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1、环境监测课程设计-校园空气质量监测 指导教师：高林霞 班级：11环境工1班 姓名： 学号： 组员：1班1组目录1、监测背景22、监测目的23、优化布点24、监测计划设计44.1检测项目44.2采样时间及频率54.3采样方法54.4样品的运送保存104.5检测方法105、数据结果和处理126、综合评价187、收获和体会188、参考资料181.监测背景 地球上人口在急剧增加，人类经济在急速增长，地球上的大气污染也日趋严重。目前，全球性大气污染问题主要表现在温室效应、酸雨和臭氧层遭到破坏三个方面。 中国大气污染状况也十分严重，主要呈现为城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水
2、平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势，全国形成华中，西南，华东，华南多个酸雨区，以华中酸雨区为重。城市大气污染的主要来源是工业排放和机动车尾气排放，目前人们谈论的大气中的主要污染物是指二氧化硫（SO），二氧化氮（NO2）和总悬浮颗粒物（TSP）。 基于我国城市空气以煤烟型污染为主的现状，规定用SO2、NOX和TSP三项主要污染物指标计算空气污染指数(API)，表征空气质量状况。 2.监测目的1、根据布点采样原则，选择适宜方法进行布点，确定采样频率及采样时间，掌握测定空气中SO2、NOx和TSP的采样和监测方法。 2、 根据三项污染物监测结果，计算空气污染指数(API)，
3、描述空气质量状况。 3、 预习教材第三章中的相关内容，在预习报告中列出实验方案和操作步骤，分析影响测定准确度的因素及控制方法。 3.优化布点为了使监测的数据更具有代表性，本次课设选取了四个地点分别是：草莓园、资源与环境学院、2栋教学楼、西区路口。一共有8台空气采样器（硅胶）、6台TSP采样器（少2台，1组测完赶紧给2组）示意图见附图4.监测计划设计4.1 监测项目SO2、NOX和TSP4.2 采样时间及频率12月10日，11日，12日进行采样、测定样品2班每天8:00-9:00,12:00-13:00,16:00-17:00三个时间、三个指标都要在4个点取样（统一时间取样），每组一天36个样（
4、2组时间错开，注意错开下课高峰期），取3天1班每天9:00-10:00,13:00-14:00,17:00-18:00三个时间、三个指标都要在4个点取样（统一时间取样），每组一天36个样（2组时间错开，注意错开下课高峰期），取3天4.3采样方法4.3.1 SO2的测定（四氯汞钾溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法）4.3.1.1实验原理 空气中SO2被四氯汞钾溶液吸收后,生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，此络合物再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺发生反应，生成紫红色的络合物，根据其颜色深浅，用分光光度计在波长为575nm处进行比色测定。 4.3.1.2实验仪器、设备 1大气采样器（流量01L/min）。 2多
5、孔玻板吸收管。 3具塞比色管。 4分光光度计。 4.3.1.3实验试剂 1、 0.04mo1L四氯汞钾吸收液：称取10.9g氯化汞（HgC12）、6.0g氯化钾和0070g乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA一Na2），溶解于水，稀释至1000mL。此溶液在密闭容器中贮存，可稳定6个月。如发现有沉淀，不能再用。 2、2.0gL甲醛溶液：吸取3638甲醛溶液1.1mL，用水稀释至200mL，临用现配。 3、6.0gL氨基磺酸铵溶液：称取060g氨基磺酸铵（H2NSO3NH4），溶解于100mL水中，临用现配。 4、碘贮备液（C1/2I2=0.10mol/L）：称取12.7g碘于烧杯中，加入40g碘化钾和
