環(huán)監(jiān)第7章物理性污染監(jiān)測.ppt

1、,第七章 物理性污染監(jiān)測,第一節(jié) 噪聲污染監(jiān)測,從環(huán)境聲學(xué)的角度出發(fā)，凡是不需要的，使人厭煩并對人類的生產(chǎn)和生活有妨礙的聲音都稱為噪聲。 噪聲的主要危害：損傷聽力、干擾人們的工作、影響睡眠、誘發(fā)疾病、干擾交流，強(qiáng)噪聲會影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和損壞建筑物。 噪聲污染是感覺公害，對噪聲的判斷與人所處的環(huán)境、主觀愿望有關(guān)。有時優(yōu)美的音樂也會成為噪聲。比如：夜間、心情不好、學(xué)習(xí)思考問題時。對噪聲的評價要結(jié)合人的生理和心理因素。 噪聲污染是局部的和多發(fā)性的,影響四周，隨距離增加而減弱、消失。不可能大范圍作用。但噪聲源分布極廣，發(fā)生十分頻繁。 噪聲污染是暫時性的、不持久、不積累。,二、聲音的物理特性和度量 1. 聲

2、音的發(fā)生、頻率、波長和聲速 物體在空氣中振動，使空氣發(fā)生疏密交替變化，便產(chǎn)生了產(chǎn)音。產(chǎn)音的頻率范圍為10-41014Hz。其中僅2020000Hz的聲音可被聽到。環(huán)境噪聲是指可聽聲。一般講，頻率高、尖銳聲調(diào)難于接受，易感覺煩燥。 聲音的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，也與溫度有關(guān)。在空氣中，聲速與溫度的關(guān)系式是： C = 331.4 + 0.607t(oC),3. 分貝、聲功率級、聲強(qiáng)級和聲壓級 人的聽覺對聲音信號強(qiáng)弱的剌激反應(yīng)呈對數(shù)關(guān)系而非線性關(guān)系。用分貝度量： dB = 10lg(lgA/A0) A0 基準(zhǔn)值，dB無量綱，是對數(shù)值，和吸光度A相似。 聲功率級定義： Lw = 10 lg(W/W0) (

3、dB) W0為基準(zhǔn)聲功率，W0=10-12W。,聲強(qiáng)級定義 LI = 10 lg(I/I0) (dB) I0為基準(zhǔn)聲強(qiáng)， I0=10-12W/m2。 所謂聲壓是指聲音傳播過稱中，空氣壓力相對大氣壓的變化。 聲壓級定義 Lp = 20 lg(P/P0) (dB) P0為基準(zhǔn)聲壓，P0 = 210-5Pa。,4. 聲音的疊加 多個聲源發(fā)出的聲音作用于某點(diǎn)，則該點(diǎn)的聲壓(強(qiáng)、功率)級為能量加和而非聲壓(強(qiáng)、功率)級加和。與光強(qiáng)加和規(guī)律一樣。 設(shè)：第一個聲音的聲壓(強(qiáng)、功率)為P1(I1、W1)； 第二個聲音的聲壓(強(qiáng)、功率)為P2(I2、W2)。 并定義P1(I1、W1) P2(I2、W2)； 令

4、P2(I2、W2)/ P1(I1、W1 ) =；則1 則作用于某點(diǎn)的聲壓 Pi (Ii、Wi) = P1(I1、W1) + P2(I2、W2),Lp (LI或Lw) = 10 lg Pi (Ii、Wi) = 10lg P1(I1、W1) + P2(I2、W2) = 10 lg (1 +) P1(I1、W1) = Lp1 (LI1或Lw1) + 10 lg(1 +) 因?yàn)?, 1 +2 , 10 lg(1 +) 3。 兩個聲音疊加于某一點(diǎn)時，其聲壓(強(qiáng)、功率)級小于或等于其中1個級別高的加上3分貝。 以此類推：有n個聲音同時作用于一點(diǎn)： Lp(LI或Lw)=Lp max(LImax或Lwmax)

5、+10 lg(1+i),例：兩聲源 Lp1 = 76 dB, ，Lp2 = 72 dB，求兩聲源作用于同一點(diǎn)時的聲壓級。 解： p1 = 10Lp1 /10 = 3.98107 p2 = 10Lp2 /10 =1.58107 = 1.58107/3.98107 = 0.4 Lp = 76 +10 lg(1 + 0.4) = 77.5 dB。 多個聲源疊加可從兩個聲音疊加開始，疊加后又作為1個聲源參加疊加，可用上述公式計算。也可將數(shù)據(jù)列成表或p350的圖7-1，直接讀出結(jié)果。 若 Lp1Lp2 = 1dB，= 10-0.1 = 0.8, 聲級增加量Lp=10 lg(1 + 0.8) = 2.5,

