1、,第七章 物理性污染监测,第一节 噪声污染监测,从环境声学的角度出发，凡是不需要的，使人厌烦并对人类的生产和生活有妨碍的声音都称为噪声。噪声的主要危害：损伤听力、干扰人们的工作、影响睡眠、诱发疾病、干扰交流，强噪声会影响设备运转和损坏建筑物。噪声污染是感觉公害，对噪声的判断与人所处的环境、主观愿望有关。有时优美的音乐也会成为噪声。比如：夜间、心情不好、学习思考问题时。对噪声的评价要结合人的生理和心理因素。噪声污染是局部的和多发性的,影响四周，随距离增加而减弱、消失。不可能大范围作用。但噪声源分布极广，发生十分频繁。噪声污染是暂时性的、不持久、不积累。,二、声音的物理特性和度量1. 声音的发生、
2、频率、波长和声速物体在空气中振动，使空气发生疏密交替变化，便产生了产音。产音的频率范围为10-41014Hz。其中仅2020000Hz的声音可被听到。环境噪声是指可听声。一般讲，频率高、尖锐声调难于接受，易感觉烦燥。声音的传播速度与介质有关，也与温度有关。在空气中，声速与温度的关系式是：C = 331.4 + 0.607t(oC),3. 分贝、声功率级、声强级和声压级人的听觉对声音信号强弱的剌激反应呈对数关系而非线性关系。用分贝度量：dB = 10lg(lgA/A0) A0 基准值，dB无量纲，是对数值，和吸光度A相似。 声功率级定义：Lw = 10 lg(W/W0) (dB) W0为基准声功
3、率，W0=10-12W。,声强级定义 LI = 10 lg(I/I0) (dB) I0为基准声强， I0=10-12W/m2。所谓声压是指声音传播过称中，空气压力相对大气压的变化。声压级定义 Lp = 20 lg(P/P0) (dB) P0为基准声压，P0 = 210-5Pa。,4. 声音的叠加多个声源发出的声音作用于某点，则该点的声压(强、功率)级为能量加和而非声压(强、功率)级加和。与光强加和规律一样。设：第一个声音的声压(强、功率)为P1(I1、W1)； 第二个声音的声压(强、功率)为P2(I2、W2)。 并定义P1(I1、W1) P2(I2、W2)；令 P2(I2、W2)/ P1(I1
4、、W1 ) =；则1则作用于某点的声压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 +)因为1, 1 +2 , 10 lg(1 +) 3。两个声音叠加于某一点时，其声压(强、功率)级小于或等于其中1个级别高的加上3分贝。以此类推：有n个声音同时作用于一点：Lp(LI或Lw)=Lp max(LImax或Lwmax)+10 lg(1+i),例：两声源 Lp1 =
5、 76 dB, ，Lp2 = 72 dB，求两声源作用于同一点时的声压级。解： p1 = 10Lp1 /10 = 3.98107p2 = 10Lp2 /10 =1.58107= 1.58107/3.98107 = 0.4Lp = 76 +10 lg(1 + 0.4) = 77.5 dB。多个声源叠加可从两个声音叠加开始，叠加后又作为1个声源参加叠加，可用上述公式计算。也可将数据列成表或p350的图7-1，直接读出结果。若 Lp1Lp2 = 1dB，= 10-0.1 = 0.8,声级增加量Lp=10 lg(1 + 0.8) = 2.5,可将Lp Lp1Lp2 的关系列成表：Lp1Lp2 0 1
6、2 3 4 5 6 7 8 9 10Lp(dB) 3 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4两声级差超过10dB，较小的声音的作用可忽略不计。例如：70、70、75、82、90、93、95、 100 dB声音叠加。解：70 、 70 、 75 、 82dB四个声音比100dB的差值超过10dB，可忽略不计。95与100dB相差5dB，由上表知Lp=1.2 dB 所以合成声级为101.2dB,90与93dB相差3dB, Lp = 1.8 dB，所以叠加声级为94.8dB 101.2与94.8dB可作独立声源叠加，相差6.4dB，Lp = 0.9 dB所以总