6、25mL水，搅拌至全部溶解后，用水稀释至1000mL，贮于棕色试剂瓶中。 5、碘使用液（C1/2I2=0.010molL）：量取50mL碘贮备液，用水稀释至500mL，贮于棕色试剂瓶中。 6、2gL淀粉指示剂：称取0.20g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，慢慢倒入100mL沸水中，继续煮沸至溶液澄清，冷却后贮于试剂瓶中。临用现配。 7、碘酸钾标准溶液（C16KIO30.1000mo1L）：称取3.5668g碘酸钾（KIO3，优级纯，110烘干2h），溶解于水，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至标线。 8、盐酸溶液（CHCl=1.2mol/L）：量取100mL浓盐酸，用水稀释至1000mL。 9
7、、硫代硫酸钠贮备液（C Na2S2O30.1mol/L）：称取25g硫代硫酸钠（Na2S2O35H2O），溶解于1000mL新煮沸并已冷却的水中，加0.20g无水碳酸钠，贮于棕色瓶中，放置一周后标定其浓度。若溶液呈现浑浊时，应该过滤。 标定方法：吸取0.1000mo1L碘酸钾标准溶液25.00mL，置于250mL碘量瓶中，加70mL新煮沸并已冷却的水，加1.0g碘化钾，振荡至完全溶解后，再加1.2mo1L盐酸溶液10.0mL，立即盖好瓶塞，混匀。在暗处放置5min后，用硫代硫酸钠溶液滴定至淡黄色，加淀粉指示剂5mL，继续滴定至蓝色刚好消失。按下式计算硫代硫酸钠溶液的浓度： c= 25.000.
8、1000/V 式中： C硫代硫酸钠溶液浓度，mo1L； V消耗硫代硫酸钠溶液的体积，mL。 10、硫代硫酸钠标准溶液：取50.00mL硫代硫酸钠贮备液于500mL容量瓶中，用新煮沸并已冷却的水稀释至标线，计算其准确浓度。 11、亚硫酸钠标准溶液：称取0.20g亚硫酸钠（Na2SO3）及0.010g乙二胺四乙酸二钠，将其溶解于200mL新煮沸并已冷却的水中，轻轻摇匀（避免振荡，以防充氧）。放置23h后标定。此溶液每毫升含320400g二氧化硫。 标定方法：取四个250mL碘量瓶（A1、A2、B1、B2），分别加入0.010mol/L碘溶液50.00mL，在A1、A2瓶内各加25mL水，在B1瓶内
9、加入25.00mL亚硫酸钠标准溶液，盖好瓶塞。立即吸取2.00mL亚硫酸钠标准溶液于已加有4050mL四氯汞钾溶液的100mL容量瓶中，使其生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物。再吸取25.00mL亚硫酸钠标准溶液于B2瓶内，盖好瓶塞。然后用四氯汞钾吸收液将100mL容量瓶中的溶液稀释至标线。 A1、A2、B1、B2四瓶于暗处放置5min后，用0.01mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定至淡黄色，加淀粉指示剂5mL，继续滴定至蓝色刚好消失。平行滴定所用硫代硫酸钠溶液体积之差应不大于0.05mL。 所配100mL容量瓶中的亚硫酸钠标准溶液相当于二氧化硫的浓度由下式计算： SO2（ug/mL）= (V0V)c
10、32.021000)/25.002.00/100式中： V0滴定A瓶时所用硫代硫酸钠标准溶液体积的平均值（mL）；V滴定B瓶时所用硫代硫酸钠标准溶液体积的平均值（mL）；c硫代硫酸钠标准溶液的准确浓度（mol/L） ；32.02相当于1mmol/L硫代硫酸钠溶液的二氧化硫（1/2SO2）的质量（mg）。 根据以上计算的二氧化硫标准溶液的浓度，再用四氯汞钾吸取液稀释成每毫升含2.0ug二氧化硫的标准溶液，此溶液用于绘制标准曲线，在冰箱中存放，可稳定20天。12、0.2%盐酸副玫瑰苯胺（PRA，即对品红）贮备液：称取0.20g经提纯的盐酸副玫瑰苯胺，溶解于100mL，1mol/L盐酸溶液中。13、
11、磷酸溶液（cH3PO4=3mol/L）：量取41mL85%浓磷酸，用水稀释至200mL 。14、0.016%盐酸副玫瑰苯胺使用液：洗去0.2%盐酸副玫瑰苯胺贮备液20.00mL于250mL容量瓶中，加3mol/L磷酸溶液200mL，用水稀释至标线。至少放置24h方可使用。存放暗处，可稳定9个月。4.3.1.4 实验步骤标准曲线的绘制：取8支10ml具塞比色管，按下列参数和方法配制标准色列。 在以上各比色管中加入6g/L 氨基磺酸铵溶液0.5mL，摇匀。再加2g/L 甲醛溶液0.5mL及0.016% 盐酸副玫瑰苯胺使用液1.5mL，摇匀。当室温为15-200C时，显色30min；室温为20-25
