第四章大气监测.docx
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第四章大气监测
第四章大气监测
本章教学目的、要求
1.掌握大气监测基本概念；
2.熟悉大气监测方案的制定程序；
3.掌握环境空气质量监测技术；
4.掌握大气污染源监测技术。
本章重点
1采样布点方法；
2NO2、SO2、CO、O3、PM10等主要污染物的采样测定技术；
3烟道气测试技术。
本章难点
1.大气中SO2的采样测定技术；
2.烟尘等速采样原理。
本章教学目录
4.1大气污染
4.2大气污染监测方案的制定
4.3大气污染物的测定
4.4大气污染源监测
4.5室内空气监测
4.6酸雨监测
4.7大气污染的生物监测
4.1大气污染
一、大气
大气是指包围在地球外围的厚厚的大气层，是人类和动物摄取氧气的源泉，是植物所需的二氧化碳的贮存库，是环境介质的组成部分之一，也是环境能量流传的重要环节。
1、大气圈
在自然地理学上，把随地球旋转的大气层称为大气圈。
在通常状态下，可以认为从地表至1000-1400km的气层作为大气圈的厚度。
在大气圈中的大气分布不均匀，随着离地表高度的增加，大气越来越稀薄。
2、大气圈的组成
根据大气圈中大气组成状况以及大气垂直高度上大气的温度变化，大气圈可分为对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。
对大气污染来说，指的是发生在离地面约10公里之内大气总量95%左右的对流层里。
特别是指离地面1公里内的大气圈里，即边界层里。
二、大气的组成
1、干洁大气
干洁大气主要由O2、N2和稀有气体组成。
在近地层大气中这些气体组分地含量几乎可认为使不变的，它们约占大气总量的99.96%。
2、水蒸汽
水蒸汽含量因时因地而变化，在干旱地区可低至0.02%，而在南方温暖湿润气候下可高达6%。
3、各种固体杂质
各种杂质（如粉尘、烟、有害气体等），则因自然活动或人类活动的影响，无论种类还是含量，变动都很大，甚至导致大气污染。
三、大气污染
1、定义：
根据国际标准组织（ISO）作出定义：
大气污染通常系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体健康、舒适感和环境。
引起大气污染的物质叫大气污染物。
图4-1-1大气污染
2、大气污染三要素
大气污染是由污染源、大气作用（如受风速、风向、气压温度等作用）和承受体（人体、动植物、物品）三个环节组成，称之为大气污染三要素。
3、危害：
（1）大气污染对人体健康的影响
（2）大气污染对气候的影响
（3）大气污染对臭氧层的破坏
（4）酸沉降
图4-1-2大气污染严重的城市
图4-1-3酸雨腐蚀后的森林
四、大气监测
1、定义：
大气监测，就是用科学的布点、采样和分析测量方法等对大气污染物或大气环境行为进行长时间定期或连续测定，以获取能反映大气质量的代表性数据的过程。
要正确理解大气监测，就必须理解监测的对象、目的、任务以及大体分类。
2、大气监测的对象：
大气监测的主要对象是大气中有害有毒的物质及有关的气象因素。
3、大气监测的目的：
1）贯彻执行环境保护法；
检查工业污染物排放浓度或排放量是否符合国家排放标准，大气质量是否符合国家的大气质量标准，为各项环境保护工作提供数据。
2）加强企业环保管理；
评价“废气”净化装置性能，加强日常维护使用和科学的管理，为新的净化装置设计提供依据。
3）．开展环境监测科学研究。
为污染源和环境影响评价提供必要数据，为探索污染物质的迁移、转化、扩散、稀释的规律，为防治环境污染、为环境管理法规、标准的制定以及为城市或企业的合理规划布局提供有力的依据。
4、大气监测的任务：
1）大气污染源监测
如对烟囱、汽车尾气的监测。
2）大气环境污染监测
监测对象不是污染源而是整个大气中的污染物质。
3）特定目的监测
为了某一目的进行特定指标的监测。
它要求选定某一种或多种污染物进行特定目的的监测，例如，研究大气污染物对人体健康的影响，调查燃煤火力发电厂排放的污染物对周围居民的呼吸道危害等。
五、大气污染物的种类和存在状态
一般地，存在于大气中的污染物大致可分为气态和气溶胶两大类。
1．气态和蒸气态
气态，是指某些污染物质，在常温常压下以气体形式分散于大气中。
常见的气态污染物有：
二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、氯气、氯化氢、臭氧等等。
蒸气态，是指某些污染物质，在常温常压下是液体或固体（如苯、丙烯、醛、汞是液体，酚是固体），只是由于它们的沸点或熔点较低，较易挥发，因而以蒸气态挥发到大气中。
2．气溶胶
1）定义
根据国际标准化组织（ISO）定义，气溶胶系指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。