7、声级为101.2 + 0.9 = 102.1dB哪二个声者先组合不会影响最后结果。也可用公式计算：以声压级最大者为基础，10095 = 5 1= 10-0.5 = 0.3210093 = 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. 噪声物理量与主观感觉的关系(1) 响度(N)和响度级(LN)响度是人耳判别声音强弱的等级概念。取决于声强、声音的波形和频率。响度单位是宋(sone)。定义：1宋1N是声压级为40分贝、频率为1000Hz
8、且来至正前方的平面波的响声。1000Hz纯音声压级的分贝值为响度级的数值。记作LN，读作方 (phon)。N(宋) = 2(LN(方)40)/10 即LN = 40 +33 lg N由此可知，响度级每改变10方，响度需加倍或减半。与声压(强、功率)一样，响度可以相加；与声级一样，响度级不可直接相加。,(2) 计权声级为了模拟人耳对频率不同的声音感觉灵敏度不同的特性，在以声级计为代表的噪声测量仪内设计了一种特殊的滤波器，称为计权网络。通过这种仪器测得的声级已和客观的物理意义上的声级不同，称之为计权声级。常见的有： A计权声级：模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性。B计权声级：模拟人耳对55
9、85dB中强度噪声的频率特性。C计权声级：模拟人耳对高强度噪声的频率特性。 A计权声级能较好地表征人耳的主观听觉特征。在监测中声压级单位写成：dB(A) 。,(3) 等效声级、噪声污染级和昼夜等效声级等效声级：它是一个用来表达随时间变化的噪声等效量。表达式为：Leq = 10 lg 1/(T2T1)100.1Ls dt (积分上、下限为T2(或T)、T1(或0)T为测量时间；Ls为声压级，一般是A计权声级。由于Ls是时间的函数，实际上应用很不方便，常采用离散形式：Leq = 10 lg (1/n 100.1Li ),上式可采用统计方法来计算。城市交通噪声不是稳态的，必须测定较多的数据来进行评价
10、，而不象工厂机器噪声那样，只需测定少量A声级并计算能量平均值即可。因此要采用统计的方法，以同一声压级出现的概率或累积积分分布概率来评价。Ln表示整个时间内有n%的时间超过某一声级。L10 在整个时间内有10%的时间超过的噪声级。相当于噪声峰值。L50 在整个时间内有50%的时间超过的噪声级。相当于噪声平均值。,L90 在整个时间内有10%的时间超过的噪声级。相当于噪声本底值。显然L10 L50 L90 。计算方法有二种：画正态分布曲线图,由图求得。将时间等分后分别读取的声压级n个数据从大到从排列，第n/10个数据为L10；第n/2个数据为L50；第9n/10个数据为L90。若噪声级符合正态分布
11、，则等效声级： Leq = L50 + d2 / 60 其中 d = L10L90,噪声污染级LNP = Leq + KK为非稳态噪声的影响。Leq为等效连续声级。为同一过程中瞬时声级的标准偏差。K为临时性常数，取值2.56。 昼夜等级声级定义：Ldn = 10 lg 1/2416100.1Ld + 8100.1(Ln + 10) 式中：Ld：白天(6:0022:00)的等效声级； Ln：夜间(22:006:00)的等效声级； 由于夜间噪声比白天对人的干扰更大，所以加上10dB。,三、噪声测量仪器声级计是一种有主观性的电子仪器。它在将声信号转换成电信号时，模拟了人耳对声波反应速度的时间特性；对
12、高低频声音具有不同灵敏度；对不同响度改变频率特性的强度特性。声级计可分为0、1、2、3型声级计，它们的精度分别为0.4、0.7、1.0、1.5dB。四、噪声标准我国颁布了环境噪声标准，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小时不会损害听力。而在85dB和90dB下工作8小时，耳聋的可能性分别为8%和15%。为了保护劳动者的健康，国家的企业标准规定了不同噪声下的最长工作时间。并用噪声剂量进行度量。,噪声剂量定义：D = Ti实际/Ti标准 Ti实际：在i级噪声中的实际暴露时间。 Ti标准：在i级噪声中标准允许暴露时间。 D1超过