12、0C时，显色20min；室温为25-300C时，显色15min。用1cm比色皿，于575nm波长处，以水为参比，测定吸光度，试剂空白值不应大于0.050吸光度。以吸光度（扣除试剂空白值）对二氧化硫含量（g）绘制标准曲线，并计算各点的SO2含量与其吸光度的比值，取各点计算结果的平均值作为计算因子（BS）。采样：量取5ml 四氯汞钾吸收液于多孔玻璃吸收管内（棕色），通过塑料管连接在采样器上，在各采样点以0.5L/min 流量采气20min。4.3.2 NOx的测定4.3.2.1原理 大气中的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮。在测定氮氧化物浓度时，应先用三氧化铬将一氧化氮氧化成二氧化氮。二氧化氮被吸
13、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，用分光光度法定量。因为NO2（气）转变为NO2（液）的转换系数为0.76，故在计算结果时应除以0.76。4.3.2.2仪器1、多孔玻板吸收管；2、双球玻璃管；3、大气采样器：流量范围0-1L/min；4、分光光度计；5、10ml比色管；6、气压计。4.3.2.3试剂所有试剂均用不含亚硝酸根的重蒸馏水配制。其检验方法是：所配制的吸收液对540nm光的吸光度不超过0.005 。1、N-（1- 萘基）乙二胺盐酸盐贮备液：称取0.5gN-（1-萘基）乙二胺盐酸盐C10H7N
14、H(CH2）2NH22HCl于500mL容量瓶中，用水稀释至刻度。此溶液贮于密闭棕色瓶中冷藏，可稳定三个月。2、显色液：称取5.0g对氨基苯磺酸，置于1000mL容量瓶中，加入50mL冰乙酸和900mL水的混合溶液，盖塞振摇使其完全溶解，继之加入0. 50g盐酸萘乙二胺，溶解后，用水稀释至标线，此为吸收原液，贮于棕色瓶中，在冰箱内可保存两个月。保存时应密封瓶口，防止空气与吸收液接触。3、吸收液：采样时，按4分显色液与1份水的比例混合配成采样用的吸收液。4、三氧化铬-砂子氧化管：筛取20-40目海砂（或河沙），用（1+2）的盐酸溶液浸泡一夜，用水洗至中性，烘干。将三氧化铬与砂子按重量比（1+20
15、）混合，加少量水调匀，放在红外灯下或烘箱内于105烘干，烘干过程中应搅拌几次。制备好的三氧化铬-砂子应是松散的，若粘在一起，说明三氧化铬比例太大，可适当增加一些砂子，重新制备。5、亚硝酸钠标准贮备液：称取0.3750g优级纯亚硝酸钠（NaNO2，预先在干燥器内放置24h以上），溶解于水，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含250gNO2，贮存于棕色瓶内，冰箱中保存，可稳定三个月。6、亚硝酸钠标准溶液：吸取贮备液1mL于100mL容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含2.5gNO2。4.3.2.4测定步骤标准曲线的绘制：取6支10mL具塞比色管，按下表所列数据配制标准色列。
16、管号0 1 2 3 4 5 亚硝酸钠标准溶液（mL）0.000 0.400 0.800 1.200 1.6002.000 显色液（mL）8.000 8.000 8.000 8.000 8.000 8.000 水（mL）2.000 1.600 1.200 0.800 0.400 0 NO2含量（g）0.00 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 以上溶液摇匀，避开阳光直射放置20min（室温低于200C放置40min以上），在540nm波长处，用1比色皿，以水为参比，测定吸光度。以吸光度为纵坐标，相应的标准溶液中NO2含量（ug）为横坐标，绘制标准曲线。采样：将一支内装10
17、.00mL吸收液的多孔玻板吸收管进气口接三氧化铬-砂子氧化管，并使管口略微向下倾斜，以免当湿空气将三氧化铬弄湿时污染后面的吸收液。将吸收管的出气口与空气采样器相连接。以0.3L/min的流量避光采样至吸收液呈微红色为止。4.3.3 TSP的测定四、窗体4.3.3.1 实验原理 以恒速抽取定量体积的空气，使之通过采样器中已恒重的滤膜，则空气中粒径小于100微米的悬浮颗粒物，被截留在滤膜上。根据采样前、后滤膜重量之差及采样体积，计算总悬浮颗粒物的浓度。 4.3.3.2 实验仪器、设备 （1）中流量采样器。（2）中流量孔口流量计：量程70-160L/min。（3）U 型管压差计：最小刻度10Pa。（
