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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. 一、大气、空气和空气污染. 氮 78.06% 氧 20.95% 氩 0.93% 其他气体 <0.1%. 对人类有影响的：距地面 10km. 地球半径. 大气厚度. 有害物质 ： 烟 尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等.
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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
一、大气、空气和空气污染 氮78.06% 氧20.95% 氩0.93% 其他气体<0.1% 对人类有影响的：距地面10km 地球半径 大气厚度 有害物质： 烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等
二、空气污染的危害 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。 图片来源：国家地理杂志
空气污染对人体健康的危害 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。 1. 大气颗粒物 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。 2. 二氧化硫
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。 3. 氮氧化物 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。 4. 光化学氧化剂 所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。 5. 一氧化碳
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 （一）工业企业排放的废气
（二）交通运输工具排放的废气 （三）室内空气污染源 1、室内空气污染的分类 2、室内空气污染的质量表征
四、空气中的污染物及其存在状态 （一）分子状态污染物 在常温、常压下以分子形式分散于空气中。 （二）粒子状态污染物 即分散于空气中的微小液滴和固体颗粒。粒经在0.01—100 μm之间。
粒径大于l0μm的颗粒物能较快地沉 降到地面上，称为降尘。 粒径小于10μm的颗粒物(PM10)可长 期飘浮在空气中，称为可吸入颗粒物或飘 尘（IP）。空气污染常规监测项目是TSP
烟：固体物质由于蒸发或升华作用逸散于空气中，然后又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于空气中构成烟。烟：固体物质由于蒸发或升华作用逸散于空气中，然后又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于空气中构成烟。 • 雾：悬浮于空气中的微小液滴构成的气溶胶。 • 尘：分散于空气中的微小微粒。 • 烟雾：由烟和雾构成的固、液混合态气溶胶
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μg/m3表示。（受温度、压力影响较大） （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μL/m3表示。 两种浓度表示方法之间的换算：
一、监测目的 通过对环境空气中主要污染物质进行定期或连续地监测，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:(风向、风速、日照等) （三）地形资料:(平原？丘陵？山区？) （四）土地利用和功能分区情况: （工业用地？工业区？居民区） （五）人口分布及人群健康情况: （地方病、流行病）
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 1、采样点设在监测区域的高、中、低三中不同污染物浓度的地方 2、在污染源较集中，主导风向比较明显的情况下，将污染源的下 风向作为主要监测范围 3、工业密集区，人口密度及污染物超标区，要适当增设采样点 4、采样点的周围应开阔，测点周围无局地污染源 5、各采样点的设置条件要尽可能或标准化，使监测数据有可比性 6、采样高度根据监测目的而定
（二）采样站(点)数目的确定 例行监测采样点设置数目主要依据城市人口数 量。具体数目见下表
表3.3 我国空气环境污染例行监测采样点设置数目
（三）采样站(点)布设方法 布点方法: 经验法、统计法、模式法。 常用经验法，具体是指： 1. 功能区布点法： 常用于区域性常规监测—先将监测区域按环境 空气质量标准划分成若干“功能区”，再在各功 能区布点，点数根据污染情况及人、物力而定
2. 同心圆布点法：用于多个污染源构成的污染群，或污染集中的地区（同心圆半径一般为4、10、20、40），由里向外各圆周布点4、8、8、4个，主导风向的下风口多布点。 3. 网格布点法：适用于有多个污染源，且污染源分布比较均匀的情况 4.扇形布点法：适于孤立的高架源且主导风向明显。