6、可將Lp Lp1Lp2 的關(guān)系列成表： Lp1Lp2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Lp(dB) 3 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 兩聲級差超過10dB，較小的聲音的作用可忽略不計。 例如：70、70、75、82、90、93、95、 100 dB聲音疊加。 解：70 、 70 、 75 、 82dB四個聲音比100dB的差值超過10dB，可忽略不計。 95與100dB相差5dB，由上表知Lp=1.2 dB 所以合成聲級為101.2dB,90與93dB相差3dB, Lp = 1.8 dB，所以疊加聲級為94.8dB 101.2與9

7、4.8dB可作獨(dú)立聲源疊加，相差6.4dB，Lp = 0.9 dB所以總聲級為 101.2 + 0.9 = 102.1dB 哪二個聲者先組合不會影響最后結(jié)果。 也可用公式計算： 以聲壓級最大者為基礎(chǔ)， 10095 = 5 1= 10-0.5 = 0.32 10093 = 7 2= 10-0.7 = 0.20 同理：3= 0.1、4= 0.01、5= 0.003、 6= 7= 0.001。 Lp= Lp1+10 lg(1+i)=100+10lg(1+0.635) =102.1,5. 噪聲物理量與主觀感覺的關(guān)系 (1) 響度(N)和響度級(LN) 響度是人耳判別聲音強(qiáng)弱的等級概念。取決于聲強(qiáng)、聲音

8、的波形和頻率。響度單位是宋(sone)。 定義：1宋1N是聲壓級為40分貝、頻率為1000Hz且來至正前方的平面波的響聲。 1000Hz純音聲壓級的分貝值為響度級的數(shù)值。記作LN，讀作方 (phon)。 N(宋) = 2(LN(方)40)/10 即LN = 40 +33 lg N 由此可知，響度級每改變10方，響度需加倍或減半。 與聲壓(強(qiáng)、功率)一樣，響度可以相加；與聲級一樣，響度級不可直接相加。,(2) 計權(quán)聲級 為了模擬人耳對頻率不同的聲音感覺靈敏度不同的特性，在以聲級計為代表的噪聲測量儀內(nèi)設(shè)計了一種特殊的濾波器，稱為計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過這種儀器測得的聲級已和客觀的物理意義上的聲級不同，稱之為

9、計權(quán)聲級。常見的有： A計權(quán)聲級：模擬人耳對55dB以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性。 B計權(quán)聲級：模擬人耳對5585dB中強(qiáng)度噪聲的頻率特性。 C計權(quán)聲級：模擬人耳對高強(qiáng)度噪聲的頻率特性。 A計權(quán)聲級能較好地表征人耳的主觀聽覺特征。在監(jiān)測中聲壓級單位寫成：dB(A) 。,(3) 等效聲級、噪聲污染級和晝夜等效聲級 等效聲級：它是一個用來表達(dá)隨時間變化的噪聲等效量。表達(dá)式為： Leq = 10 lg 1/(T2T1)100.1Ls dt (積分上、下限為T2(或T)、T1(或0) T為測量時間；Ls為聲壓級，一般是A計權(quán)聲級。 由于Ls是時間的函數(shù)，實(shí)際上應(yīng)用很不方便，常采用離散形式： Leq = 1

10、0 lg (1/n 100.1Li ),上式可采用統(tǒng)計方法來計算。 城市交通噪聲不是穩(wěn)態(tài)的，必須測定較多的數(shù)據(jù)來進(jìn)行評價，而不象工廠機(jī)器噪聲那樣，只需測定少量A聲級并計算能量平均值即可。因此要采用統(tǒng)計的方法，以同一聲壓級出現(xiàn)的概率或累積積分分布概率來評價。Ln表示整個時間內(nèi)有n%的時間超過某一聲級。 L10 在整個時間內(nèi)有10%的時間超過的噪聲級。相當(dāng)于噪聲峰值。 L50 在整個時間內(nèi)有50%的時間超過的噪聲級。相當(dāng)于噪聲平均值。,L90 在整個時間內(nèi)有10%的時間超過的噪聲級。相當(dāng)于噪聲本底值。 顯然L10 L50 L90 。 計算方法有二種： 畫正態(tài)分布曲線圖,由圖求得。 將時間等分后分別

