《环境监测》课件

环境监测环境监测是环境科学与工程专业的核心课程，旨在培养学生掌握环境监测的基础理论知识和实践技能本课程将系统介绍环境监测的基本概念、监测方法、技术体系以及数据分析等内容课程编号ENV-301，面向环境科学与工程专业学生开设通过理论学习与实践操作相结合的方式，帮助学生建立完整的环境监测知识体系，为未来从事环境保护和管理工作奠定坚实基础课程概述环境监测基本概念和意义深入理解环境监测的定义、目的和在环境保护中的重要作用，掌握环境监测的基本理论框架监测方法与技术体系系统学习各种环境要素的监测方法，包括采样技术、分析方法和质量控制等核心技术数据分析与质量控制掌握监测数据的处理分析方法，建立完善的质量保证和质量控制体系监测方案设计学会针对不同环境要素设计科学合理的监测方案，具备解决实际环境问题的能力第一章环境监测概论环境监测的定义与目的发展历史与现状在环境管理中的作用环境监测是运用化学、物理、生物等技从20世纪60年代起步至今，环境监测技环境监测是环境管理的重要技术支撑，术手段，对环境要素及其变化进行系术不断发展完善中国已建立覆盖全国为环境质量评价、污染源控制、环境影统、连续的观测和分析其目的是掌握的环境监测网络，包括国家、省、市三响评价等提供数据基础环境质量状况，为环境管理提供科学依级监测体系据环境监测的意义掌握污染特征环境管理依据质量状况评估模型验证通过系统监测分析污染为制定环境保护政策、客观评价环境质量现验证污染物扩散模型的物的种类、浓度、分布环境标准和污染控制措状，判断环境质量变化准确性，为污染预测预规律及变化趋势，为污施提供可靠的数据支撑趋势，预测环境质量发警和应急响应提供技术染防治提供科学依据和技术保障展方向支持环境监测的基本原则代表性原则监测点位的选择和样品的采集必须能够真实反映监测区域的环境质量状况，避免偶然性和局部性可比性原则采用统一的监测方法、标准和技术规范，确保监测数据在时间和空间上具有可比性准确性原则严格按照技术规范进行采样和分析，建立完善的质量控制体系，确保监测数据的准确可靠全面性和经济性原则在满足监测目标的前提下，合理设置监测项目和频次，实现监测效果与经济效益的最佳平衡环境监测系统组成监测网络监测站点建立覆盖不同区域和环境要素的监测网根据监测目的和区域特点，科学布设监络，实现对环境质量的全面监控测站点，确保监测数据的代表性数据处理与报告样品采集与分析对监测数据进行统计分析和质量控制，按照标准方法进行样品采集、保存、运编制监测报告，为环境管理提供技术支输和分析，获得准确可靠的监测数据撑第二章采样技术采样的基本概念采样是从研究对象中获取具有代表性样品的过程，是环境监测的关键环节，直接影响监测结果的准确性采样计划的制定根据监测目的、污染特征和环境条件，科学制定采样方案，包括采样点位、时间、频次和方法的确定样品保存与运输采用适当的保存方法和容器，确保样品在运输过程中性质稳定，防止污染和变质采样误差与质量控制建立完善的采样质量控制体系，包括现场空白、平行样品和标准样品等质控措施大气采样技术1瞬时采样法在短时间内采集大气样品，适用于监测污染物的瞬时浓度变化和污染事故应急监测2连续采样法在较长时间内连续采集大气样品，获得污染物的平均浓度，反映污染的总体水平3自动采样技术利用自动化设备进行无人值守的连续采样，提高监测效率和数据的时间分辨率4采样点布设原则综合考虑地形地貌、气象条件、污染源分布等因素，科学布设采样点位水质采样技术地表水采样技术针对河流、湖泊、水库等地表水体的特点，选择合适的采样断面和深度，采用综合采样或分层采样方法确保样品能够反映水体的整体质量状况地下水采样技术通过专用的地下水采样器或监测井进行采样，注意避免地表水的干扰和交叉污染采样前需要充分洗井，确保获得代表性的地下水样品废水采样技术根据废水的排放特点和处理工艺，在适当的位置设置采样点对于间歇排放的废水，需要采用比例采样或时间加权采样方法样品保存方法根据分析项目的不同要求，采用相应的保存方法，如低温保存、酸化保存、避光保存等，确保样品在保存期内性质稳定土壤采样技术表层土壤采样采集0-20cm表层土