校园环境空气质量监测方案.doc

北京交通大学校园 环境空气质量监测方案 学院：土建学院 班级：环境0702 姓名：郭雪 学号：07233034目 录1 引言12 监测目的13 方案设计思路24 方案调研24.1 背景调研34.1.1 总体地理位置34.1.2 总体污染状况44.1.3 气象资料54.1.4 污染源分布及排放情况54.2 现场调研64.3 检测方法调研75 监测特点86 监测方案86.1 方案概述86.2 检测内容96.3 布点方案96.4 检测方法106.4.1 TSP 的测定：106.4.2 PM10 的测定136.4.3 测量空气流速、湿度的测定。146.5 数据表格（略）146.6 结果预计156.6.1 预测分析156.6.2 预想187 方案实施计划237.1 仪器列表237.2 时间安排241 引言北京交通大学作为教育部直属的全国重点大学，有着悠久的历史背景和文化底蕴。学校在几代北交人的努力下不断发展壮大。近几年来，学校对于硬件设施的投入也是日趋增大。自我到校学习以来，学校先后建成了逸夫教学楼与机械工程楼，改造了学校东部的土操场，并且在建中的还有一座大型的学生活动中心。但是大片的建筑工地、裸露的土地使得学校的生态薄弱，大气、噪声等污染也相对严重。校园环境污染对学生健康的影响已成为不可忽视的因素。由于学校主区校园面积较小，而且频繁施工，我们就将目光集中在整个主区（不含家属区）。因此，学校室外的大气状况对学生健康的影响值得我们去研究探讨（大气污染对人体健康影响的调研见附录9.1）。室外大气空气污染，不仅具有普通室外污染的一般特点，即污染浓度高种类多、接触时间长、扩散快、影响范围大、涉及人数多、随时间空间变化大等，还因为其人员相对密集，人员呼吸急促等原因而更具复杂性。2 监测目的此次大气监测的目的主要有以下五方面：1通过实验进一步巩固课本知识，深入了解空气环境中各污染因子的具体采样方法、分析方法、误差分析及数据处理等方法。巩固大气环境监测的原理与知识，了解调查研究的基本方法与步骤，通过严格科学的训练锻炼同学的思考能力、实践能力、创新能力，通过深入了解接触我们所处的环境提高同学的环保意识；2对北京交通大学校园的空气环境定期监测，评价北京交通大学校园的空气环境质量，为研究北京交通大学校园空气环境质量变化及制订北京交通大学校园环境保护规划提供基础数据。3.根据污染物或其他影响环境质量因素的分布，追踪污染路线，寻找污染源，为北京交通大学校园环境污染的治理提供依据，培养独立开展环境监测的技能；4及时、准确、全面地反映校园大气环境质量现状及发展趋势，培养大家的环境忧患意识；培养团结协作精神及综合分析与处理问题的能力。5为开展和校园相关的环境管理、污染控制、环境规划、环境评价提供科学依据，为在建或未建的室外运动场所提出建设性的意见。3 方案设计思路4 方案调研大气污染受气象、季节、地形、地貌等因素的强烈影响而随时间变化，因此应对校园内各种大气污染源、大气污染物排放状况及自然与社会环境特征进行调查，并对大气污染 物排放作初步估算。4.1 背景调研4.1.1 总体地理位置北京中心位于北纬39度54分20秒，东经116度25分29秒。位于华北平原西北边缘。毗邻渤海湾，上靠辽东半岛，下临山东半岛。北京与天津相邻，并与天津一起被河北省环绕。西部是太行山山脉余脉的西山，北部是燕山山脉的军都山，两山在南口关沟相交，形成一个向东南展开的半圆形大山弯，人们称之为“北京弯”，它所围绕的小平原即为北京小平原。