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杜瑞瑞大学本科方案设计书方案设计书
毕业设计论文
题目大气中污染物的测定与分析
专业名称化工分析与检验
学生姓名杜瑞瑞
指导教师张婧
设计
论文
毕业任务书
一、题目
大气中污染物的测定与分析
二、研究主要内容
通过本次毕业设计,掌握有关环境检测的基本方法,查阅有关的资料,结合所学的知识,利用各种仪器设备,对废气中污染物的含量进行的分析研究,培养学生综合分析和解决问题的能力。
三、主要技术指标
要求完成:
1、查找有关的技术资料,了解目前我国废气中污染物的含量的现状,找出降低中废气中污染物含量的方法,提出环境质量改善设想方案。
2、对废气中污染物进行采样及进行实际监测。
3、对监测数据进行处理及分析。
4、撰写毕设论文。
四、进度和要求
2010年1—2周查阅有关资料
3—6周确定实验方法;购买实验所需试剂,准备开题报告并做好开题报告,完成需在实验室前准备工作
7—9周配置标准,初步进行标准图的制作
10—11周继续进行标准图的制作,确保准确
12—13周对废气采样进行实际监测
14—15周处理实验结果,进行室内环境质量评价。
16—17周撰写毕设论文,准备毕设答辩
18周答辩
五、主要参考书及参考资料
1、蒋展鹏主编《环境工程学》(第二版)北京:
高等教育出版社
2、国家环境保护科技标准司编《大气环境分析方法标准工作手册》西安:
西北工业大学出版社
3、谢协忠主编《水分析化学》中国电力出版社
4、有关环境监测的资料、文献等。
摘要
通过查阅相关资料,并结合大学中所学知识,利用实验设备对大气中主要的污染物TSP,SO2,和NOx进行采样及实际检测,通过计算得到污染物的浓度,并对大气环境质量进行评价。
结果表明造成对环境质量影响的首要污染物是TSP,其次是SO2,NOx。
通过与中华人民共和国环境保护部数据中心网站提供的空气质量日报比对后得出本文做的实验结果是基本正确的。
分析可知汽车尾气排放,城市建设造成大量露土面积以及市政建设改造中造成的道路扬尘是使得空气中TSP比较高的主要原因,此外,沙尘暴的影响也尤为显著。
因此要不断提高大气环境质量,就必须继续改善能源结构,加强污染项目环境管理,增加绿地的覆盖面积。
关键词:
环境质量,TSP,SO2,NOx
第一章绪论
1.1大气污染形成的原因及危害
1.1.1形成原因
大气污染的原因包括自然因素和人为因素两个方面。
自然因素是指自然过程造成的大气污染,包括火山活动、森林火灾、地震、土壤岩石风蚀、海啸、雷电、动植物尸体的腐烂及大气圈空气的运动等产生的尘埃、硫氧化物、氮氧化物等。
人为因素包括人类的生活活动和生产活动两个方面,来自人类生活、工业生产、交通运输等活动中的废弃物、燃烧、排放等,导致一些非自然大气组分的有害物质如粉尘、碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物等进入大气,在大气中积累后超过自然大气中该组分的含量而形成污染。
通常说的大气污染主要是指人类活动造成的,与人类活动相比较,自然因素引起的大气污染大多是暂时性的。
因为自然环境具有一定的自净化能力,能够通过自身的物理、化学和生物机能,如扩散、稀释、沉降、雨水冲洗、地面吸附、植物吸收等作用,经过一段时间后会自动消除大气污染,以恢复、维持生态系统的平衡。
因此,人类活动,尤其是生产活动是大气污染的主要原因。
1.1.2危害
1.大气固体颗粒物包括粉尘和烟尘,其大粒径大于100μm,最小粒径仅有10-3μm。
其中大于10μm的降尘在重力的作用下,能迅速沉降至地面;而小于10μm飘尘能在空气中长期悬浮并做布朗运动,容易进入人的呼吸系统。
由于飘尘几乎不能被上呼吸道表面体液截留并随痰排出,很容易直接进入肺部并在肺泡内沉积,因此对人体的危害最大,其危害程度取决于固体颗粒物的粒径、种类、溶解度以及吸附的有害气体的性质等。