18、4）X光看片机：用于检查滤膜有无缺损。（5）分析天平：称量范围10g，感量0.1mg。(6)恒温恒湿箱：箱内空气温度15-300C可调，控温精度10C；箱内空气相对湿度控制在（505）%。 4.3.3.3 实验步骤 1、用孔口流量计校正采样器的流量。滤膜准备：每张滤膜使用前均需认真检查，不得使用有针孔或有任何缺陷的滤膜。采样滤膜在称量前需在恒温恒湿箱平衡24小时，平衡温度取15300C任一点，并在此平衡条件下迅速称量，精确到0.1mg，记下滤膜重量W0。称好后的滤膜平展放在滤膜保存袋（或盒）内。 3、采样：打开采样头顶盖，取下滤膜夹，将称量过的滤膜绒面向上，平放在支持网上，放上滤膜夹，再安好采
19、样头顶盖，开始采样，采样流量120L/min，采样20min并记下采样时间，采样时的温度T（K）、大气压力P（kPa）。 4.4 样品的运送保存4.4.1 SO2的测定保存采样完毕，封闭进出口，带回实验室供测定。4.4.2 NOX的测定保存记下采样时间，密封好采样管，带回实验室，当日测定。若吸收液不变色，应延长采样时间，采样量应不少于(6L采样最少20min)。在采样的同时，应测定采样现场的温度和大气压力，并做好记录。4.4.3 TSP的测定保存样品采好后，取下采样头，用镊子轻轻取出滤膜，绒面向里对折，放入滤膜保存袋（或盒）内，若发现滤膜有损坏，需重新采样。 4.5检测方法4.5.1 SO2的
20、测定将采样后的吸收液放置20min 后，转入10ml比色管中，用少许水洗涤吸收管并转入比色管中，使其总体积为5mL，再加入0.5mL6g/L的氨基磺酸铵溶液，摇匀，放置10min，以消除NOx的干扰。以下步骤同标准曲线的绘制。按下式计算空气中SO2浓度（c）： 在测定每批样品时，至少要加入一个已知SO2浓度的控制样品同时测定，以保证计算因子的可靠性。4.5.2 NOX的测定采样后，放置20min，将样品溶液移入1比色皿中，用水将吸收管中吸收液的体积补充至标线，混匀，按绘制标准曲线的方法和条件测定试剂空白溶液和样品溶液的吸光度。若样品溶液的吸光度超过标准曲线的测定上限，可用吸收液稀释后再测定吸光
21、度。计算结果应乘以稀释倍数按下式计算空气中的NOx：4.5.3 TSP的测定将采样后的滤膜放在恒温恒湿箱中，与空白滤膜相同的平衡条件下平衡24小时后，用电子天平称量，精确到0.1mg，记下采样后的滤膜重量W1。按下式计算TSP含量：5、 数据结果和处理5.1数据处理要求 1.每组每天得出一个空气污染指数（API），与武汉市比较三个指标取平均值后 得出空气污染指数 2、对一天3个时间点测得3个指标进行对比（4个点取平均值） 3、对一天4个点测得的3个指标进行对比（3个时间点取平均值）5.2标准曲线的制定SO2标准曲线测定序号01234567SO2含量（g）01.222.83.23.64.45.4
22、吸光度0.0160.060.1140.1700.1910.2240.2570.312SO2标准曲线y = 0.0573x + 0.0061R2 = 0.992500.050.10.150.20.250.30.350123456SO2含量吸光度 NOX的标准曲线序号012345NO2-含量（g）00.10.20.30.40.5吸光度0.0110.1090.2080.3070.4020.4895.3数据记录及处理5.3.1 SO2和NOX的数据记录及处理 2013-12-10早上西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0090.0070.1210.019SO2含量（g）0.0510.0162
23、.0050.2250.574NOX吸光度0.1530.0930.0220.100NOX含量（g）0.1450.0820.0090.0900.0812013-12-10中午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0130.0260.0160.024SO2含量（g）0.1200.3470.1730.3120.238NOX吸光度0.0800.1380.0900.026NOX含量（g）0.0690.1290.0790.0130.0722013-12-10下午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0550.0560.0360.06SO2含量（g）0.8530.8710.5220.9410.
