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大气环境评价
1.绪论
1.1实习的目的
对于四年级的环境科学学生来说,在学习了环境监测、环境化学及环境评价的基础上,通过大气环境监测设计这门综合实验,加深学生们对于环境实验设计、环境监测、污染物的迁移与转化和环境评价这一框架的理解,使理论更联系实际,起到学以致用的目的。
该实验要求学生自主进行大气环境监测方案的设计,对环境监测方案进行制定、采样点布设、样品采集方法、分析检验、数据处理、结果分析及环境质量评价进行一次综合训练
。
该实验设置的目的:
1、训练学生完成一项模拟或实际监测任务的能力,让学生体会到团队精神的重要性。
2使学学习选择样品预处理方法以及如何操作监测仪器。
3训练学生科学地处理监测数据的能力,对各项目监测结果的综合分析和评价的能力。
4加深学生对污染物的转化和迁移的理解。
1.2实习的地点
实习的地点是在天津科技大学泰达校区校内及周围区域。
1.3实习安排
10月22号下午,在学校大门口测量空气中SO2和NOx含量。
10月23号下午,在学校大门口测量空气中TSP含量。
10月24号下午,在操场测量空气中SO2和NOx含量。
10月25号上午,在老食堂东门测量空气中SO2和NOx含量。
2.监测区水文气象特征
天津市属于海河流域,海河流域属大陆季风性气候区,平均年降水量为548mm。
降水量年内分配不均匀,多年平均汛期降水量(6-9月)占全年的75%一85%。
降水量年际变化很大,1964年降水量为798毫米,而1965年仅358毫米,比值为2.23。
海河流域多年平均径流量为264亿立方米(按1956~1984年资料统计)。
1956年最大为542亿立方米,1981年最小为112亿立方米,最大值与最小值之比为4.83。
径流的年内分配,一般是6~9月的径流量占全年的70%~80%,个别河流达到90%;部分有春汛、泉水补给,调节性能好的河流,6~9月的径流则仅占全年径流的50%~60%。
河川径流的年际变化大,年内分配又集中的这两个特性表明:
海河流域枯水年洪水可能很小,而丰水年的洪水又可能很大。
本流域的暴雨的特点是,时间短、强度大且集中在7月下旬至8月上旬。
洪水与暴雨相应,最大30d洪量一般占汛期(6~9月)洪量的50%~90%,而5-7d洪量可占30d洪量的60%~90%,洪峰多是尖瘦形。
值得注意的是,流域内的暴雨强度和洪峰模数都达到了中国大陆的最大值。
如1963年8月2日至8日,河北省内丘县獐獏降雨量达2050毫米,滏阳河支流诋河西台峪站集水面积124平方公里,1963年实例洪峰流量3900立方米/秒,洪峰模数达31.4(立方米/秒.平方公里)
。
塘沽区属于暖温带季风型大陆气候,四季变化明显。
年平均气温12.6℃,其中7月份平均气温最高,为26.5℃;1月份平均气温最低,为-3.3℃。
年极端最高气温为40.9℃,出现在1999年7月24日;年极端最低气温为-15.4℃,出现在1986年1月4日。
年≥0℃的积温为4427~5117℃·日,月平均气温日较差为5.1~10.9℃。
年平均降水量为566毫米,年降水量≥0.1mm的日数为63.4天。
年日照时数为2731.9小时。
平均初霜日是11月10日,终霜日是3月18日,无霜期236天
。
3.大气污染源调查
3.1校园内污染源调查
污染源
数量
燃料种类
污染物名称
防治措施
排放方式
食堂炉灶
42
煤
SO2、NOx
无
直接排放
实验楼
操场
3.2校园周围污染源调查
4.大气监测方案设计
4.1采样点布设计
对于学校周围采样点的布局,根据校园及其周围的第四章中对污染源的调查结果,设置了四个采样点。
4.1.1站点布设
4.1.2GPS和风速仪的使用方法
手持式GPS
GPS能够定点,存点,测量高程,导航,同时还能够确定方位、航点和航线。
仪器右侧有两个按键,分别为电源和翻页键;左侧有三个按键,分别为向上、向下和输入键
。
风速仪
风速仪可以可以测量大气的温度、湿度、风的寒冷度、热量指数、露点。
操作也非常简单。
打开电源键,通过MODE按钮可以改变工作模式,可以在任何时候选择不同的工作模式