壤垂直剖面采样分层采集不同深度土壤样品前处理风干、研磨、过筛处理采样器具设备土钻、铲子、采样器等土壤采样需要根据监测目的和土壤类型选择合适的采样方法表层土壤采样主要反映大气沉降和地表污染情况，垂直剖面采样可以了解污染物的纵向分布采样过程中要避免交叉污染，确保样品的代表性和准确性生物采样技术植物样品采集选择代表性植物种类和部位进行采集动物样品采集采用人道方式采集动物组织或体液样品微生物样品采集使用无菌技术采集微生物样品生物样品保存低温冷冻或化学固定保存生物采样需要考虑生物的生活习性、季节变化和环境条件植物采样应选择健康的成年植物，动物采样要遵循动物保护法规，微生物采样要严格无菌操作不同类型的生物样品需要采用相应的保存方法，确保样品中目标物质的稳定性第三章样品预处理技术样品预处理的目的与意义将复杂的环境样品转化为适合仪器分析的形式，消除干扰因素，富集目标物质，提高分析的准确性和精密度常见预处理方法分类包括物理预处理（研磨、筛分、干燥等）和化学预处理（消解、萃取、衍生化等）两大类方法预处理质量控制建立标准操作程序，使用标准物质验证方法准确性，控制预处理过程中的污染和损失样品保存注意事项根据分析项目要求选择合适的保存条件，包括温度、pH值、保存剂的使用等物理预处理方法干燥与浓缩过滤与离心30%处理量25%处理量•烘箱干燥•膜过滤研磨与筛分超声与微波技术•冷冻干燥•高速离心25%处理量•氮气浓缩•固液分离20%处理量•球磨机研磨•超声清洗•标准筛筛分•微波消解•粒度均匀化•辅助提取化学预处理方法酸碱消解技术萃取分离技术衍生化反应使用强酸或强碱在高温利用目标物质在不同相通过化学反应将难以检高压条件下破坏样品的中的分配系数差异进行测的化合物转化为易于有机基质，释放被结合分离富集，包括液液萃检测的形式，提高分析的无机元素，常用于重取、固相萃取等方法的灵敏度和选择性金属分析前处理固相萃取技术利用固体吸附剂对目标化合物进行选择性吸附和洗脱，实现样品的净化和富集第四章分析方法与仪器经典分析方法仪器分析方法方法选择原则包括重量分析、滴定分析等传统化学分利用现代分析仪器进行定性定量分析，根据分析对象的性质、检测限要求、精析方法这些方法原理简单、成本低具有灵敏度高、精密度好、分析速度快密度要求和经济成本等因素综合选择最廉，在某些应用中仍具有重要地位等优点适合的分析方法•重量分析法•光学分析法•准确度要求•酸碱滴定法•电化学分析法•检出限要求•络合滴定法•色谱分析法•样品特性•氧化还原滴定法•质谱分析法•经济效益光学分析方法分光光度法原子吸收光谱法原子荧光光谱法红外光谱分析法基于物质对特定波长光的吸收测定元素含量的经典方法高灵敏度的元素分析技术识别有机化合物的结构信息光学分析方法是环境监测中应用最广泛的分析技术之一分光光度法操作简便，适用于常规监测；原子吸收和原子荧光光谱法在重金属检测中具有重要地位；红外光谱法在有机污染物的定性分析中发挥重要作用这些方法各有特点，在实际应用中应根据具体需求选择合适的技术电化学分析方法电位法极谱法基于电极电位与溶液中离子活度关系的分析方法，广泛应用于pH利用滴汞电极的电流-电压曲线进行定性和定量分析，特别适用于重值、离子选择性电极等测定具有操作简便、响应快速的特点金属离子的测定，检出限低，选择性好伏安法电导法通过测量电流-电压关系进行分析的方法，包括循环伏安法、差分脉基于溶液电导率与离子浓度关系的分析方法，常用于水质总盐分、冲伏安法等，在痕量金属分析中应用广泛总溶解固体等参数的快速测定色谱分析技术95%1ppb分离效率检出限现代色谱技术的分离效率气质联用技术可达到的检出限10min99%分析时间定量准确度快速色谱分析的典型用时标准条件下的定量精度色谱分析技术是分离和分析复杂混合物的强有力工具气相色谱适用于挥发性有机化合物的分析，液相色谱适用于非挥发性和热不稳定化合物的分析离子色谱专门用于离子的分离分析，而气质联用技术将色谱的高分离能力与质谱的强定性能力相结合，是有机污染物分析的金标准第五章大气污染监测大气污染物分类包括颗粒物、气态污染物和生物性污染物颗粒物按粒径分为TSP、PM