11、讀取的聲壓級n個數(shù)據(jù)從大到從排列，第n/10個數(shù)據(jù)為L10；第n/2個數(shù)據(jù)為L50；第9n/10個數(shù)據(jù)為L90。 若噪聲級符合正態(tài)分布，則等效聲級： Leq = L50 + d2 / 60 其中 d = L10L90,噪聲污染級 LNP = Leq + K K為非穩(wěn)態(tài)噪聲的影響。Leq為等效連續(xù)聲級。為同一過程中瞬時聲級的標(biāo)準(zhǔn)偏差。K為臨時性常數(shù)，取值2.56。 晝夜等級聲級定義： Ldn = 10 lg 1/2416100.1Ld + 8100.1(Ln + 10) 式中：Ld：白天(6:0022:00)的等效聲級； Ln：夜間(22:006:00)的等效聲級； 由于夜間噪聲比白天對人的干擾

12、更大，所以加上10dB。,三、噪聲測量儀器 聲級計是一種有主觀性的電子儀器。它在將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號時，模擬了人耳對聲波反應(yīng)速度的時間特性；對高低頻聲音具有不同靈敏度；對不同響度改變頻率特性的強(qiáng)度特性。 聲級計可分為0、1、2、3型聲級計，它們的精度分別為0.4、0.7、1.0、1.5dB。 四、噪聲標(biāo)準(zhǔn) 我國頒布了環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，列在p360表7-3、表7-7、表7-8 、表7-9、 表7-10、 表7-11 。 每天在80dB下工作8小時不會損害聽力。而在85dB和90dB下工作8小時，耳聾的可能性分別為8%和15%。為了保護(hù)勞動者的健康，國家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同噪聲下的最長工作時間。并用噪

13、聲劑量進(jìn)行度量。,噪聲劑量定義： D = Ti實(shí)際/Ti標(biāo)準(zhǔn) Ti實(shí)際：在i級噪聲中的實(shí)際暴露時間。 Ti標(biāo)準(zhǔn)：在i級噪聲中標(biāo)準(zhǔn)允許暴露時間。 D1超過安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。 例：工人每h暴露5次于96dB中，每次6min； 4次106dB，每次0.75min。 表7-9標(biāo)準(zhǔn)：96dB暴露時間2h、106dB下暴露時間0.87h；每天工作應(yīng)小于多少小時？ 解：設(shè)每天工作應(yīng)小于x小時 D = T實(shí)際1/T標(biāo)準(zhǔn)1 + T實(shí)際2/T標(biāo)準(zhǔn)2 = (56x/60)/2 (40.75x/60)/0.87 D1 解得： x 3.25h,五、噪聲監(jiān)測 (四) 測點(diǎn)布置 1. 城市區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測 在任何現(xiàn)場進(jìn)行噪聲測

14、量時，都應(yīng)注意氣候和環(huán)境的影響。 戶外測量時應(yīng)無雨、雪；風(fēng)力3級，大于5級不能測量。氣溫不能太高，高原地區(qū)還要注意氣壓的影響。 (1) 網(wǎng)格測量法 將市區(qū)劃分占500500m的許多網(wǎng)格,測點(diǎn)設(shè)在網(wǎng)格中心。中心點(diǎn)若不合適(如有水面、建筑物等),可移至附近。網(wǎng)格數(shù)應(yīng)100個。市區(qū)面積小,可按250250m劃分網(wǎng)格。 測量參量一般是一定時間間隔(3s或5s)的A計權(quán)聲壓級瞬時值。,它每一個點(diǎn)連續(xù)測100個或200個的噪聲分布(晝、夜應(yīng)均有)。由于噪聲是無規(guī)則的，所以測量結(jié)果要用統(tǒng)計值或等效聲級表示。即計算L10、L50、L90、Leq 和(標(biāo)準(zhǔn)偏差)。Leq每相差5dB(A)為一個等級，進(jìn)行區(qū)域環(huán)境

15、噪聲污染圖的繪制。 (2) 定點(diǎn)測量法 (3) 城市交通噪聲監(jiān)測 在每二個路口之間的交通線上選擇1個測點(diǎn)，設(shè)在人行道上，離馬路20cm,與路口距離50m，應(yīng)避開非交通噪聲污染源。此點(diǎn)則可代表二個路口之間、該路段的交通噪聲。 在測點(diǎn)上，每隔5s讀1個A計權(quán)聲級瞬時值，連續(xù)讀200個，并記下機(jī)動車輛的流量(輛/h)。200個數(shù)據(jù)從大到小排列，求出L10、L50、L90。 Leq = 10 lg (100.1Li)23 即： Leq = L50 + d2 / 60 其中 d = L10L90,2. 工業(yè)企業(yè)噪聲監(jiān)測法 傳聲器位置：操作人員的耳朵位置。 監(jiān)測點(diǎn)：各處A聲級差3dB，將車間分為若干區(qū)域，