。
4.2采样时间和频次
这次大气环境监测实验,我们分成了两组,一班从早上8点开始测量,二班从下午2点开始监测,时间是从10月22号到25号,每天监测两次。
4.3监测项目和分析方法
4.3.1监测项目
这次实验的监测项目是校园及其周围的TSP、SO2、NOx。
4.3.2分析方法
4.3.2.1大气中总悬浮颗粒物的测定(重量法)
用重量法测定大气中总悬浮颗粒物的方法一般分为大流量(3.3-3.7)、中流量(0.05-0.35m)采样法。
其原理为:
抽取一定体积的空气,使之通过已恒重的滤膜,则悬浮微粒被阻留在滤膜上,根据采样前后滤膜质量之差及采样体积,可计算总悬浮颗粒物的质量浓度。
步棸:
1.采样器的流量校准
2.采样
(1)每张滤膜使用前均需用光照检查,不得使用有针孔或有任何缺陷的滤膜采样。
(2)迅速称量在平衡室内已平衡24h的滤膜,读数淮确至0.3mg。
记下滤膜的编号及质量,将其平展地放在光滑干净的纸袋内,然后储存于盒内备用。
天平放置在平衡室内,平衡室温度在20-25℃。
之间,温度变化小于+3℃。
相对湿度小于50%,湿度变化小于5%。
(3)将已恒重的滤膜用小镊子取出,“毛”面向上,平放在采样夹的网托上,拧紧采样夹,按照规定的流量采样,
(4)采样5min后和采样结束前5min,各记录一次U形压力计压差值,读数准至3mm。
若有流量记录器.则直接记录流量。
测定日平均浓度时,一般从8:
00开始采样至第二天8:
00结束。
若污染严重,可用几张滤膜分段采样,合并计算日平均浓度。
3.样品测定
将采样后的滤膜称量。
记录结果及有关参数。
4、计算
总悬浮颗粒物(TSP,mg/m3)=W/(Qn*t)
式中W—采集在滤膜上的总悬浮颗粒物质量,mg;
t—采样时间,min;
Qn—标准状态下的采样流量,(m3/min)按下式计算
4.3.2.2大气中氮氧化物的测定(盐酸萘乙二胺分光光度法)
大气中的氮氧化物主要有一氧化氮、二氧化氮、五氧化二氮、一氧化二氮等。
测定大气中的氮氧化物主要是其中的一氧化氮、二氧化氮,如果测定二氧化氮的浓度。
可直接用溶液吸收法采集大气样品。
若测定—氧化氮和二氧化氮的总量,则先用三氧化铬将一氧化氮氧化成二氧化氮后.进入溶液吸收瓶。
二氧化氮被吸收液吸收后,生成亚硝酸和硝酸,其中亚硝酸与对氨基苯磺酸发生重氮化反应,再与盐酸萘乙二胺偶合。
生成玫瑰红色偶氮染料,据其颜色深浅,用分光光度法测定。
因为二氧化氮转变为亚硝酸的转换系数为0.76,故在计算结果时乘以0.76。
步棸:
1、采样
(1)吸收液
(2)三氧化铬—砂子氧化管
2、制作标线
3、样品的测定
计算氮氧化物(NO2,mg/m3)=(A-A0)/(0.76b*VN)
A—样品溶剂的吸光度;
A0—试剂空白溶液的吸光度;
b—标准曲线斜率
VN—标准状态下的采样体积,L
4.3.2.3大气中二氧化硫的测定
大气中的二氧化硫被四氯汞钾溶液吸收后,生成稳定的二氧化硫盐酸配合物,此配合物再与甲醒及盐酸副玫瑰苯胺发生反应,生成紫红色的配合物,据其颜色深浅,用分光光度法测定。
步棸:
1、采样
2、绘制标线
3、测量
4、计算
二氧化硫(μg/l)=(W*Vt)/(Vn*Va)
W-测定时所取样品液二氧化硫含量(由标准曲线查知),μg;
Vt-样品溶液总体积(吸收管中吸收液的总体积或将该溶液移至容量瓶中定容后的体积),ml;
Va-测定时所取样品溶液体积(在稀释样品溶液时,从总体积中移取的样品溶液的体积,如果吸收液吸收待测物质后,不用烯释,直接测定,则Vt=Va),ml
Vn—标准状态下的采样体积,l
4.4监测处理结果
紫色框表示数据与其他数据相比偏离较大固处理时舍去
5、监测结果及评价
5.1各污染物检出情况分析
5.1.1各污染物的检出特征
时间
10.22
10.23
10.24
10.25
平均风速(m/s)
1.1
0.4
2.1
0.4
温度(℃)
17.6
17.6
15.2
21.6
相对湿度(%)
55
26
30
34
露点(℃)
9.3
19.1
12.8
6.9
5.1.1TSP、SO2和、NOx平均浓度随时间的变化曲线