2）气溶胶的分类
①总悬浮颗粒物：
简称TSP，按我国现行大气环境质量标准规定，一般指大气动力学直径小于100μm的液体或固体微粒。
其中，直径在10μm以下的微粒，称为可吸入微粒，有时也叫飘尘，简称PM10，这些微粒能够随呼吸进入人体，危害健康；在大气中长期悬浮而不沉降，降低大气能见度；参与大气化学反应，加重污染程度。
特别是2μm以下的尘粒，更易吸入，沉降在人体的呼吸道和深部的肺泡内，危害尤大。
如长期工作生活在可吸入颗粒物浓度较大的环境里，就可能患严重的尘肺、矽肺病。
因此可吸入颗粒物是大气监测中一个主要监测项目。
②降尘：
一般系指大气动力学直径大于100μm的较大的颗粒物，在大气中，由于重力作用，在较短时间内沉降到地面的尘粒，可增加地面的污染。
六、大气污染源分类
大气污染源就是造成大气污染的污染物发生源。
根据污染物产生的原因，大气污染物一般可分为天然大气污染源和人为大气污染源。
1）天然大气污染源
造成大气污染的自然发生源。
如火山爆发排出的火山灰、二氧化硫、硫化氢等，森林火灾、海啸、植物腐烂、天然气，土壤和岩石的风化以及大气圈中大气运动等自然现象所引起的大气污染。
图4-1-4山林大火
一般来说，天然污染源能造成大气污染只占大气污染的很小一部分，而且超出了人类所能控制的范围。
因此，我们主要研究人为因素所引起的大气污染问题。
2）人为大气污染源
造成大气污染的人为发生源。
如资源和能源的开发（包括核工业）、燃料的燃烧以及向大气释放出污染物的各种生产设施等。
人为大气污染源按污染源的运动状态、人们的社会活动、污染物的形成及其影响范围的不同，可有不同的分类方法：
①按污染源的运动状态分为固定污染源和移动污染源。
固定污染源主要是排放的污染物的固定设施，如排放硫氧化物、氮氧化物、煤尘、粉尘及其它有害物质的锅炉、加热炉、工业窑炉、民用炉灶等。
移动污染源主要是排放污染物的交通工具，如排放碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、铅化物、黑烟等的飞机、汽车、船舶、蒸汽或内燃机车等。
图4-1-5固定污染源
图4-1-6移动污染源
②按人们的社会活动分为工业污染源、农业污染源、生活污染源和交通运输污染源。
工业污染源是排放污染物的工业生产过程和设施，如石油化工、金属冶炼、电力、建筑材料等工业排放的污染物，其种类和数量随着能源结构、城市结构、社会经济条件、生产特点和技术水平等因素的影响而不同。
农业污染源，如现人工农业生产大量的施用农药、化肥、除草剂所产生的污染物。
生活污染源是人类生活活动过程中排放污染物的设施，如取暖、烧饭用的液化石油气炉、煤油及各种燃煤装置等所排放的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等。
交通运输污染源即移动污染源。
③燃烧烟囱按其分布情况，可分为点源和面源。
一般而言，高于35m的孤立烟囱称为高架点源，众多的低矮烟囱群构成的源，称为面源。
图4-1-7高架点源
图4-1-8面源
七、大气污染物浓度表示方法
单位体积大气样品中所含有污染物的量，就称为该污染物在大气中的浓度。
大气污染的浓度表示方法有两种。
1．质量浓度
以单位体积大气样品中所含污染物的质量数来表示。
常用的有mg/m3和µg/m3。
2．体积浓度
以单位体积大气中所含有害气体或蒸气的体积数。
常用的有ppm（10-6）和ppb（10-9）和百分比浓度（%）。
国际标准化组织（ISO）以及我国排放标准和环境质量标准采用质量浓度和体积浓度表示。
3．浓度换算
质量浓度表示法对各种状态污染物均能适用，它与体积浓度表示法在标准状况下有如下换算关系。
M×E（ppm）
A（mg/m3）=
22.4
式中：
M——污染物的分子量；
A——质量浓度，mg/m3；
E——体积浓度，ppm；
22.4——在标准状况（0℃，101325Pa）下气体的摩尔体积，L/mol；
例题：
在标准状况下，已知大气中SO2的浓度为2ppm，试换算成mg/m3。
解M（SO2）=64，由换算公式得：
64×2
A==5.71（mg/m3）
22.4
4．大气标准体积的计算
由于现场采样时的温度、大气压力都是变化着的，为了使计算出的大气污染物浓度有可比性，必须将采样体积换算成标准状况下的体积。
根据理想气体状态方程，在标准状况（0℃，101325Pa）下
V0——标准状况下采样体积，L；
Vt——在温度为t（℃），大气压力为P时的采样体积，L；
t——采样现场的温度，℃；
P——采样现场的大气压力，Pa。
小结：
本节主要介绍大气及其组成、大气污染、大气监测等基本概念；大气污染物存在的状态（气态、气溶胶、总悬浮微粒、可吸入微粒和降尘等）、大气污染源分类；以及污染物浓度表示方法及相互之间的换算。
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