10、PM

2.5等；气态污染物包括SO

2、NOx、CO、O3等监测点位布设根据功能区划、污染源分布、人口密度和气象条件等因素，科学合理地布设监测点位，确保监测数据的代表性监测项目与频率确定监测项目和监测频率，包括常规监测项目和特征污染物监测，制定日监测、月监测和年监测计划数据评价方法采用环境空气质量标准对监测数据进行评价，计算污染指数、超标率等评价指标，分析污染特征和变化趋势大气采样方法采样器类型与原理采样流量与时间控制包括主动采样器和被动采样器，主动采根据监测项目要求设定采样流量和采样样器使用泵抽气，被动采样器依靠扩散时间，确保获得足够的样品量和准确的原理采集样品浓度数据采样系统校准采样介质选择定期校准采样器的流量、温度、压力等根据目标污染物的性质选择合适的采样参数，确保采样数据的准确性和可靠介质，如滤膜、吸收液、吸附剂等性气态污染物监测二氧化硫监测方法氮氧化物监测方法一氧化碳监测方法臭氧监测方法主要采用紫外荧光法和甲醛采用化学发光法和Saltzman主要使用非分散红外吸收采用紫外光度法，基于臭氧缓冲溶液吸收-副玫瑰苯胺分试剂分光光度法化学发光法，基于CO在

4.67μm处的特在254nm处的强烈吸收该光光度法紫外荧光法具有法基于NO与O3反应产生的化征吸收该方法具有选择性方法是国际标准方法，具有灵敏度高、响应快、自动化学发光现象，可同时测定NO好、干扰少、响应快的特准确度高、稳定性好的特程度高的优点，适用于连续和NO2，是目前最常用的自点，适用于现场连续监测点，广泛应用于环境空气质自动监测动监测方法量监测颗粒物监测TSP监测方法总悬浮颗粒物的重量法测定PM10监测方法可吸入颗粒物的β射线法测定PM

2.5监测方法细颗粒物的微量振荡天平法飘尘监测方法长期悬浮颗粒物的光散射法颗粒物监测是大气污染监测的重要组成部分不同粒径的颗粒物对人体健康的影响不同，因此需要分别监测TSP反映大气中颗粒物的总体污染水平，PM10和PM