学校位于首都北京“学府胜地”海淀区，坐落于北京交通枢纽西直门，毗邻中国“硅谷”中关村，周边环绕众多世界知名公司，地理位置极其优越。经过一百多年的发展，北京交大校园建筑现代和古典建筑交相辉映，中西合璧风格独特。教学区总面积近1100亩，建筑面积78万平方米，东西两个校区，教学、科研设施完善，硬件一流，校园环境优美。4.1.2 总体污染状况校园空气质量在很大程度上也受到外来因素的干扰。比如说冬春季节从内蒙古吹来的沙尘暴，黄沙遍天，遮天蔽日，在短时期内会造成很大的危害，并对校园的大气质量造成了很严重的影响。所以要想准确测量校园的大气质量，就必须考虑到这些因素。当然，由于学校地处海淀区，这一带基本上都是校园区，临近地区的影响不是太大，所以可以从北京市区的总体空气质量状况来考虑背景值。根据2009 年北京市环境状况公报（由于网上资源只找到07版，暂时性使用它）， 2009 年，市区大气中二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物浓度年日均值分别为每立方米0.067、0.076、2.5、 0.166 和0.373 毫克，与2008 年相比，二氧化硫和化学需氧量排放量分别比2008年下降3.59%和2.49%。4.1.3 气象资料北京位于亚洲大陆东南部，属亚热带季风气候。冬季以寒冷的西北风为主、特别是一些强风；夏季以温暖潮湿的东南风为主（因临渤海）。气温冬季在10 度以下；夏季在20 度以上。我们的环境监测在10月。风向主要为东南风，风速通常不高；温暖潮湿， 日照时间长， 气温通常为30 度左右，湿度较高。 主要收集校园气象站（图1）和当地气象站（台）近年的气象数据，包括风向、风速、气温、气压、降水量、相对湿度等，具体调查内容如表所示。 气象资料调查项 目调 查 内 容 风 向主导风向、次主导风向及频率等 风 速年平均风速、最大风速、最小风速、年静风频率等气 温年平均气温、最高气温、最低气温等 降水量平均年降水量、每日最大降水量等 相对湿度年平均相对湿度 4.1.4 污染源分布及排放情况主要调查校园大气污染物的排放源、数量、燃料种类和污染物名称及排放方式等，为大气环境监测项目的选择提供依据，可按表中的方式进行调查。校园大气污染源情况调查 序号污染源名称数量燃料种类污染物 治理措施排放方式备注 1生活区（食堂）2建筑工地（学生活动中心） 3锅炉房4机械实习工地5家属区居民炉灶通过参考大气污染源的分类与污染物时空分布的特点，我们对污染源进行了调查与分析。调查显示污染源有：1汽车尾气污染：属移动污染源，线源，低架源，交通污染源。排气中的主要污染物是烟尘、NOx、CO、O3 等。但校园内机动车较少，且移动速度较快，因此对各运动场所的影响大致相同。2逸夫楼旁边锅炉房：属固定污染源，点源，高架源，生活污染源。主要污染物是烟尘、SO2、CO、CO2、有机化合物等。它位于校园东部，离网球场与东大操场等运动场所较近。但由于其为高架源，受控气流动影响大，且扩散快，因此对周边地区影响大致相同。3学生活动工地：属固定污染源、点源、低架源、生活污染源。主要污染物是颗粒物、噪音。是主要的污染源。4化学实验室：属固定污染源、点源、低架源。主要污染物是挥发性有机物、放射性物质。它位于校园中部，但其规模较小，保护措施好，严格执行安全实验准则，没有发生过严重的事故，因此对外界运动场所影响很小。5生物性污染物：属固定污染源、面源、低架源。它一种空气变应原，主要有花粉和清华大学室外各类运动场所空气质量监测方案一些霉菌孢子。在校园内分布较多，主要集中在小河边。且考虑监测季节为夏季，该污染物量不大。