16、任二區(qū)域間A聲級差應(yīng)3dB，區(qū)域內(nèi)3dB。 若噪聲是穩(wěn)態(tài)的，則直接測量A聲級；若噪聲是不穩(wěn)態(tài)的，則測量連續(xù)等效A聲級或測量不同A聲級的暴露時間，換算成連續(xù)等效A聲級。將所有測點(diǎn)的A聲級疊加后成該車間的A聲級dB數(shù)。,第三節(jié) 放射性 和輻射監(jiān)測,一、基礎(chǔ)知識 (一) 放射性和輻射 (1) 放射性：有些元素的原子核是不穩(wěn)定的，它們會自發(fā)地產(chǎn)生衰變，稱為核衰變或核蛻變。核衰變或核蛻變過程中將放射出射線，稱為核輻射或放射性輻射。 能夠自發(fā)放射出放射性輻射的核素被稱為天然放射性核素或天然放射性同位素。放射性同位素也可以應(yīng)用核反應(yīng)方法制造出來。這種放射性核素或放射性同位素稱為人工放射性核素。,(2) 輻射

17、：可分為粒子輻射(如粒子、粒子)和電磁輻射(如紫外輻射、 射線、X射線) 。 (二) 放射性衰變的類型 放射性衰變的種類非常多，最重要的有衰變、衰變、衰變等。 1. 衰變 放射性核素放射出粒子(射線)而本身轉(zhuǎn)變成另一個新原子核的過程叫衰變。粒子實(shí)質(zhì)上是元素氦的原子核。 2. 衰變 放射性核素放射出射線(即電子e)而本身轉(zhuǎn)變成另一個新原子核的過程叫衰變。,3. 衰變 放射性核素從不穩(wěn)定的高能狀態(tài)躍遷到穩(wěn)定的或較穩(wěn)定的低能狀態(tài)，放射出高能量中性的射線，原子核中的質(zhì)子數(shù)并未改變的衰變過程叫衰變。 (三) 放射性活度和半衰期 1. 放射性活度 放射性活度的單位定義：單位時間發(fā)生的核衰變的數(shù)。 放射性活

18、度 A = dN/dt = N 是一級反應(yīng)。 每秒鐘衰變1次，其活度為1 Bq(貝可)。,2. 半衰期 核衰變的過程全部是一級反應(yīng)： dN/dt = N dN/N = dt 定積分 lnN|1N0.5N = t|0T1/2 T1/2 = ln2/= 0.693/ T1/2叫作半衰期：放射性核素因衰變而減少到原來的1/2所需的時間。半衰期對放射性核素種類是個常數(shù)。天然放射性核素的半衰期都很長；人工放射性核素的半衰期一般較短。,二、照射量和吸收劑量 (一) 照射量 照射量定義： X = dQ/dm 即：單位質(zhì)量空氣受到或x射線照射而電離所產(chǎn)生的帶電粒子的總電荷量。單位是：C/kg或倫琴，1R =

19、2.5810-4 C/kg (二) 吸收劑量 吸收劑量D的定義：單位質(zhì)量受照射物質(zhì)所吸收的輻射能： D = dE /dm D的單位是GY(戈瑞) ；1 GY= 1J/kg ；也可用單位rad(拉德) ； 1rad = 10-2J/kg = 0.01GY。,(三) 劑量當(dāng)量 劑量當(dāng)量H定義：生物機(jī)體單位質(zhì)量組織對輻射的吸收。 H與射線的種類即品質(zhì)因素Q、其他修正因素N和輻射的吸收劑量D的乘積有關(guān)。X、射線的Q = 1，而射線的Q = 10： H = NQD 其它輻射的品質(zhì)因素Q值見377表7-19。劑量當(dāng)量(H)的單位是Sv(希沃特)J/kg ；也可用rem(雷姆)表達(dá)： 1 rem = 10-

20、2 Sv,三、環(huán)境中的放射性 (一) 環(huán)境中放射性的來源 環(huán)境放射性的幅射源可分為天然幅射源和人工幅射源兩大類。 1. 天然幅射源 (1) 宇宙射線 來自地球外層空間的宇宙射線和地球本身的幅射。 (2) 天然系列放射性核素 天然系列放射性核素有鈾、錒、釷三大系列和單獨(dú)存在的核素，如40K等。 。 共同特點(diǎn)：半衰期極長。發(fā)生此類污染，要通過衰變令其自動消失，幾乎是不可能的。,2. 人工放射性污染的來源 (1) 核試驗(yàn)及航天事故 核幅射穿透性很強(qiáng)(主要是中子和射線)，在爆炸后留下一些不斷放射、和射線的放射性物質(zhì)而污染環(huán)境。 爆炸后大顆粒的放射性沉降物在幾h到1d內(nèi)會降落在爆炸點(diǎn)下風(fēng)方向幾十到幾百k