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
六、采样方法、监测方法和质量保证 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）
一、直接采样法：大气中被测组分浓度高、或所选方法灵敏度高时选用一、直接采样法：大气中被测组分浓度高、或所选方法灵敏度高时选用 （一）注射器采样（100mL） （二）塑料袋采样(不反应、不吸附、不渗漏。 （三）采气管采样 图3.4 采气管示意图
（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
二、富集(浓缩)采样法污染物浓度低、所选分析方法灵敏度达 不到时选用；测定结果为富集采样时段 的的平均浓度。
（一）溶液吸收法 适于采集大气中气态、蒸气态及某些气溶胶态污染物。 要求：吸收效率高（与吸收速度、接触面积、吸收液有关） 常用吸收液：水、水溶液、有机溶剂 吸收原理：溶解（水吸收HCl、甲醛）反应（NaOH吸收硫化氢、四氯汞钾吸收二氧化硫）
吸收液选择的原则： • 与被采集的污染物质发生化学反应的速度要快或对其溶解度大 • 污染物质被吸收后，要有足够的稳定时间。满足分析测定所需时间 • 污染物质被吸收后，应有利于下一步的分析测定，最好能直接用于测定 • 吸收液毒性小，价格低，易于购买，且尽可能回收利用。
增大被采气体与吸收液接触面积的有效措施是选用结构适宜的吸收管增大被采气体与吸收液接触面积的有效措施是选用结构适宜的吸收管 气泡吸收管适合气态、蒸汽态 冲击式吸收管适合气溶胶态物质 多孔筛板式三者都适用 图3.7 气体吸收管（瓶）示意图
（二）填充柱阻留法 颗粒状或纤维状填充剂 ﹡ ﹡ ﹡ ﹡ ﹡ ﹡ 。。。。。。。 空气 抽气泵 组分 图3.8 填充柱阻留法示意图
填充剂阻留被测组分的原理： a、吸附型：填充多孔性固体吸附剂（活性炭、分子筛、GDX、硅胶等） b、分配型：填充的惰性多孔固体物质（硅藻土）表面涂渍了一层有机溶剂（异十三烷） c、反应型：填充剂（石英沙、玻璃棉球）浸渍了能与被测物反应的试剂 优点：采样时间长、效率高、浓缩在柱上的组分稳定
（三）滤料阻留法 该方法是将过滤材料(滤纸、滤膜等)放在采样夹上)，用抽气装置抽气，则空气中的颗粒物被阻留在过滤材料上，称量过滤材料上富集的颗粒物质量，根据采样体积，即可计算出空气中颗粒物的浓度。
滤料采集空气中气溶胶颗粒物的原理 滤料采集空气中气溶胶颗粒物基于直接阻截、惯性碰撞、扩散沉降、静电引力和重力沉降等作用。滤料的采集效率除与自身性质有关外，还与采样速度、颗粒物的大小等因素有关。低速采样，以扩散沉降为主，对细小颗粒物的采集效率高；高速采样，以惯性碰撞作用为主，对较大颗粒物的采集效率高。
常用的滤料 • 纤维状滤料（滤纸、玻璃纤维滤膜、过氯乙烯滤膜） • 筛孔状滤料（微孔滤膜、核孔滤膜、银薄膜等）。 • 滤纸的孔隙不规则且较少，适用于金属尘粒的采集。因滤纸吸水性较强，不宜用于重量法测定颗粒物浓度 • 玻璃纤维滤膜吸湿性小，耐高温，耐腐蚀，通气阻力小，采集效率高，常用于采集悬浮颗粒物，但其机械强度差，某些元素含量较高。
聚氯乙烯或聚苯乙烯等合成纤维膜通气阻力小，并可用有机溶剂溶解成透明溶液，便于进行颗粒物分散度及颗粒物中化学组分的分析。聚氯乙烯或聚苯乙烯等合成纤维膜通气阻力小，并可用有机溶剂溶解成透明溶液，便于进行颗粒物分散度及颗粒物中化学组分的分析。 微孔滤膜是由硝酸(或醋酸)纤维素制成的多孔性薄膜，孔径细小、均匀，重量轻，金属杂质含量极微，溶于多种有机溶剂，尤其适用于采集分析金属的气溶胶。
（四）低温冷凝法 空气中某些沸点比较低的气态污染物质，如烯烃类、醛类等，在常温下用固体填充剂等方法富集效果不好，而低温冷凝法可提高采集效率。 图3.10 低温冷凝采样装置示意图
致冷的方法有半导体致冷器法和致冷剂法。常用致冷剂有冰(0℃)、冰-盐水(-10℃)、干冰-乙醇(-72 ℃)、干冰(-78.5℃)、液氧(-183℃)、液氮(-196℃)等。 优点：效果好、采样量大、利于组分稳定等优点 缺点：空气中的水蒸气、二氧化碳，甚至氧也会同时冷凝下来，在气化时，这些组分也会气化，增大了气体总体积，从而降低浓缩效果，甚至干扰测定。
（五）静电沉降法 空气样品通过12000～20000 V电场时，气体分子电离，所产生的离子附着在气溶胶颗粒上，使颗粒带电，并在电场作用下沉降到收集极上，然后将收集极表面的沉降物洗下，供分析用。这种采样方法不能用于易燃、易爆的场合。
（六）扩散(或渗透)法 该方法用在个体采样器中，采集气态和蒸气态有害物质。采样时不需要抽气动力，而是利用被测污染物质分子自身扩散或渗透到达吸收层(吸收剂、吸附剂或反应性材料)被吸附或吸收，又称无动力采样法。这种采样器体积小轻便，可以佩戴在人身上，跟踪人的活动，用作人体接触有害物质量的监测。
（七）自然积集法 这种方法是利用物质的自然重力、空气动力和浓差扩散作用采集空气中的被测物质，如自然降尘量、硫酸盐化速率、氟化物等空气样品的采集。采样不需动力设备，简单易行，且采样时间长，测定结果能较好地反映空气污染情况。