24、797NOX吸光度0.090.1360.0290.128NOX含量（g）0.0790.1270.0160.1190.0852013-12-11上午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0470.0230.0280.02SO2含量（g）0.7140.2950.3820.2430.408NOX吸光度0.0910.2050.0260.082NOX含量（g）0.0800.1990.0130.0710.0912013-12-11中午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0060.0040.0080.006SO2含量（g）-0.002-0.0370.033-0.002-0.002NOX吸光
25、度0.0880.1730.020.057NOX含量（g）0.0770.1650.0060.0450.0732013-12-11下午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0170.0180.024SO2含量（g）0.1900.2080.312NOX吸光度0.1230.1870.028NOX含量（g）0.1130.1800.0152013-12-12上午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0440.0170.0170.025SO2含量（g）0.6610.1900.1900.3300.343NOX吸光度0.1410.1960.1530.176NOX含量（g）0.1320.1890.
26、1450.1680.1592013-12-12中午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0110.0190.0130.017SO2含量（g）0.0860.2250.1200.1900.155NOX吸光度0.1360.1420.1360.116NOX含量（g）0.1270.1330.1270.1060.1232013-12-12下午西区草莓园资环楼2教含量平均值SO2吸光度0.0140.0170.0170.034SO2含量（g）0.1380.1900.1900.4870.251NOX吸光度0.1640.120.1860.151NOX含量（g）0.1560.1100.1790.1430.1
27、475.3.2 TPS的数据记录及处理周二项目空白/g测后/g温度/压强/KPa资上0.33360.334112.4102.3资中0.33350.334613.1102.2资下0.34140.342010.8102.2西上0.33320.334116.8102.5西中0.33210.333316.0102.2西下0.3350.336611.2101.2二上0.33350.333911.2102.5二中0.33790.337915.4101.9二下0.33680.337312.3102.3草上0.33150.332310.6102.7草中0.33440.335117.6101.8草下0.3369
28、0.337412.4102.6周三项目空白/g测后/g温度/压强/KPa资上0.33360.334112.4102.7资中0.33350.334613.1102.5资下0.34140.34210.8102.9西上0.33320.334116.8102.9西中0.33210.333316.0102.8西下0.3350.336611.2102.5二上0.33350.333911.2102.5二中0.33790.337915.4102.3二下0.33680.337312.3102.1草上0.33150.332310.6102.8草中0.33440.335117.6102.4草下0.33690.337