因此影响不大。通过参考大气污染物存在状态及来源，以及上述污染源，我们得出，人的活动和动植物的新陈代谢是CO2 的主要来源；汽车废气以及锅炉燃烧的废气是CO、CO2 和NOx 的主要来源；各场所地表形态、工地和锅炉烟尘是颗粒污染物的主要来源；锅炉燃烧废气是SO2 的主要来源；汽车尾气和锅炉燃烧废气是有机化合物，特别VOC 的主要来源。化工化学实验室是放射性污染物的主要来源。4.2 现场调研校园内有两座室外运动场所都集中在学校北部，学校四周分布着18号公寓、19号公寓、22号公寓、嘉园公寓和留学生公寓。考虑地面用材情况，校内的地面状况可分为以下几类：1裸土地。这种地面由经过平整的沙土覆盖，虽然是出于安全考虑、避免受伤，但北京天气干燥、降雨量少，有人在这样裸露的土地上跑动时，总是扬起一片尘土；遇到大风天气，常常尘土飞扬，沿运动场附近的道路边上积土成堆，降低能见度，成为空气中TSP、PM10、降尘的来源，刺激呼吸道和肺部，影响人类健康和周围植物的生长。关于颗粒物介绍见后。2塑胶地面。塑胶运动场由素土层、碎石层、基础结构层（沥青砼或水泥砼）、塑胶面层组成，该地面的塑胶层主要为聚氨酯，强度高、弹性好、耐磨、耐低温、防震隔音，是十分利于运动员发挥的地面。但是，从学校操场的情况来看，塑胶地面在太阳照射、温度较高的情况下会挥发出明显的气味，该气味可能来自于塑胶颗粒本身和粘连塑胶颗粒的胶结料。例如以聚醚多元醇、扩链剂、异氰酸酯、增塑剂、填料等为原材料,制备的MDI 型双组分聚氨酯塑胶跑道用浆料。研究表明该MDI 型塑胶跑道与传统的TDI 聚氨酯塑胶跑道相比,气味小,符合环保要求,而且综合性能优越。3沥青。沥青为一种传统的铺路材料，学校部分路面铺设的就是沥青。沥青是一种复杂的化合物，其加热挥发烟尘中含有大量多环芳烃，尤其苯并（a）芘含量甚高，石油沥青烟尘中B(a)P 的含量尽管低于煤焦沥青烟尘中的含量，但长期接触可能赢棋的遗传毒性作用也不容忽视。4水泥地。水泥地对环境没有明显影响。5沙地。其对大气环境的主要影响和裸土地差不多，但沙的颗粒直径较大，较不易被风吹起，且场所不多、面积较小，所以危害没有裸土严重。6草坪。由于草的光合作用释放出氧气。4.3校园周边大气污染源调查我校南邻动物园路，东邻交大东路,周边大气污染源主要调查汽车尾气排放情况，汽车尾气中主要含有CO、NOx、烟尘等污染物。调查形式如表所示。 汽车尾气调查情况 路段动物园路交大东路大柳树路车流量（辆/h） 大型车中型车小型车 4.4 检测方法调研根据大气环境监测因子的筛选结果所确定的监测项目，按照空气和废气监测分析方法、环境监测技术规范和环境空气质量标准所规定的采样和分析方法执行，具体方法可按下表列出。环境空气监测项目及分析方法 监测 项目采样方法流量/L/ （min）采气量/L分析方法检出下限（mg/m 3 ） PM10滤膜阻留法10072000重量法0.1 SO2溶液吸收法0.522.5甲醛缓冲溶液吸收盐酸副玫瑰苯胺分光光度法 0.009N02溶液吸收法0.313.5盐酸萘乙二胺分光光度法0.01 TSP滤膜阻留法重量法0.1 采样时间和频次采用间歇性采样方法，连续监测3-5d，每天采样频次根据学生的实际情况而定，SO2、NO2、CO等每镉23h采样一次；TSP、PM10 每天采样一次，连续采样。 采样应同时记录气温、气压、风向、风速、阴晴等气象因素。 需要选择TSP、PM10、降尘三个指标进行测量，但是测量降尘需30 天左右，最后决定重点测量的测量TSP、PM10两个指标。