TSP随着时间的变化先增大后减小,而10月23号的TSP的浓度的平均值是校园大门口的数据,同时,由
5.2校园大气质量评价
5.2.1评价因子和评价方法的选择
评价方法的选择:
1单因子评价
标况下的实测浓度ug/L
标况下的标准浓度ug/L
②格林大气污染指数
公式:
式中:
S-SO2实测日平均浓度ug/L
C-实测日平均烟雾系数(COH),1COH≈125µg/m3TSP。
污染物
希望水平
警戒水平
极限水平
SO2
0.06
0.3
1.5
烟雾系数
0.9
3.0
10.0
污染指数
25
50
100
表3格林SO2和烟雾系数日平均浓度标准
③上海大气污染指数
公式:
表4上海大气污染指数
分级
清洁
轻污染
中污染
重污染
极重污染
I
<0.6
0.6-1
1-1.9
1.9-2.8
>2.8
大气污染水平
清洁
大气污染指数
三级指标
普戒水平
警告水平
紧急水平
由于每种评价方法各有自己的优点与不足,通过使用几种方法相结合,可以更有效、更全面地评价大气环境质量。
5.2.2结果分析
5.2.2.1单因子评价结果分析
所监测地区为校园及其周围区域,按照环境空气质量功能区的分类和标准,此类区域为二类区,标准如下表:
污染物名称
取值时间
二级标准浓度(ug/L)
TSP
年平均
0.2
日平均
0.3
SO2
年平均
0.06
日平均
0.15
一小时平均
0.5
NOx
年平均
0.05
日平均
0.1
一小时平均
0.15
在处理TSP数据时,由于没有TSP的一小时平均浓度,用日平均浓度代替一小时平均浓度。
处理结果如下:
10.22
10.23
10.24
10.25
TSP
>1
<1
<1
<1
NOx
<1
<1
<1
<1
SO2
<1
<1
<1
<1
大于1说明超出环境质量标准,只有10月22号的TSP超出了环境质量标准。
而其他所监测的污染物在监测段内没有超出环境质量标准,用单因子评价法,总体上说,校园内及其周围的大气质量良好。
5.2.2.2格林大气污染指数结果分析
由于处理数据时,用二氧化硫的实测一小时的浓度代替日平均浓度。
10.22
10.23
10.24
10.25
格林大气污染指数
39.8<50
18.8<25
23.42<25
41.9<50
小于25时,说明空气清洁而安全;大于50说明空气有潜在危险性;在此之间时应发出警报。
由上述表知,10月22、25号两天应发出警报;23、24号两天空气清洁而安全。
5.2.2.3上海大气污染指数结果分析
时间
10.22
10.23
10.24
10.25
上海大气质量指数
0.04
0.1
0.06
0.18
上述上海大气质量指数是用氮氧化物计算的,由于上述上海大气质量污染指数全小于0.6,所以根据上海大气质量指数法得出校园大气质量为清洁。
6结论与建议
6.1结论
根据单因子评价结果,校园大气质量除10月22号超标外,其他污染指标在范围之内,说明泰达校区大气质量良好。
由格林大气指数得出,10月22、25号两天应发出警报;23、24号两天空气清洁而安全。
通过上海大气污染指数计算得出,校园大气质量清洁。
6.2建议
1、对于这次大气综合实验,就是在做实事要学会如何做实验标签,对于标签要使别人能看清楚,并且简单易行。
2、做实验时要分工清楚、任务明确、听从老师安排;同时要具有团队精神。
衷心的希望学弟学妹们能吸收我们的前车之鉴。
致谢
对于这次完成这次实验,刘老师不辞辛苦带领大家做实验,悉心指导我们,在此我要对刘占广老师说声谢谢;李海明老师在百忙之中,指导我们如何规划实验、如何写报告,给我们传授知识,对此谢谢李老师。
同时,我还要感谢我的室友,马文龙、王超、任星光和刘安,是我们共同努力,才完成实验任务。
最后,还要谢谢全班同学,大是家齐心协力共同完成数据,并且数据共享,才更加全面的掌握数据。
参考文献:
[1]李海明老师的大气环境监测设计性实验ppt课件.
[2]天津市XX百科.
[3]塘沽区XX百科.
[4]GPSXX百科.
[5]风速仪XX百科.
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