第二章样品的采集 第一节大气与废气样品的采集 污染物在大气中存在的状态及浓度表示方法 (-)污染物在大气中存在的状态 污染物在大气中的存在状态,是由它本身理化性质及其形成过程决定的,气象条件也 对其产生一定的影响。大气中的污染物大致可分气态和蒸气与气溶胶两大类 1.气态和蒸气 气态:是指某些污染物质,在常温常压下以气体形式分散在大气中。常见的气态污染 物有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、臭氧等。 燕气:常温常压下是液体(如苯、丙烯醛、汞)或固体(如酚、二硝基苯)某些物质, 由于它们的沸点或熔点低,挥发性大,因而能以蒸气念挥发到空气中。 气态或蒸气是以分子状态分散在空气中,在空气中分布比较均匀,受温度和气流的影 响,随气流以相等速度扩散,故大气中许多气体污染物常能扩散到很远的地方。 2.气溶胶 以固态或液态物质的微小颗粒形式分散在气流或大气中的分散体系称为气溶胶。粉 尘、烟、尘粒、轻雾、浓雾、烟气等是用来描写气溶胶状态的一些名词。气溶胶的形成有 三种方式: (1)分散性气溶胶:以固体粉末或液体泡沫飞散到空气中而形成的。属于夜体分散性 气溶胶的有硫酸雾、碱雾及喷洒的农药等。属于固体分散性气溶胶的有石英粉尘、氧化铅 粉尘等。这·类气溶胶颗粒较大,分散度范围较宽 (2)凝聚性气溶胶:如冶炼过程中,高温蒸发出来的金属分子排入大气中遇冷形成过 饱和蒸气,并凝聚成小颗粒分散到空气中,形成各种金属烟。又如有机溶剂受高温燕发, 溶剂分子进入大气遇冷凝聚成雾。 (3)化学反应式气溶胶:有些次污染物进入大气后,发生一系列的化学反应,产生 颗粒状新的化学物质,飘浮在大气中形战气溶胶。如SO2在一定条件下形成SO3,进 步与水结合形成硫酸,再与空气中的无杋尘粒形成各种硫酸盐气溶胶。化学反应所形成的 气溶胶在大气中可凝聚,也可分散,变化多端 (二)空气中污染物浓度的表示方法 表示法 气污柒物的监测结果都用浓度表示。常用的浓度表示方法为单位体积质量浓度和
体积比浓度。 (1)单位体积质量浓度:用每立方米空气中含污染物的质量数来表示,如mg/m3和 g/m2。囚气体体积随温度、压力的不同而变化,我国空气质量标准是以标准状况 (0℃,10【325kPa)时的体积为依据,而美国、日木等国家采用的是参比状态(25℃, 101.325kPa),进行监测数据比较时,应予注意 (2)体积比浓度:用每立方米空气中所含污染物的毫升数或微升数表示(ppm或 ppb)。体积比浓度不受空气温度和压力变化的影响,只适用于气态或蒸气状态的污染物, 气溶胶状态的有害物质不能用此法表示。 2.两种浓度单位的换算 两种浓度单位之间的换算公式: pmy)=224 M 式中:A一气体浓度[mg/m(标)X—气体浓度(pm);M—气体的分子量; 224—标准状况下(0℃,10!.325kPa)气体的摩尔体积。 、站(点)位布设的一般原则 ()城市区域环境空气监测布点法 城市区域空气质量监测应以调查污染物的时空分布特征及刈敏感受体的暴露作为最重 要的出发点。 1.规则网格布点法 这种布点方法,适用于调查城市区域的污染物时空分布特征,以期对城市大气环境质 量作出评价;又能为验证面源大气扩散模型提出基础数据,藉以发展空气污染的预测预报 工作。具体布点方法是:首先确定调查区域的范围,勾画出监测范围的轮廓线。按地理坐 标将线内区域分成若干个正方网格,如条件充分,可在每个网格中心设一…个点;条件不允 许时不必强调所有监测点均处于等密度状态。但下列区域应保持有密度较大的监测点:大 口密度大、建筑密度高、排放源密集及处于城市主导风向下风方位的上述地区等。在远离 监测区域的上风方位布设背景监测点。 规则网格布点法,一个城市总点数要求在15个以上。为减少不必要的人力和物力的 消耗,规则网格布点采样实施一段时间后,应进行监测站位的优化 按人口和功能区布点法 此法适用于调查城市区域空气污染对感受体的暴露,特别是人群在不同污染水平区 域内的暴露。 功能民可划分为L业区、商业区、居住区、交通稠疮区、工业居住混合区、文化区、 清洁区或对照点等7类 国家环境保护局规定的按城市人口布点的数量见表2-1