2.SO2是一种无色不可燃的有毒气体,具有强烈的辛辣、刺激性气味。
通常大气对流层中SO2的平均本底体积分数约为0.2×10-9,当空气中SO2的体积分数达到(1~5)×10-6时,就会对人体健康产生明显危害,鼻腔和呼吸道粘膜都会出现刺激感;若体积分数超过10×10-6时,能够引起支气管收缩与声带痉挛,进而还会发生鼻腔出血、呼吸困难等现象,还会诱发支气管炎、肺水肿、肺硬化等疾病,甚至死亡。
此外,SO2还可增强致癌物苯并[a]芘的致癌作用。
值得注意的是,SO2、SO3与水气、烟尘等结合形成硫酸烟雾及硫酸盐后,造成的生态环境污染和危害远比单一的S02大得多,其毒性作用可增大3~4倍;若硫酸雾气溶胶的微粒为重金属粒子时,其刺激作用比SO2的单独刺激作用增强10倍,因为硫酸雾气溶胶微粒能够侵入肺的深部组织。
因此,当SO2与颗粒污染物并存时,其毒害作用远远超出二者单独作用之和。
一般说来,当大气中硫酸雾体积分数尚未达到0.8×10-6时,人已不能忍受。
空气中SO2浓度和存在时间超过一定值时还会对植物造成伤害。
SO2通过植物气孔进入叶组织并溶于细胞壁上的水分中,最后被细胞氧化为硫酸根离子。
若SO2的进入速度过快,则导致硫酸根离子的积累而引起细胞膜类脂的过氧化,从而水分和离子平衡失调,干扰植物合成,影响植物生长。
植物在SO2的伤害下,其发育生长受到阻碍,叶脉之间或叶端边缘出现灰白或黄褐色坏死斑,严重时使叶片组织脱水、焦枯。
3.NO是一种无色、无刺激的不活泼气体。
而NO2则是棕红色、有刺激性臭味的气体。
NO和NO2都是有毒气体,其中NO2比NO的毒性高4~5倍。
NO与血液中血红蛋白的亲合力非常强,生成亚硝基血红蛋白或亚硝基铁血红蛋白,降低血液输氧能力,引起组织缺氧和中枢神经麻痹。
一般正常人的NO容许最高体积百分数为25×10-6。
NO2刺激呼吸系统后会引起急性或慢性中毒,主要表现为对肺的损害,此外还对心、肝、肾及造血组织等均有影响。
由于NO2不易溶于水,因而能进入呼吸道深部组织,溶解成亚硝酸或硝酸后产生刺激和腐蚀作用。
若发生高浓度NO2的急性中毒,则会迅速产生肺水肿,甚至导致窒息死亡;慢性中毒引发的是慢性支气管炎和肺水肿。
与SO2相似,NO2与气溶胶颗粒物具有协同作用。
NO2与SO2和悬浮颗粒物共存时,其对人体的危害远大于NO2单独存在时,而且也大于各自污染物的影响之和。
自然环境中的NO2除了与碳氢化物反应形成光化学烟雾外,还能抑制植物的光合作用,使植物发育受阻,生长受到损害,并可能是人体致癌的有关因素。
1.3大气污染物监测的意义
大气污染物的种类极多,直接排向大气的污染物质称为一次污染物。
一次污染物在大气中通过化学反应生成的新的污染物质称为二次污染物,例如硫酸盐,硝酸盐和臭氧等。
二次污染物的危害往往更大。
据不完全统计,在大气中已经产生危害或已被人们注意到的污染物就有近百种,其中对人类环境威胁最大的和最为普遍存在的主要污染物有飘尘,二氧化氯,氮氧化物,一氧化碳等。
空气是人类赖以生存和生活不可缺少的物质,一个成年人每日平均吸入的空气量约为10—15m3,可见清洁的空气对人来说是何等的重要,污染空气的吸入将直接危及人体健康,而且对所有动植物的生长和生存都能造成危害。
一些严重危害生态环境和人类生存的污染现象如酸沉降,臭氧层空洞和光化学烟雾等就是由大气污染产生的。
因此控制和大气污染,不断对大气污染物进行分析和检测是十分必要的。
1.4本文研究的内容,目的和意义
本文的主要工作就是对大气中的主要污染物TSP,S02和NOx进行监测与分析,目的是为了分析西安大气污染状况,三种主要污染物的浓度是否超过国家标准,并且提出保护大气环境的一些建议和意见。
空气是人类赖以生存和生活不可缺少的物质,一个成年人每日平均吸入的空气量约为10—15m3,可见清洁的空气对人来说是何等的重要,污染空气的吸入将直接危及人体健康,而且对所有动植物的生长和生存都能造成危害。
一些严重危害生态环境和人类生存的污染现象如酸沉降,臭氧层空洞和光化学烟雾等就是由大气污染产生的。
