大气污染监测

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按照国际标准化组织做出的定义,大气污染通常是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,达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害环境的现象。空气污染对人类有着致命的伤害,全球90%的人口受其危害,据卫生组织最新数据显示,空气污染每年导致的死亡人数高达700万。我们要了解空气污染及其潜在危害,增强环境保护意识,增强社会责任感,为了孩子的童年不要在灰霾中度过,改善环境质量,打响蓝天保卫战。大气污染监测标准GB 3095-1996 环境空气质量标准GB16297-1996 大气污染物综合排放标准GB 13271-2014 锅炉大气污染物排放标准GB9078-1996 工业窑炉大气污染物排放标准GB 18485-2014 生活垃圾焚烧污染控制标准

 大气污染的常规监测和分析

K-EP60大气环境监测站即微型空气质量在线监测系统,集成多类环境检测传感器,实现实时监测气象参数(温度、湿度、大气压、风速、风向)与空气八因子(PM2.5、PM10、CO、NOx、SO2、O3、VOC、可定制气体)指数。本监测站使用太阳能电池供电,并使用锂电池进行能源储备,保证数据采集全天候进行。大气环境监测站采集到现场数据通过无线3G/4G或有线网络将监测数据传输至监测平台,多台监测站分布于某片区域,组成一个有效的监测网络,并把数据通过监控平台展现给管理方,方便管理方制定环保决策。

大气污染防治的监督管理

法律分析:县级以上人民政府环境保护行政主管部门对大气污染防治实施统一监督管理,主要权责包括:制定国家和地方的大气环境质量标准和大气污染物排放标准、审查批准建设项目环境影响报告书、征收排放大气污染物的单位的排污费、划定酸雨控制区或者二氧化硫污染控制区、对管辖范围内的排污单位进行现场检查、建立大气污染监测制度并组织监测网络、定期发布大气环境质量状况公报等。

法律依据:《中华人民共和国大气污染防治法》 第二十三条 国务院环境保护主管部门负责制定大气环境质量和大气污染源的监测和评价规范,组织建设与管理全国大气环境质量和大气污染源监测网,组织开展大气环境质量和大气污染源监测,统一发布全国大气环境质量状况信息。县级以上地方人民政府环境保护主管部门负责组织建设与管理本行政区域大气环境质量和大气污染源监测网,开展大气环境质量和大气污染源监测,统一发布本行政区域大气环境质量状况信息。