21、g范圍內(nèi)的地面上，形成強(qiáng)幅射污染區(qū)域。 (2) 核工業(yè) 核工業(yè)包括鈾礦開采、冶煉和精制濃縮、核電站、放射性廢物和廢水處理等。 (3) 醫(yī)療照射 X光透視、拍片；惡性腫瘤的放射性治療；電視機(jī)顯像管,(二) 放射性核素在環(huán)境中的分布 1. 在巖石和土壤中的分布 巖石和土壤中的放射性核素主要有鈾系和釷系。一般講，火成巖地區(qū)放射性大于水成巖地區(qū)的放射性。土壤中也可能因施用鉀肥時，放射性40K就會增加。 2. 在水體中的分布 花崗巖地帶水域中含鈾較高，特別是火山引起的溫泉、礦泉水中。海水和淤泥中的放射性取決于地理區(qū)域、海水流動狀態(tài)、淡水和淤泥入海情況。,3. 在大氣中的分布 放射性的232Rn最可能出現(xiàn)

22、在大氣中。分布濃度隨氣象條件而變化。大洋和地表面232Rn濃度為1.910-52.210-3和1.1103 9.610-3Bq/L。 4. 在室內(nèi)空氣中的分布 5. 在動植物組織中的分布 環(huán)境與動植物在進(jìn)行物質(zhì)交換的過程中，會將食物、水、化肥、土壤、空氣中的放射性核素帶入組織中。主要有40K、 226Ra、 14C、 210Pb等。,(三) 人體中的放射性核素及危害 放射性核素可通過呼吸道、消化道攝入、皮膚粘膜浸入進(jìn)入人體。 無論是粒子輻射還是電磁輻射進(jìn)入人體，引起細(xì)胞分子、原子電離，破壞機(jī)體內(nèi)某些大分子結(jié)構(gòu)。破壞一些有重要意義的酶，甚至直接損傷細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。破壞了生物體的正常代謝活動。 全身吸

23、收劑量達(dá)5Gy時，1-2h后出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹瀉等癥狀。二周內(nèi)死亡率可達(dá)100%。5Gy是致死劑量。吸收劑量達(dá)4Gy時，四周后死亡率為50%。 4Gy是半致死劑量。 吸收劑量達(dá)0.5Gy時，人體就會發(fā)生病變。 X和射線具有較強(qiáng)的了穿透能力，體外照射也能對深部某些敏感性很高的組織造成損傷。內(nèi)照射不如、輻射那么強(qiáng)。,五、放射性測量實(shí)驗(yàn)室和檢測器 (二) 放射性檢測器 主要是根據(jù)監(jiān)測目的、受體形態(tài)、放射性類型、強(qiáng)度及能量等因素，選擇不同的放射性檢測器。具體見p386表7-26。 1. 電離型檢測器 主要利用核輻射可使氣體產(chǎn)生電離作用而設(shè)計的探測器，主要有各種電離室、正比計數(shù)管、蓋革彌勒計數(shù)管(又稱G

24、M管)等氣體探測器。 2. 閃爍檢測器 核輻射與閃爍物作用發(fā)生閃光，光電管放大和記錄信號。靈敏度高、計數(shù)率高、自動記錄?？蓽y試、射線的強(qiáng)度。,發(fā)光持續(xù)時間是閃爍材料性能的一個重要指標(biāo)。持續(xù)時間越短，單位時間內(nèi)閃爍的次數(shù)越多。輻射與閃爍體作用的頻率大于發(fā)光持續(xù)時間的倒數(shù)，探測器無法準(zhǔn)確計數(shù)。ZnS常用于測試粒子。 3. 其他探測器 光效應(yīng)探測器是利用核輻射與核乳膠片、X光底片等感光材料產(chǎn)生照象作用的探測器，它們常廣泛用于劑量監(jiān)測中。還有熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等探測器。 六、放射性監(jiān)測 (一) 監(jiān)測對象及內(nèi)容 主要包括：現(xiàn)場監(jiān)測、個體劑量監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測主要測定放射性核素：,(1)放射性核素：239Pu、226Ra、224Ra、 236Pu、210Po、222Th、234U和235U。 (2)放射性核素：3H、90Sr、8