2.5与人体健康关系更为密切现代监测技术可以实现颗粒物浓度的实时连续监测，为空气质量评价提供及时准确的数据第六章水质监测水质监测目的与意义掌握水体污染状况，评价水环境质量，为水资源保护和水污染防治提供科学依据监测结果用于环境管理决策和公众健康保护水体分类与特点按用途分为饮用水源、工业用水、农业用水、景观娱乐用水等不同类型水体的污染特征和监测重点不同，需要制定相应的监测方案监测点位布设原则考虑水文特征、污染源分布、水体功能等因素，在对照断面、控制断面和削减断面设置监测点位，确保监测数据的代表性水质评价标准按照国家环境质量标准对水质监测数据进行评价，判定水质类别，分析水质变化趋势，为水环境管理提供技术支撑物理指标监测温度测定浊度测定色度测定使用精密温度计或采用浊度计测定水通过目视比色法或温度传感器测定水体的浊度，反映水分光光度法测定水温水温影响水中中悬浮物质的含的颜色色度异常溶解氧含量、生物量浊度高表明水通常表明水体受到活性和化学反应速体受到污染或含有有机物或重金属污率，是重要的物理大量悬浮颗粒染指标电导率测定使用电导率仪测定水的电导能力，反映水中离子总量电导率是评价水质矿化度的重要指标化学指标监测pH值测定使用pH计或pH指示剂测定水的酸碱度pH值影响水中化学反应、生物活性和污染物毒性，是水质评价的基本指标溶解氧测定采用电化学探头法或碘量法测定水中溶解氧含量溶解氧是反映水体自净能力和生态健康状况的重要指标COD测定化学需氧量采用重铬酸钾法或快速消解分光光度法测定，反映水中有机污染物的总量，是评价水体有机污染程度的重要指标BOD测定生化需氧量通过五日培养法测定，反映水中可生化降解有机物的含量，用于评价水体的生物污染程度和自净能力重金属监测汞的测定方法采用冷原子吸收分光光度法或冷原子荧光法测定总汞和甲基汞汞是剧毒重金属，在水体中主要以无机汞和有机汞形式存在，需要严格控制其污染水平砷的测定方法使用氢化物发生-原子荧光光谱法或银盐法测定水中砷含量砷是致癌物质，长期接触低浓度砷也会对人体健康造成危害铅、镉的测定方法采用原子吸收分光光度法或电化学法测定铅和镉这两种重金属在环境中难以降解，可通过食物链富集，对人体神经系统和肾脏造成损害铬的测定方法使用原子吸收分光光度法测定总铬，用二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬六价铬毒性更强，是优先控制的重金属污染物有机污染物监测挥发性有机物测定半挥发性有机物测定30%监测比例25%监测比例•吹扫捕集-气相色谱法2•液液萃取预处理•顶空-气相色谱法•固相萃取预处理•气相色谱-质谱联用法•气相色谱-质谱分析石油类测定农药残留测定20%监测比例25%监测比例•红外分光光度法•有机氯农药分析•紫外分光光度法•有机磷农药分析•重量法测定•多残留分析方法第七章土壤监测土壤污染特点隐蔽性强、持续时间长、治理难度大监测点位布设网格布点、功能区布点、污染源周边布点理化性质测定3pH、有机质、阳离子交换量等基本指标污染评价方法单因子指数法、内梅罗指数法、潜在生态危害指数法土壤污染具有累积性、隐蔽性和不可逆性的特点，一旦污染很难治理土壤监测需要建立完善的监测网络，定期监测土壤环境质量变化监测点位的布设要考虑土地利用类型、污染源分布、地形地貌等因素，确保监测数据能够反映土壤环境质量的真实状况土壤基本理化性质测定土壤粒度分析阳离子交换量测定通过筛分法和比重计法测定土壤颗有机质含量测定采用醋酸铵法测定土壤的阳离子交粒组成，包括砂粒、粉粒和粘粒的土壤pH值测定使用重铬酸钾氧化法或燃烧法测定换容量，反映土壤保持养分和吸附比例粒度组成影响土壤的渗透采用电位法测定土壤的酸碱度，pH土壤有机质含量有机质是土壤肥重金属离子的能力这是评价土壤性、保水性和污染物迁移特性值影响土壤中营养元素的有效性和力的重要指标，也影响污染物在土环境容量的重要参数重金属的迁移转化酸性土壤会增壤中的吸附、解吸和迁移过程加重金属的生物有效性，碱性土壤则可能影响某些营养元素的吸收土壤污染物监测重金属监测方法采用王水消解-原子吸收光谱法或电感耦合等离子体质谱法测定土壤中的铅、镉、汞、砷、铬等重金属含量2有机污染物监测方法使用索氏提取-气相色谱质谱联用技术测定多环芳烃、多氯联苯等持久性有机污染物的含量农药残留监测方法采用气相色谱法或液相色谱法检测土壤中有机氯、有机磷等农药残留，评价农业活动对土壤环境的影响新型污染物监测技术发展针对抗生素、激素、纳米材料等新兴污染物的检测方法，适应环境污染的新特点和新挑战第八章噪声监测噪声的基本概念噪声监测仪器噪声是指人们不需要的声音，具有随机性、时变性和主观性主要使用声级计、频谱分析仪和噪声自动监测系统现代噪特点噪声污染是重要的环境问题，影响人们的生活质量和声监测设备具备数据存储、统计分析和远程传输功能身心健康噪声监测方法噪声评价标准包括瞬时测量、连续测量和统计测量等方法根据监测目的按照国家环境噪声质量标准进行评价，包括等效连续A声选择A声级、C声级或频谱分析等不同的测量指标级、昼夜等效声级等评价指标，判定噪声污染程度环境噪声监测城市区域噪声监测道路交通噪声监测功能区噪声监测厂界噪声监测在城市建成区按网格法布点在城市主要交通干线两侧设按照城市功能区划分，在不在工业企业厂界设置监测监测，反映城市噪声的总体置监测点，评价交通噪声对同功能区设置长期监测点点，评价工业噪声对周边环水平和空间分布监测点位沿线环境的影响监测点位位，评价各功能区噪声达标境的影响监测点位在厂界应避开交通干线，选择能代距离路面边缘20米，高度