常见的大气污染与一些监测植物

常温常压下为黄绿色,有强烈刺激性气味的剧毒气体,具有窒息性 ,密度比空气大,可溶于水和碱溶液,易溶于有机溶剂(如二硫化碳和四氯化碳),易压缩,可液化为黄绿色的油状液氯,是氯碱工业的主要产品之一,可用作为强氧化剂。CI²污染症状大多为脉间点块状伤斑,与正常组织之间界线模糊,或有过渡带,严重时全叶失绿漂白甚至脱落。破坏叶绿素,产生点、块状褪色伤斑,叶片严重失绿,甚至全叶漂白脱落.其伤斑部位大多在脉间,伤斑与健康组织之间没有明显界限. 芝麻、荞麦、向日葵、大马蓼、藜、翠菊、万寿菊、鸡冠花、大白菜、萝卜、桃树、枫杨、雪松、复叶槭、落叶松、油松、圆柏、垂柳、加拿大杨、油松、紫薇、栾树等. 樱花、丝棉木、臭椿、小叶女贞、接骨木、木槿、乌桕、龙柏等. 较强者:海桐、大叶黄杨、小叶黄杨、女贞、棕榈、丝兰、香樟、枇杷、石榴、构树、泡桐、刺槐、葡萄、天竺葵等. 它所引起的主要症状为黄化现象.主要发生在叶脉间或叶缘处,成条状或斑状不一,幼叶在黄化现象产生之前就可能先脱落.但与其他原因所产生的黄化现象较难区分开. 榆叶梅、连翘、复叶槭等.   圆柏、侧柏、刺槐、臭椿、旱柳、紫穗槐、桑树、毛白杨、银杏、栾树、白榆、五角枫等. 加拿大杨、核桃、泡桐、油松、北京杨、白蜡树、杜仲等. 它由气孔进入叶子,与叶肉细胞接触后首先破坏其细胞膜,因而造成细胞死亡.其伤斑大多数叶面,少脉间.黄化斑点及白色斑纹是最常见的病症,也可能出现叶面完全漂白者.其受害叶最先为中龄叶. 悬铃木、连翘等. 圆柏、侧柏、刺槐、旱柳、紫穗槐、桑树、毛白杨、栾树、白榆、五角枫、垂柳、加拿大杨、核桃等. 苹果、泡桐、金银木、油松、复叶槭等. 当空气中的NH³ 达到一定浓度时,植物叶片首先会受到伤害.其部位大多为叶脉间,伤斑点、块状,颜色为黑色或黑褐色,与正常组织之间界限明显.另外,症状一般出现较早,稳定的也快. 悬铃木、杜仲、龙柏、旱柳等. 臭椿、银杏、紫薇、女贞、木槿等. 它使叶片下表皮细胞及叶肉中海绵细胞发生质壁分离,并破坏其叶绿素,从而使叶片背面变成银白色、棕色、古铜色或玻璃状.叶片正面还会出现一道横贯全叶的坏死带,受害严重时会使整片叶变色,很少发生点块状伤斑. 紫薇、连翘、白蜡树、复叶槭等. 圆柏、侧柏、刺槐、臭椿、旱柳、紫穗槐、桑树、毛白杨、银杏、栾树、白榆、五角枫等. 以上的这些植物虽然能在一定程度从宏观上监测与净化大气污染,但不能彻底根除大气污染.故而,我们要有效地控制污染物的排放,控制污染的源头,且还要利用现代科学技术手段对城市空气进行进一步监测与净化.利用指示植物可以监测环境污染的情况。比如,在绿化树种中,树姿优美、常年碧绿的雪松,对二氧化硫和氟化氢很敏感,若空气中有这两种气体存在时,它的针叶就会出现发黄变枯现象。因此,当见到雪松针叶枯黄时,在其周围地区往往可以找到排放二氧化硫和氟化氢的污染源。 科学家研究发现,高大的乔木、低矮的灌木和众多的花草,以及苔藓、地衣等一些低等植物,都可以作为监测环境污染的指示植物。它们是忠实可靠的“监测员”和“报警器”,在空间的不同层次组成了庞大的监测网。紫花苗蓿、雪松、日本落叶松、核桃、向日葵、灰菜、胡萝卜、菠菜、芝麻、栀子花等,可监测 二氧化硫 。 郁金香、落叶杜鹃、大叶黄杨、桃、杏、唐葛蒲、海棠、苹果、山桃、毛樱桃、小叶黄杨、油松、连翘、玉米、洋葱等可监测 氟化氢 。 女贞、樟树、丁香、牡丹、紫玉兰、垂柳、葡萄、苜蓿等可监测 臭氧 。 向日葵、杜鹃、石榴等可监测氧化氮。矮牵牛、烟草、早熟禾等可监测 光化学烟雾 。 此外,落叶松可监测 氯化氢 ; 柳树、女贞可监测 汞 ; 紫鸭跖草可监测 放射性物质 。

大气环境污染的生物监测方法有哪些各有何特点

用于生物监测的手段很多。大气污染的生物监测手段主要有:①利用指示植物监测大气污染,主要是根据各种植物在大气污染的环境中叶片上出现的伤害症状,对大气污染作出定性和定量的判断。②测定植物体内污染物的含量,估测大气污染状况。③观察植物的生理生化反应,如酶系统的变化、发芽率的降低等,对大气污染的长期效应作出判断。④测定树木的生长量和年轮等,估测大气污染的现状和历史。⑤利用某些敏感植物(如地衣、苔藓等)制成大气污染植物监测器,进行定点观测(见大气污染的生物监测)

大气环境监测

大气环境中CO2浓度的监测是目前确定CO2是否泄漏较为有效和快捷的手段之一,其主要目的是发现来自于储存工程可能的泄漏,以及项目周边环境有没有受到负面影响。目前最常用的技术有红外线气体检测技术、大气CO2示踪、陆地生态系统通量观测三种。