5 监测特点我们此次的监测有以下特点：1、颗粒物污染的来源总体比较固定，因此监测时就可以有针对性的进行布点，这样可以节省人力和物力；2、但由于本次监测的范围为校园，面积较大，且有些污染源并不固定，因此各采样点监测值差异性会较大；3、由于此次监测的地点是在户外，必然要受到天气气候的影响，因此在布点的过程中，要考虑到时间频率的问题；4、校园大气颗粒物污染与室内颗粒物污染的不同之处在于，它受气象状况影响较大，因此在监测时间上应当注意，而且监测频率也与室内空气有所不同。6 监测方案6.1 方案概述根据污染物的等标排放量，结合校园各环境功能区的要求，及当地的地形、地貌、气 象条件，按功能区划分的布点法和网格布点法相结合的方式来布置采样点。各测点名称及相对校园中心点的方位和直线距离可按下表列出，各测点具体位置应在总平面布置图上注明。测点名称及相对方位 测点编号测点名称测点方位到校园中心点距离/m 1 南门 2 二食堂 3活动中心 4东门家属区本方案综合考虑了各个地表状况、污染源情况、主要污染物、相对位置等因素以及我们的监测目的和实际条件，决定对校内具有代表性的几个室外运动场所进行空气质量监测，监测项目为：总悬浮颗粒TSP；可吸入颗粒物PM10。在文献调研的基础上，对各种监测方法进行细致的比较分析，结合实际条件后，决定采用重量法测量上述三个指标。经过选择，采样监测的场所有：北部操场、新建操场、四周公寓、教学区域、锅炉房。对同一种场所，用网格法并根据其大小分别布4-6 个点进行监测。采样点距地面高度均为1.5m。由于风速、风向、温度、湿度等条件影响，大气中污染物浓度会有所不同，因而还需测量空气流速、温度和湿度。另外，根据学生在各时段的运动情况和日照情况的不同导致空气质量的差别，取了7：00，10：00，13：00，16：00，20：00 五个时间段进行监测分析。最后，根据结果判断环境空气是否符合环境空气质量标准以及比较分析各个室外场所地表形态对污染物浓度的影响。本监测以国家环境保护总局发布的我国环境空气质量标准(GB3095-1996)作为评价标准，即：6.2 检测大气环境监测因子的筛选 根据国家环境空气质量标准和校园及其周边的大气污染物排放情况来筛选监测项目，学校一般无特征污染物排放，结合大气污染源调查结果，可选TSP、PM10、SO2、NO2、CO等作为大气环境监测项目。总悬浮颗粒物(TSP)：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100的颗粒物。飘尘(PM10)：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径10的颗粒物。6.3 布点方案具体采样点分布情况如下图所示：采样场所主要污染源主要污染物采样点数北部操场塑胶、胶合剂颗粒物6活动中心施工地沥青、工地颗粒物、VOC6中部教学区水泥地颗粒物6嘉园公寓CO2颗粒物4逸夫、浴室锅炉房烟尘、SO26东部操场裸土颗粒物66.4 检测方法6.4.1 TSP 的测定：测量原理：通过具有一定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积的空气。空气中粒径小于100m的悬浮颗粒物被截留在已恒重的滤膜上，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。滤膜经处理后，可以进行组分分析。