法方法测定。
用冰乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液采样空气中的NOX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氨基苯磺酸发生氮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NOX浓度成正比因此可用分光光度法测定。
式中：
A：
溶液吸光度；
A0：
空白溶液吸光度；
Bs：
单位吸光度对应的NO2-量；
Vn：
标准状态下采样气体体积，L；
0.76为NO2（气）转化为NO2-（液）的气液转化率。
吸收液吸收空气中的NO2后，并不是100%的生成亚硝酸，还有一部分生成硝酸，计算结果时需要用Saltzman实验系数f进行换算。
6.3TSP的测定
测定原理为用抽气动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜重量之差及采样体积，即可计算TSP的质量浓度。
滤膜经处理后可进行化学组分分析。
式中：
W：
阻流在滤膜上的重量，mg；
Qn：
标况下的采样流量，m3/min；
T：
采样时间，min。
6.4PM10的测定
可吸入颗粒物主要是指透过人的咽喉进入肺部的气管、支气管区和肺泡的那部分颗粒物，具有D50（质量中值直径）=10μm和上截至点30μm的粒径范围，常用PM10符号表示。
PM10对人体健康影响大是室内外环境空气质量的重要监测指标。
利用重量法测定根据采样流量不同，分为大流量采样重量法和小流量采样重量法。
大流量法使用带有10μm以上颗粒物切割器约大流量采样器采样使一定体积的大气通过采样器，先将粒径大于10μm的颗粒物分离出去，小于10μm的颗粒物被收集在预先恒重的滤膜上，根据采样前后滤膜重量之差及采样体积，即可计算出PM10的质量浓度。
6.5硫酸盐化速率
采用碱片重量法测定。
用碳酸钾溶液浸渍的玻璃纤维膜暴露空气中，碳酸钾于与空气中SO2等反应生成硫酸盐，加入BaCL2溶液将其转化为BaSO4沉淀，用重量法测定。
式中：
Ws：
样品管测得BaSO4的重量，mg；
W0：
空白管测得BaSO4的重量，mg；
S：
玻璃纤维滤膜上碳酸钾溶液的面积，cm2；
n：
采样天数准确至0.1d；
MSO2/MBASO4:
SO3与BaSO4相对分子量之比值，0.343。
6.6灰尘自然沉降量的测定
采样结束后，剔除集尘缸中的树叶及小虫等异物，其余部分定量转移至500ml烧杯中，加热蒸发浓缩至10到20ml，再转移至已恒重的瓷坩埚中，在电热板上蒸干后，于105℃正负5°C烘箱中烘至恒重，计算降尘量：
式中：
W1：
坩埚和乙二醇水溶液蒸干烘干恒重后的重量，g；
W0：
烘干恒重的坩埚重量，g；
Wa：
加入的乙二醇水溶液经蒸发和烘干后的重量，g；
S：
集尘缸口的面积，cm2；
n：
采集天数精确到0.1d。
6.7CO的测定
因为无自动采样仪器，故本实验采用气相色谱法测定。
该法测定原理基于将空气中的CO、CO2、甲烷经经TDX-01碳分子筛柱分离后，于氢气流中在镍催化剂（360°左右）作用下，CO、CO2皆转化为CH4，然后用氢火焰离子化检测器分别测定上述三种物质，其出峰顺序为CO、CO2、CH4、CO2。
测定时，先在预定实验条件下用定量管加入各组分的标准气样，记录色谱峰，测其峰高，按下式计算定量矫正值：
式中：
K：
定量校正值，每mm峰高代表的CO（或CH4、CO2）浓度mg/m3；
Ρs：
标准气样中CO或CH4、CO2浓度mg/m3；
Hs：
标准气样中CO或CH4、CO2峰高mm。
在与上面同样条件下测定气样，测量各组分峰高（hs），按下式计算CO（或CH4、CO2）的浓度（ρx）：
Px=hs*K
6.8总烃的测定
气相色谱法的原理基于以氢火焰离子化检测器分别测定气样中总烃和甲烷烃含量，两者之差即为非甲烷烃含量。
在选定色谱条件下，将空气试样，甲烷标准气及除烃净化空气依次分别经定量和六通阀注入，通过色谱仪进入监测器，得到三种气样色谱峰，空气试样总烃峰高ht甲烷标准氧气峰高为hs除烃净化空气峰高为ha。
