1.  分析方法
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1986 年中国国家环境保护局颁布的《环境监测技术规范》中,规定了将监测点按工作方式分为实验室分析系统和自动监测系统两类。在这两类系统中,大气中 CO 被分别列为选测项目和必测项目。测定大气中 CO 污染物浓度的方法有非分散红外法(国家标准法),还有气相色谱法和汞置换原子吸收法等。

非分散红外法在该方法中,由光源产生的红外辐射被分成两光束,分别导经一个用作对照的参比池和一个样品池,在样品池中含有一定量的 CO 时, 即能吸收以 4.67μm 为中心的特征波长红外辐射,从而导致检测器产生与样品中 CO 浓度成比例的输出信号。目前已有连续操作自动控制型式的非分散红外分析仪应市,优质的仪器的检测下限可达 1mg/m3。CO2 和水蒸气可产生干扰,但采取某些技术措施可将干扰减至最低程度。

  1. 大气中氮氧化物(NOx)污染物

    1. 大气中氮氧化物(NOx)的源和汇

以同一化学式 NOx 表示的氮氧化物,一般包括大气中两种主要的氧化物:一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。其他氧化物如 N2O3 和 N2O5 的量很少,但在大气中发生的一些重要的复杂的化学反应中,它们起着反应中间体的作用,通过这些反应生成 HNO2、HNO3 以及这些酸的盐,这些酸又能促进大气气溶胶的形成。至于 N2O 大多是土壤和水体中微生物对 NO3-进行脱氮作用的产物,在低层大气中基本上是惰性的,所以在对流层中没有它的汇,当它扩散进入平流层后,能与彼处多量存在的 O(1D)反应,生成 NO 并进一步参与破坏臭氧层中 O3 分子的反应。在这里,我们重点讨论的对象还是 NO 和 NO2。

NOx 的源和汇以及各种含氮化合物在大气中的循环和反应如图 2-19 和图 8-7 所示。

NOx 的主要天然来源是土壤和海洋中细菌对硝酸盐的分解,其次天空闪电过程和大气中 NH3 的氧化,也都产生相当数量的 NOx。人为来源主要是各类燃料的燃烧,而通过生产和消费硝酸及其盐的过程释至大气的 NOx 只占很小比例。

在燃烧过程中,当燃料中存在着含氮物质(一般,煤中含 N 约 1%,燃油、燃气中约 0.2%~0.3%),或者有相当高的燃烧温度,以至能引起空气中的 N2 和 O2 发生反应时,都能生成 NOx。这两种情况下的产物被分别称为燃料型的和热力型的 NOx。后一种情况中产生 NOx 的链式反应机理如下:

O2=2O N2+O=NO+N N+O2=NO+O

N+HO·=NO+H(助燃空气中 O2 不足时发生)

NO 在燃烧炉中的生成速度较慢,不足以在火焰中达到平衡。所以,反应的进行系由动力学因素控制,而不取决于平衡常数。

在燃烧过程中,通过以下反应还能生成 NO2:

2NO+O2=2NO2

这是一种三分子气相反应,反应物浓度对反应速率有决定性意义,当空气中NO 浓度低至(1~5)×10-6(V/V)时,这种反应即可予以忽略。但在一般燃烧条件下,首先可产生大量 NO,随后即按此反应生成 NO2(NO2 的含量约占NOx 的 5%~10%)。另一方面,NO 还可以非常迅速地被空气中的 O3、RO2·等氧化成 NO2。NO2 又可进一步与 HO·自由基(或 O3 等)反应生成 HNO3,HNO3 再以其高度水溶性溶入雨滴降落地面,也可能粘结在气溶胶或悬浮颗粒上, 最后干降于地表。所以 NOx 最终的汇是地面或地面水系。

NOx 的各类人为发生源及它们之间排污的大体比例如图 8-8 所示。在世界范围每年约 2000 万吨的排出量中,由固定源排出者大于 50%,而其中的93%左右又是化石燃料燃烧的产物,各种工业生产过程释出量仅占 5%左右;在燃烧类污染源中,为数众多的燃煤锅炉又是主要的污染源。

大气上层及各地理区域空气中 NO 浓度范围(测量结果)如图 8-9 所示。都市中 NO 浓度可高达 1×10-6(V/V)。草原地区也有很高浓度,表明土壤是NO 的重要发生源。一般说来,大气中 NO 本底浓度约(0.01~0.05)×10-9

(V/V),NO 的本底浓度约(0.1~0.5)×10-9(V/V)。