1.2情况包括住宅区、商业外1米，高度

1.2米，避开反表该区域噪声水平的位置米区、工业区等射面影响•网格法布点•主干道布点•功能区分类监测•厂界外布点•昼夜分别监测•等效连续声级•长期定点监测•昼夜分别测量•季度监测频次•车流量同步记录•自动连续监测•定期监督监测第九章连续自动监测与简易监测自动监测系统构成连续监测技术原理现场快速检测技术由采样系统、分析仪器、数基于光学、电化学、色谱等利用便携式检测设备和试剂据采集与处理系统、质量控分析原理，结合自动采样、盒，在现场快速获得监测结制系统和通讯传输系统组在线预处理和实时数据传输果，适用于应急监测和初步成，实现环境要素的连续自技术，实现24小时连续监筛查动监测测网络化监测趋势建立区域性、全国性的环境监测网络，实现监测数据的实时共享和综合分析，提高环境监测的时效性和覆盖面大气污染连续自动监测系统系统任务与组成子站与中心站构成实现大气污染物浓度的连续自动监测，子站负责现场监测和数据采集，中心站系统由子站和中心站组成，具备数据采负责数据接收、处理、存储和发布，形集、传输、处理和发布功能成完整的监测网络体系系统维护与质控数据传输与处理建立规范的设备维护制度和质量控制程采用有线或无线通讯方式传输监测数序，包括日常巡检、定期校准、故障处据，中心站对数据进行实时处理、质量理等，确保系统稳定运行控制和统计分析自动监测系统任务掌握大气污染特征及变化趋势通过连续监测获得大气污染物浓度的时间变化规律，识别污染高峰期和低谷期，分析污染物的日变化、季节变化和年际变化特征分析气象因素与污染关系结合气象参数监测，研究风速、风向、温度、湿度等气象条件对污染物扩散和浓度分布的影响，为污染预测提供依据评价大气质量提供基础数据为环境空气质量评价、空气质量指数计算和污染预警提供实时准确的监测数据，支撑环境管理决策为污染事故分析提供资料在突发环境事件发生时，提供事故前后的污染物浓度变化数据，为事故影响评估和应急处置提供技术支持自动监测系统组成子站设备构成包括采样系统、分析仪器、校准装置、数据采集器、通讯设备、辅助设施等采样系统负责将环境空气引入分析仪器，分析仪器对污染物进行定量分析中心站功能设计具备数据接收、存储、处理、分析、显示和发布功能配置服务器、数据库、网络设备和应用软件，实现对整个监测网络的集中管理数据采集与传输采用自动数据采集器定时采集监测数据，通过GPRS、光纤或卫星等通讯方式将数据传输到中心站支持实时传输和定时传输模式系统软件功能包括数据采集软件、通讯软件、数据处理软件、质量控制软件、报表生成软件等，实现系统的自动化运行和智能化管理。