1.光学CO2传感器

绝大多数CO2浓度监测技术都是基于CO2近红外(IR)吸收光谱特征设计的,并且都可以做到实时监测和在线数据传输。由于CO2在一些近红外光谱段有着较强的吸收特性,同时其他气体在相应的光谱范围内的吸收特性较弱,从而使得一些近红外波段成为探测和监测CO2的良好途径。CO2对于近红外4.25μm太阳辐射具有较强的吸收特征,因此该波段对于探测大气中的CO2非常敏感(图10-2)。大部分固定和移动式的商业化CO2监测设备都是利用这一近红外通道设计和制造的。CO2另一个较强的近红外吸收通道是2.7μm,但其吸收强度仅有4.25μm处的1/10。这个通道对于监测CO2也非常敏感,并且基本不受其他气体的干扰。该通道被美国国家航空航天局(NASA)的火星探险号用于探测CO2浓度。2μm处也是一个比较有潜力的通道,但CO2在该通道的吸收率仅为在4.25μm处的1/250,这一弱吸收通道已经被用来探测燃烧环境中的CO2浓度。在4.41~4.45μm处,13CO2具有较强的吸收特性。由于13C的浓度要远低于12C的浓度(大约为其的1/100),所以这一通道可以用来探测CO2浓度较高的环境,探测范围可以达到0.27%。CO2在1.57μm处仍有一个吸收谷,在这一波段的吸收率很低,约为在2μm 处的1/100。但这一波段几乎完全不受其他气体的干扰,所以这一弱吸收波段不适宜短程CO2监测(例如燃烧室等),但却在CO2浓度处于典型大气浓度范围时,是长程CO2浓度监测的理想波段(Shu1er et al.,2002)。

图10-2 CO2红外光谱曲线

CO2近红外(IR)吸收光谱监测分两种类型:非色散红外气体分析(NDIRs)和红外二极管激光仪。非色散红外气体分析使用一个较宽的红外波段,并且辐射光线通过一个装有分析设备的密闭室,是一个封闭短程监测技术;红外二极管激光仪既可以被用于封闭短程监测,也可以被用于开放长程监测,在开放长程监测情况下,分析采样对象直接来自大气。短程监测可以控制在2m以内,而长程监测可以达几百米,其监测结果是长程路径上的CO2浓度平均值。

2.大气CO2示踪

大气中天然示踪剂可用于监测CO2是否泄漏。天然示踪剂是与地下、近地表或大气CO2相关联的一种化合物, 包括甲烷、氡、惰性气体和CO2同位素等。但使用示踪剂需要注意的是在空气中与CO2不同的扩散速率。某些示踪剂扩散速率比CO2要快,这会导致在空气中示踪剂形成的背景范围超出实际CO2的羽流范围。

我国目前使用的大气示踪剂品种较为单一,主要是六氟化硫(SF6),某些特殊场合使用氟卤甲烷等。SF6示踪剂具有以下优点:分析灵敏度高,气相色谱电子捕获检测器(ECD)的探测下限为0.5×10-14(以体积分数计);大气本底较低,空气中的平均浓度为8.5×10-13(以体积分数计);对空气呈惰性;取样和测量简便快速;造价和分析费用较低。尽管如此,SF6的大气扩散示踪距离仍不宜超过100km。

SF。、全氟化碳和稀有气体等人工示踪剂的检测使用气象色谱仪(图10-3)。载气自钢瓶经减压后输出,通过净化器、减压阀、稳压阀或稳流阀以及流量计后,以稳定的流量连续不断地流过气化室、色谱柱、检测器,最后放空。被测物质随载气进入色谱柱,根据被测组分的不同分配性质,它们在柱内形成分离的谱带,转换成相应的输出信号,并记录成色谱图。

图10-3 气象色谱仪示意图

示踪剂检测在CO2地质储存中具有潜在的应用优势,关于其检测技术方法需要进一步深入的研究探讨。同时,质谱仪、气相色谱仪等检测装置价格昂贵、无法适应野外长期监测。研制具有便携快速或在线功能的检测装置是一个急迫和值得大力探索的课题。

3.陆地生态系统通量观测

陆地生态系统通量观测即涡度相关法(EC),该技术是在地面一定高度,以较高的频率监测大气CO2浓度和通量的技术,同时监测各类气象变量,例如风速、 相对湿度、温度等。涡度相关法的优势主要包括:①自动监测;②不干扰周围环境;③其结果代表了空间和时间上的平均值,因此其空间尺度要相对比其他地面CO2浓度监测设备更大。涡度相关法的不足之处在于,其假设条件是水平较为均一化的地表环境,而大多数自然条件都难以完全满足。