在相同色谱条件下，将空气试样，甲烷标准气试样通过定量六通阀分别注入仪器，经分离柱到达检测器，可依次得到气样中甲烷的峰高hm和标准甲烷气峰高hs’。
总烃以（CH4计,mg/m3）=（ht-ha）ps/ha
甲烷（mg/m3）=hmps/hs
Ps：
甲烷标准气浓度mg/m3
6.9VOCs的测定
溶剂洗脱或热解吸出被测组分，用气相色谱法测定。
以二氧化碳作溶剂配置苯，甲苯和氯仿四组分的混合标准溶液系列，作为VOCs标准溶液。
测定时，先分别进样测定标准溶液系列，并绘制标准曲线系列，然后测定样品溶液中各组分，然后根据其峰高或峰面积和标准曲线、采气体积计算空气中VOC的浓度。
6.10B（α）p的测定
用乙酰化滤纸层析-荧光分光光度法，将采集在玻璃纤维滤上的颗粒物中B（α）p及有机溶剂可溶物质在索氏提取器中用环己烷提取，再经浓缩，点于乙酰化滤纸上进行层析分离，所得B（α）p斑点用丙酮洗脱，以荧光分光光度法测定。
当才气体积为40m3时，最低检出浓度为0.002ug/100m2.。
以367nm波长激发在402nm及408nm处发射荧光。
F=F405-（F405+F408）/2
B（α）p（ug/m3）=（F2-F0）*M*R/VN（F1-F0）
式中：
F2：
样品斑点洗脱液相对荧光度；
F0：
空白点洗脱液相对荧光度；
F1：
标准样斑点洗脱液相对荧光度；
M：
标准斑点中苯并芘量/ug；
R：
提取液总量和点样量之比值；
VN：
标准状况下的采样体积，m3。
七、数据处理
1、对测量的数据进行修约，用狄克逊检验法对可疑数据进行取舍，求出平均值x和标准偏差s和相对标准偏差Cv用（x±sCv）表示结果。
2、由于空气采样时的体积随温度的变化而变化，所以要注意按公式中的要求换算，气体体积换算公式如下：
V0=Vt*（273/273+t）*p/101.325
式中：
V0：
标准状态下采样体积；
Vt：
现场状态下的采样体积；
T：
采样时的温度；
P：
采样时的大气压力。
3、注意不同污染物浓度的换算，公式如下：
Cp=22.4*C/M
式中：
Cp：
以ppm表示的气体浓度；
C：
以mg/m3表示的气体浓度；
M：
污染物的分子量。
八、综合评价
通过对学校教学的调查和研究分析，我们发现，总体来说，校园的大气环境还是很令人满意的，特大污染源较少，为数不多的美中不足是食堂及化学实验室排放出的一些油烟及未经处理的有害气体等。
生活区中主要的污染源是油烟，这是不可避免的，食堂做饭所产生的油烟，我们所能做的就是采用能充分燃烧的燃料，这样造成的污染也就会相对减少。
教学区、住宿区中没有明显的污染源，唯一能够造成少量污染的是教学楼中的少量空调中使用的氟利昂。
科研实验区的污染相对比较严重，这是不可避免的污染源，学校要进行正常的科研及教学活动，必须排放一些有害气体，需要在在实验中注意规范操作。
九、收获和体会
在这一周的大气环境监测课程设计中，加强了我们对学校的了解，不仅大气环境监测的相关知识得到了巩固，而且在资料查找的过程中对很多细节性的问题有了新的了解，同时也在实践中很好的应用了理论知识，并且详细了解了环境监测在实际运用中的具体流程和许多注意事项。
在这个过程中深刻的体会到了，环境监测工作看似很简单，但是在实际的操作中还是有许多值得注意的地方，比如如何优化布点，样品的采集和运送时需要注意的问题，这些知识和能力并不是我们简单的通过看书就能得到的，而是应该依靠不断的实践来总结经验的。
环境是人类生存与发展的基本和前提，而人类的生产生活活动对环境造成的影响是无所不在也是举足轻重的。
要做一名合格的环境工作者更要认识到环境的重要性，要意识到自己肩上的责任是多么重大。
在学习中，我们不仅要认真学习专业知识，还必须在各个课程设计和实际例环境监测子中去体会专业知识的应用，并通过不断的实践来磨练自己，使所学到的专业知识融会贯通，懂得学以致用，让自己真正成为一名合格的环境工作者。
十、参考资料
1.环境空气质量标准GB3095—1996
2.环境监测（第三版）
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