主要仪器：1、有一定切割特性的大流量或中流量采样器2、大流量孔口流量计、中流量孔口流量计3、滤膜超细玻璃纤维滤膜4、恒温恒实箱5、天平：大盘天平用于大流量采样滤膜称量；分析天平用于中流量采样滤膜称量6、U型管压差计7、滤膜袋、滤膜保存盒8、X 光看片机和打号机现场及实验室分析：1、准备合格的滤膜，并在选中的滤膜光滑表面的两个对角上打印编号。2、把滤膜放入恒温恒室箱内平衡24h，并按要求调整温度，记录温度湿度。3、在上述平衡后称量滤膜，记录滤膜质量W0。4、称量好的滤膜平展地放在滤膜保存盒中，采样前不得弯曲或折叠。5、打开采样头顶盖，取出滤膜夹。用清洁干布擦去采样头内及滤膜夹的灰尘。将已编号并称量过的滤膜绒面向上，放在滤膜支持网上，放上滤膜夹，对正，拧紧，使不漏气。6、安装总悬浮颗粒物TSP 采样头顶盖，置于1.5m 高度，设置采样器采样时间，启动采样。7、采样后，打开总悬浮颗粒物TSP 采样头，用镊子取出滤膜，采样面向里对折，放入号码相同的滤膜袋中。8、取滤膜时若无损坏，在平衡条件下即可称量测定，记录滤膜质量W1 。数据处理：1、计算式中：TSP总悬浮颗粒物含量，g/m3；t 累积采样时间，min；QN采样器平均抽气流量，m3/min；K常数，大流量采样器K=1*106；中流量采样器K=1*109。2、用孔板校准器或标准流量计对采样器流量进行校准。根据孔板校准器压差值，查其校准时绘制的流量曲线，获得流量（Q1），再根据校准现场大气温度和压力，将其修正到现场状态下的流量（Q2）,即式中:Q1由孔板校正曲线查的的流量，m3/min；Q2校准流量m3/min；T1校准孔板校准器时的大气绝对温度，K；T2现场校准时的大气绝对温度，K；P1校准孔板校准器时的大气压力，kPa；P2现场校准时的大气压力，kPa。以用不同气阻板时采样器压差值对应变为校准量（Q2）作图。用曲线板通过各校准点画一条平滑的曲线。采样时，由采样器压差值便可从该曲线上查知校准流量。6.4.2 PM10 的测定测定原理：使一定体积的空气，进入切割器，将10 微米以上粒径的微粒分离，小于这一粒径的微粒随着气流经分离器的出口被阻留在已恒重的滤膜上。根锯采样前后滤膜的重量差及采样体积。计算出飘尘浓度，以毫克/标准立方米表示。主要仪器：1、有一定切割特性的大流量或中流量采样器2、大流量孔口流量计、中流量孔口流量计3、滤膜超细玻璃纤维滤膜4、恒温恒实箱5、天平：大盘天平用于大流量采样滤膜称量；分析天平用于中流量采样滤膜称量6、U 型管压差计7、滤膜袋、滤膜保存盒现场及实验室分析：1、准备合格的超细玻璃纤维滤膜。2、采样前在干燥器内放置24 小时，直至恒重（两次重量之差不大于0.4mg）。3、称量滤膜，记录滤膜质量W0。4、称量好的滤膜平展地放在滤膜保存盒中，采样前不得弯曲或折叠。5、将已恒重好的滤膜，用镊子放入洁净采样夹内的滤网上，牢固压紧至不漏气。6、安装可吸入颗粒物采样头顶盖，置于1.5m 高度，启动采样。7、采样结束后，用镊子取出，将有尘面两次对折，放入纸袋，并做好采样记录。8、取滤膜时若无损坏，在平衡条件下即可称量测定，记录滤膜质量W1 。数据处理:式中：C飘尘浓度，毫克/标准立方米；G2采样后滤膜的重量，g；G1采样前滤膜的重量，g；Vr换算成标准状态下的采样体积 m3。6.4.3 测量空气流速、湿度的测定。6.5 数据表格（略）6.6数据处理 1.数据整理 监测结果的原始数据要根据有效数字的保留规则正确书写，监测数据的运算要遵循运算规则。在数据处理中，对出现的可疑数据，首先从技术上查明原因，然后再用统计检验处理，经检验验证属离群数据应予剔除，以使测定结果更符合实际。 2.