涡度相关法已经成为CO2地质储存重要监测手段之一,并被许多CO2地质储存项目采用。将仪器安装在地表之上一定高度,用来测量CO2气体浓度,垂直风速度、相对湿度和温度。根据这些实地测量的数据计算CO2浓度和瞬时垂直风速的协方差高于或低于两者平均值。结合塔的高度,由此估算出多达数平方千米面积上产生的平均CO2通量。单位时间可以是几天,一年甚至更长。近年来,涡度相关技术的进步使得长期的定位观测成为可能,目前已成为直接测定大气与群落CO2交换通量的主要方法,也是世界上CO2和水热通量测定的标准方法,所观测的数据已成为检验各种模型估算精度的权威资料。该方法已得到微气象学和生态学家们的广泛认可,成为目前通量观测网络FLUXNE T的主要技术手段。

以上三个监测技术方法的比较如表10-5所列。

表10-5 大气监测技术概况表

CO2浓度监测仪和涡度相关法都只能监测较小范围内的CO2浓度。当需要监测较大范围(几公里范围)的大气中CO2浓度变化情况时,就需要采用开放路径监测设备,例如使用激光发射出电磁波(选择CO2较为敏感的吸收波段),然后接收从地表反射回来的电磁波,由于发射和反射的电磁波受到了不同物质的吸收(例如大气中的CO2),所以可以通过分析接收到的电磁波的衰减程度,在较大范围内监测CO2浓度变化。激光雷达技术就是一种光探测技术,当前激光及差分吸收雷达技术已经被用于CO2浓度监测。

如果需要在更大范围内监测CO2浓度,例如几千平方千米或者更大,则就需要使用卫星遥感技术(激光也属于遥感技术的一种)。尽管当前已经有利用卫星遥感探测大气CO2浓度的技术和应用,例如日本的温室气体观测卫星(GOSAT)、欧洲太空局ENVISAT卫星上搭载的SCIAMACHY等,但当前的CO2遥感监测精度相对CO2地质储存的需求仍存在较大差异。但这类技术无疑是高效、高频率、低成本CO2浓度监测的最佳选择,随着技术进步,遥感技术必将在CO2地质储存环境监测中发挥越来越重要的作用。

大气监测

1.监测项目

空气监测主要在查明当时气象条件的情况下对空气中CO2浓度进行监测,监测的项目包括:时间、温度、湿度、风速、风向、云量、大气稳定度和CO2浓度。

2.监测方法

对上述项目的监测主用使用便携式CO2检测仪和手持式气象站,选择不利于气体扩散和稀释的时段进行监测,每个监测点采取等时间间隔采样,半个小时内采集三个数值计平均值。具体监测方法如表10-10所列。

表10-10 大气监测方法一览表

3.大气采样方法

大气样品的采集方法采用直接采样法,包括:玻璃注射器采样法、塑料袋采样法、球胆采样法、采气管采样法和采样瓶采样法等。

(1)玻璃注射器采样

用大型玻璃注射器(如100m L注射器)直接抽取一定体积的现场气样,密封进气口,送回实验室分析。注意:取样前必须用现场气体冲洗注射器3次,样品需当天分析完。

(2)塑料袋采样

用塑料袋直接取现场气样,取样量以塑料袋略呈正压为宜。注意:应选择与采集气体中的污染物不起化学反应,不吸附、不渗漏的塑料袋;取样前应先用二联橡皮球打进现场空气冲洗塑料袋2~3次。

(3)球胆采样

要求所采集的气体与橡胶不起反应,不吸附。用前先试漏,取样时同样先用现场气冲洗球胆2~3次后方可采集封口。

(4)采气管采样

采气管是两端具有旋塞的管式玻璃容器,其容积为100~500m L。采样时,打开两端旋塞,将二联球或抽气泵接在管的一端,迅速抽进比采样管容积大6~10倍的欲采气体,使采气管中原有气体被完全置换出,关上两端旋塞,采气体积即为采气管的容积。

(5)采样瓶采样

采样瓶是一种用耐压玻璃制成的固定容器,容积为500~1000m L。采样时先将瓶内抽成真空并测量剩余压力,携带至现场打开瓶塞,则被测空气在压力差的作用下自动充进瓶中,关闭瓶塞,带回实验室分析。

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