29、412.4102.2周四项目空白/g测后/g温度/压强/KPa资上0.33720.338111.9102.4资中0.33510.336314.3101.7资下0.34920.350712.1102.4西上0.33330.334410.1102.5西中0.33450.335511.6102.1西下0.33490.343214.3101.9二上0.33280.333512.4102.6二中0.33250.332816.4102.1二下0.34290.344014.1101.9草上0.33460.336010.6102.7草中0.33340.335118.4102.0草下0.33670.338114
30、.5102.22013/12/102013/12/112013/12/12SO2 API472824NOx API8814TSP API16814020374.33 58.67 80.33 12月10日API12月11日API12月12日API校园SO240913NOx116158204TSP461534323校园当天API461534323武汉当天API208126192表1 空气污染指数对应的污染物浓度限值污染指数污染物浓度（毫克/立方米）APISO2（日均值）NO2（日均值）PM10（日均值）CO（小时均值）O3（小时均值）500.0500.0800.05050.1201000.1500
31、.1200.150100.2002000.8000.2800.350600.4003001.6000.5650.420900.8004002.1000.7500.5001201.0005002.6200.9400.6001501.200 表2 空气污染指数范围及相应的空气质量类别空气污染指数API空气质量状况对健康的影响建议采取的措施050优可正常活动-51100良101150轻微污染易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动151200轻度污染201250中度污染心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状老年人和心脏
32、病、肺病患者应在停留在室内，并减少体力活动251300中度重污染300重污染健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，出现某些疾病老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动 由上图可以综合了解我校空气的具体级别。6.综合评价6.1数据分析 通过分析数据，可以发现草莓园的污染情况最严重，其次是二教、西区和资环楼。这个结果是综合了SO2、NOX和TSP几种指标的监测结果。但是由于两方面的原因，最终测得的结果还是和气象网站发布的数据有很大的偏差。第一：一地个地方的空气质量取决于处在什么样的环境，湖工的附近有两个混凝土搅拌站，由于这些搅拌站的存在，会产生大量的灰尘，同时也会产生氮的氧化
33、物和二氧化硫，不过最主要的影响应该是TSP。另外，从这些搅拌厂出来的混凝土运输车也会带起大量的灰尘弥漫在空气中，也会严重研祥TSP。草莓园的污染严重就主要因为草莓园靠近李纸路。第二：学校这几个月来有好几个工地，北区食堂的装修，酿酒技术中试基地，土建院的新楼，学校的新图书馆，等等工地，这些的存在也会影学校内的空气质量。所以此次实验可以看出湖工校园空气环境比武汉市平均更差，而且其中主要的污染就是TSP。6.2误差分析本次实验的误差比较大。可能原因有：用移液管取溶液时不准确；洗手固体颗粒物的滤纸没有完全干燥；采完样后没有立即塞住瓶口；用大气采样器进行采样时，尤其是NOX，会沸腾，有一部分溶液进入干燥
34、剂中；操作仪器不当。7.收获和体会这次的课程设计培养了大家的团队合作精神，也提高了动手能力，更重要的是将理论学习和实践联系起来，在实践中遇到问题从而来解决问题。由于监测时间段正值期末考试时期，同学们能安排好学习和工作之间的关系，在积极备战考试的同时按时保质地完成监测工作。在整个设计过程中，通过自己这次设计，我也发现一些不知之处：（1)整个监测时间比较短，缺少足够的数据进行空气质量现状分析；（2）监测指标比较少，如有可能以后增多监测的指标。（3）整个实验过程产生了无法避免的天气因素，对采样数据造成一定的影响。8.参考资料环境监测（第四版）奚旦立 孙裕生主编大气污染控制工程（第三版）郝吉明 马广大 王书肖主编