因此控制和大气污染,不断对大气污染物进行分析和检测是十分必要的。
第二章大气污染物的测定与分析技术
2.1大气污染物的各种测定方法
2.1.1大气中S02的测定方法及其特点
1.碘量法
烟气中的S02被氨基磺酸铵和硫酸铵混合液吸收,用碘标准溶液滴定,按滴定量计算出S02浓度。
反应式如下:
此方法测定范围较广,仪器设备较简单,操作方便易掌握,能满足一般大气污染和污染源的监测要求。
本法适用于污染源的监测。
2.盐酸副玫瑰苯胺分光光度法
1)四氯汞钾溶液吸收法
S02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,据其颜色的深浅,用分光光度法测定。
本方法的优点是灵敏度高,适用于瞬时采样,样品采集后较稳定,已被国际标准化组织和我国规定为标准方法。
2)甲醛缓冲溶液吸收法
S02被甲醛缓冲溶液吸收后,生成稳定的甲硫酸加成物,加氢氧化钠使其分解,释放出S02。
再与盐酸副玫瑰苯胺作用,生成紫红色化合物,用分光光度法测定。
此方法的优点是避免了使用含汞的吸收液,但是操作条件较为严格。
3.钍试剂分光光度法
空气中的S02被过氧化氢溶液吸收并氧化为硫酸,硫酸根离子与过量的高氯酸钡反应生成硫酸钡沉淀,剩余的钡离子与钍试剂结合成钍试剂-钡络合物,为褪色反应,根据颜色深浅,用分光光度法测定测定波长为520nm。
本法1980年被ISO规定为测定S02的标准方法。
特点是样品采集后相当稳定,而且吸收液无毒。
适用于测定环境中S02的日平均浓度。
4.紫外荧光法
本法基本原理是用紫外光激发S02分子,处于激发态的S02分子返回基态时发出荧光(240-420nm),所发出的荧光强度与S02浓度呈线性关系,从而测出S02浓度。
本法的优点是灵敏度高,选择性好,无需化学试剂消耗。
5.定电位电解法
本法基于待测气体通过渗透膜进入电解槽,在一定外加电位下使电解液中扩散吸收的S02发生如下氧化反应:
与此同时产生对应的极限扩散电流I,其大小在一定条件下与S02浓度成正比。
特点是氟化氢,硫化氢等化学活性强的物质对测定有干扰,废气中的水分一方面容易在渗透膜表面冷凝,影响其透气性能,另一方面也会使S02产生通气损失。
故气样中氟化氢,硫化氢以及含湿量大时,不易用本法。
2.1.2大气中NOx的测定方法及特点
1.中和滴定法
NOx用过氧化氢溶液(3%)氧化吸收后,生成硝酸,用氢氧化钠标准溶液滴定。
采用甲基红-亚甲基蓝混合指示剂,终点由紫变绿色。
特点是本法最为简便,测定范围广,只适用于硝酸工厂废气中NOx的测定。
2.二硫酸酚分光光度法
NOx用过氧化氢溶液(3%)吸收后,生成硝酸,在无水条件下与二硫酸酚反应生成硝基二硫酸酚,加氢氧化按生成黄色化合物,在波长420nm处测定。
本法测定范围宽,计算方便国外已被列为标准方法。
3.盐酸萘乙二胺分光光度法
大气中的NOx主要是NO和NO2。
在测定NOx浓度时,应先用三氧化铬将NO化成NO2。
NO2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,再与盐酸萘已二胺偶合,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)转变为亚硝酸根离子的转换系数为0.76,故在计算结果时应除以0.76。
本法的特点是操作简便适用于低浓度氮氧化物的测定,但是其计算需要使用经验转换系数,影响测定的准确度。
4.定位电解法
NO气体进入电化学器皿传感器后,在恒定电位电极上发生催化氧化反应:
而在对电极上空气中的氧分子发生电催化还原反应:
上述电化学反应过程中,产生的极限扩散电流I,在一定条件下,其大小与NO浓度成正比。
此法的特点是可进行连续,定时监测,专用的检测仪适用现场检测,使用方便,但是受S02,芳香烃及一氧化碳等成分的
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