表2-1大气监测点设置数量分档 监测点设置数H 市人口分—so2,No,TsP灰尘自然沉降量硫酸盐化速率 <50 不少于3个 不少于6个 50-100万 34567 6-J2 100-200万 8-1! 200400万 >400万 20-30 3040 3.大气环境监测站位的优化 监测站位优化方法有 (1)用相关、聚类分析等统计方法处理监测数裾,合并些米型相同、性质相近、相 关性好的监测点。 (2)在一定置信水平下,用百分位数等方法,根据区域监测历史数据的总平均值和数 据分布特征,选出组与总平均值和数据分布特相近,且地域差较大的点 (3)根据掌提的监测数据和城市区域的用地类型,通用气象体系及敏感受体为基础, 确定同质区。在不同类型的同质区保留有代表性的监测点 实际卜,在站位优化过程中,以上种方法往往是交叉进行的。优化后的监测点所获 得的数据,在一·定置信水平下,应足以反映城市大气环境质量、污染物浓度水平和变化规 律,并达到计划要求的目的 4.监测点设置的具体要求 (1)距采样装置10-15m范围内不应有局部污染排放源,如炉窑、烟囱等。 (2)监测点阔围应开阔,采样口水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30°;采样 口周围(水平面)应有270°以上的自由空间 (3)采样装置距绿化乔木或灌木绿化带的距离应大于15m。 (4)釆样装置进气口距地面的高度:硫酸盐化速率、氧化硫、氮氧化物、总悬浮微 粒为3-15m;灰尘自然沉降最为515m,北方地区为58m。采样口距基础面1.5m以 (5)进行交通污染监测时,采样装置的进气口应朝向行车道…方 (6)釆集颗粒物样品时,采样头应配有合适的人∏,如百页箱、双坡顶盖入口、风罩 式入口或漏斗状具网罩入口等,以避免风向的影响。 (7)用两台或两台以上采样器作平行采样时,应保持一定间距,以防止相互干扰。大 流量采样器间距应大子2m,小流量采样器相距m左右。 (8)监测点位置一经确定,不得轻易变动,以保证监测数据的连续性和可比性 (_)污染排放源对环境影响监测的布点法 1.孤立点源对环境影响监测的布点法 (1)同心圆多方位布点法(用于风向多变的情况) 确定放射线:以排放源为圆心作出360°16方位或8方位的放射线; 18
确定同心圆半径:以排放源为圆心取若十个同心圆。距圆心最近点和最远点的圆 周半径应根据排放源的性质、与排放源有关的物理参数和当地的气象条件,用高斯模式计 算予以确定。同心圆的数目不少于5个; ③)同心圆各圆周与放射线的交点即为监测点。 由于受人力、物力限制,不可能等密度布点。在预计的高浓度区及高浓度与低浓度交 界区应较密布点,其它区可较疏;当现场风向波动相对稳定时,下凤方位布点宜密,其它 方位宜疏 (2)扇形布点法适用于风向变化不大的情况 i)确定主导风向; ②沿主导风向下风向轴线,从污染排放源向两侧分别扩出30°,22.5°,15°或更 小的夹角视风向脉动情况而定)射线。两射线构成的扇形区域即为监测的布点区域; 在扇形区域内作H不少于3条放射线和不少于5个同心圆弧。圆弧与射线的交点 即为监测点; 廷.在排放源上风方位设置1—2个对照太。 2.机动车辆排气对环境影晌监测的布点法 机动车辆在运行中排放的尾气对环境造成线型污染,监测布点方法有两种 (1)配对布点法:用于调查交通十线沿线行人或其它敏感受体的暴露。 在行车道的下风侧车道外沿05-1m处(行人暴露的高浓度区)设1个监测点,同时在 该外沿100m处(此处浓度应与背景浓度一致)设另·对照点。 根据城市道路布局及车流量的分布,选取各种典型路段,用配对法布若干对监测点, 能够全面了解行人在不同污染环境屮的暴露。 (②)网格布点法:用于调查线源扩散梯度及其相应区域的污染暴露或验证线源扩散模 根据城市道路构型和车流量分布,选取典型路段,在路段周围划出调査范围,并将其 划分为5m×5m,10mx10m或其它尺寸的网格,网格中心设监测点。 (三)污染源监测布点法 固定污染源监测布点法 固定污染源除无组织排放的低架面源外,多为与烟道相连的烟囪或排气筒等高架源。 对这类污染源的监测,通常是用采样管从管道中抽取·定量的气体,通过收集装置将污染 物收集,然斤根据收集的污染物量和袖取的气体体积,计算出污染源气体中污染物的浓 度。采样方法有…点采样法和多点采样法两种。 点采样法,即在管道横断而中心点采样。该法是认为该点的污染物浓度能代表整个 横断面的浓度,适用于管道尺寸较小、污染物浓度分布较均匀的断面,常用于气态污染物 采样。当管道断而流速和污染物浓度分布不均匀时采用多点采样法。将断而分潮成若千个 面积相等的分断面,于每个分断面上确定采样点,并认为各采样点的污染物浓度可代表对 应分断而上的浓度,丁每点采集·个样品,最盾算出整个断面上的平均浓度;通常用同 个收集装置,在已定的各采样点上:川相同的时间逐点移动采样。多点采样法常用千颗粒物 的采样
(1)采样断面和采样点的选定:当测定颗粒物浓度时,考虑到惯性和重力影响,要求 采样断面流速和颗粒物浓度的分布应较均匀或具规律性,因而正确选择采样位置(断面)和 确定采样点数目极为重要。气态污染物,其分子多呈布朗运动,在管道内各部位分布比较 均匀,故易于选择采样位置和采样点。釆样断面应尽可能设置在气流平稳的管段f,距弯 头、三通、变径管段和风阀等部位下游方向大于6倍管道直径处,或距其上游方向大于3 倍管道直径处。若受测试现场条件限制,至少应距上述部位1.5倍直径处,并适当增加采 样点数。需测烟气流速的采样断面应设在烟气流速大于5m/s处。采集颧粒物时,应优 先在垂直管道或排气筒上选择采样断面。将管道断面划分为一定数量的等面积圆环或方 块,在将各圆环分割成两个等面积圆环的圆周上或方块中心作为采样点。对圆形管道, 可将位于同一断面而彼此垂直的两个孔作为采样孔。将管道断面分成一定数量的问心的等 面积圆环,沿着垂直的两个采样孔的直线,在将圆环分割成两个等面积的圆周上各取4个 点作为采样点。不同直径的圆形管道需要划分的等面积圆环数和各点距管道内壁的距离可 按表2-2确定 表2-2圆形管道的分环数和各点距管道内壁的距离 道直径分环数 各渊点距管道内影的距离(以管道直径为单位) 0.1460.853 20.0620.2500.7500.938 0.0440.1460.29407060.8530.956 400330.1050.1950.3210.6790.8050.8950.967 00220.0820.l450.270.34406560.7730.85509180978 若测定断面流速分布比较均匀、对称,可设置个采样孔,测点数减少…#。当管道 直径小于0.3m,流速分布比较均匀、对称时,叮取管道中心作为釆样点 对矩形答道,可将断面分成若干等面积矩形小块,各块的中心即为采样点。不同面 积矩形管道的分块数见表2-3。·若测定断面流速分布比较均匀对称,可适当减少测点数, 但每个测点所代表的管道断面面积不得超过06m2。若道断面面积小于0.1m3,且流速 比较均匀、对称时,可取断面中心作为采样点 表23矩形管道的分块和测点数 管道断面积m 等面积小块数 测点数 l-3 4×4 16 7-16 16-28 6×6 每个测点面积不超过lm2 (2)采样对设备运转状况的要求:运行3年以内的工业锅炉,应在额定出力情况下采 样;运行3年以上的锅炉应在额定出力85%以上的条件下采样。工业窑炉的测试在淸负 荷条件下进行。其他生产设备应在正常牛产条件下采样。对生产过程变化的污染源,应根 据其变化的特点和规律分段采样。 2.流动污染源监测的采样 柴油机车全负荷烟度测量釆样时,要求排气°的连接管有一段直管,采样头前方