分析结果的表示 将监测结果按样品数、检出率、浓度范围进行统计并制成表格，可按表统计分析结果。 环境空气监测结果统计 编 号测点名称样品数检出率/ 小时平均值日均值 浓度范围超标率/ 浓度范围超标率/% 1 26.7结果预计6.7.1 预测分析1.整体评价。主要获得TPS、PM10 的平均值，TPS、PM10 的超标率，最高值的出现的时间和地点。2.时间性比较。比较同一天内不同时间段之间的差异。预期结果为TPS、PM10、降尘浓度在人活动较多的13、16 点和风速较大时的浓度达到最高值；而人活动较少的7、 20 点和风速较小时浓度得到最低值。这主要是由于学生的日常生活习惯所造成的。一般中午和傍晚是学生运动的高峰期，有较多人活动时，空气质量相对会较差；在阳光照射下地面水分蒸发，湿度减少，温度升高，使沙尘容易扬起；风速越大，沙尘越容易扬起。3.不同场所之间的比较。比较不同运动场所之间的差异。与TPS、PM10、降尘浓度和地面情况密切相关。6.7.2 预想经过初步比较，看出草坪处地空气质量相对较好，裸土场地的颗粒物污染比较严重。7 方案实施计划7.1 仪器列表名称型号预计数目备注大气颗粒物采样器（配备旋风式飘尘采样头和总悬浮颗粒物采样头）超细玻璃纤维滤膜滤膜袋、滤膜保存盒大盘天平（大流量采样滤膜称量）分析天平（中流量采样滤膜称量）U 型管压差计恒温恒实箱7.2 时间安排环境监测通常分为研究性监测和常规性监测两大类，常规检测的目的是对确实存在或潜在有大气污染问题的地区进行例行监测，判断环境空气是否符合大气质量标准，观察污染的长期趋势以及评价控制污染方案的有效程度。因此，我认为监测时间和频率要大一些，甚至每天都应进行3 次以上。而研究性监测的目的是对环境科学中的某些课题进行系统研究，如研究污染扩散规律、验证污染的数学模式，评价污染对人体健康和生物生态的影响，确定城市土地功能分区规划以及其他特殊问题等。因此监测时间和频率可以小一些，甚至可以根据特定需要去监测某一时段或某一时间的大气质量状况。我们这次监测目的是对校园进行监测，判断环境空气是否符合大气质量标准以及比较各个地表形态对污染物浓度的影响。因此，为反映一个地区室外大气污染水平，我们认为监测时间和频率要大一些，甚至每天都应进行4 次以上。我们决定分为5 个时段。另外，为能取得可比性，应该使每个场所的各个采样点每天都尽量同时取样。考虑到适合技术条件的监测地点的个数、可用的资金和人数限制等，由于监测需要一定的时间，同时无法保证有足够的人员同时进行监测，所以我们以时间段的形式，使每个样品都在差别不大的情况下，在一小时之内采样。因为冬季气候较稳定，对污染物的影响主要为人的活动、日照情况、温度和风速，这些都基本上受一天中时间段的影响。采样时应准确记录采样现场的气温、气湿、风速微小气候，采样流量以及采样时间。因此，根据学生在各时段的运动情况和日照情况的不同导致空气质量的差别，取了7：00-8：00，10：00-11：00，13：00-14：00，16：00-17：00，20：00-21：00 五个时间段进行监测分析。因为，7 点时，日照较弱，温度较低，风速较小，基本不受人的活动影响；10 点时，日照有所增强，温度升高，风速不定，受人的活动影响较大；13 点时，日照最强，温度最高，风速不定，受人的影响也较大；16 点时，日照有所减弱，温度下降，风速较大，受人的活动影响很大；20 点时，没有日照，温度较低，风速较大，受人的活动影响较小。 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