13、安全防护标准。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标准：96dB暴露时间2h、106dB下暴露时间0.87h；每天工作应小于多少小时？解：设每天工作应小于x小时D = T实际1/T标准1 + T实际2/T标准2 = (56x/60)/2 (40.75x/60)/0.87D1 解得： x 3.25h,五、噪声监测(四) 测点布置1. 城市区域环境噪声监测在任何现场进行噪声测量时，都应注意气候和环境的影响。户外测量时应无雨、雪；风力3级，大于5级不能测量。气温不能太高，高原地区还要注意气压的影响。(1) 网格测量法 将市区划分占500500
14、m的许多网格,测点设在网格中心。中心点若不合适(如有水面、建筑物等),可移至附近。网格数应100个。市区面积小,可按250250m划分网格。测量参量一般是一定时间间隔(3s或5s)的A计权声压级瞬时值。,它每一个点连续测100个或200个的噪声分布(昼、夜应均有)。由于噪声是无规则的，所以测量结果要用统计值或等效声级表示。即计算L10、L50、L90、Leq 和(标准偏差)。Leq每相差5dB(A)为一个等级，进行区域环境噪声污染图的绘制。(2) 定点测量法(3) 城市交通噪声监测在每二个路口之间的交通线上选择1个测点，设在人行道上，离马路20cm,与路口距离50m，应避开非交通噪声污染源。此
15、点则可代表二个路口之间、该路段的交通噪声。在测点上，每隔5s读1个A计权声级瞬时值，连续读200个，并记下机动车辆的流量(辆/h)。200个数据从大到小排列，求出L10、L50、L90。Leq = 10 lg (100.1Li)23即： Leq = L50 + d2 / 60 其中 d = L10L90,2. 工业企业噪声监测法传声器位置：操作人员的耳朵位置。监测点：各处A声级差3dB，将车间分为若干区域，任二区域间A声级差应3dB，区域内3dB。若噪声是稳态的，则直接测量A声级；若噪声是不稳态的，则测量连续等效A声级或测量不同A声级的暴露时间，换算成连续等效A声级。将所有测点的A声级叠加后成
16、该车间的A声级dB数。,第三节 放射性 和辐射监测,一、基础知识(一) 放射性和辐射(1) 放射性：有些元素的原子核是不稳定的，它们会自发地产生衰变，称为核衰变或核蜕变。核衰变或核蜕变过程中将放射出射线，称为核辐射或放射性辐射。能够自发放射出放射性辐射的核素被称为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应用核反应方法制造出来。这种放射性核素或放射性同位素称为人工放射性核素。,(2) 辐射：可分为粒子辐射(如粒子、粒子)和电磁辐射(如紫外辐射、 射线、X射线) 。(二) 放射性衰变的类型放射性衰变的种类非常多，最重要的有衰变、衰变、衰变等。1. 衰变放射性核素放射出粒子(射线)而本身
17、转变成另一个新原子核的过程叫衰变。粒子实质上是元素氦的原子核。2. 衰变放射性核素放射出射线(即电子e)而本身转变成另一个新原子核的过程叫衰变。,3. 衰变放射性核素从不稳定的高能状态跃迁到稳定的或较稳定的低能状态，放射出高能量中性的射线，原子核中的质子数并未改变的衰变过程叫衰变。(三) 放射性活度和半衰期1. 放射性活度放射性活度的单位定义：单位时间发生的核衰变的数。放射性活度 A = dN/dt = N是一级反应。每秒钟衰变1次，其活度为1 Bq(贝可)。,2. 半衰期核衰变的过程全部是一级反应：dN/dt = NdN/N = dt定积分 lnN|1N0.5N = t|0T1/2T1/2
18、= ln2/= 0.693/T1/2叫作半衰期：放射性核素因衰变而减少到原来的1/2所需的时间。半衰期对放射性核素种类是个常数。天然放射性核素的半衰期都很长；人工放射性核素的半衰期一般较短。,二、照射量和吸收剂量(一) 照射量照射量定义：X = dQ/dm即：单位质量空气受到或x射线照射而电离所产生的带电粒子的总电荷量。单位是：C/kg或伦琴，1R = 2.5810-4 C/kg(二) 吸收剂量吸收剂量D的定义：单位质量受照射物质所吸收的辐射能：D = dE /dmD的单位是GY(戈瑞) ；1 GY= 1J/kg ；也可用单位rad(拉德) ；1rad = 10-2J/kg = 0.01GY。
19、,(三) 剂量当量剂量当量H定义：生物机体单位质量组织对辐射的吸收。H与射线的种类即品质因素Q、其他修正因素N和辐射的吸收剂量D的乘积有关。X、射线的Q = 1，而射线的Q = 10：H = NQD其它辐射的品质因素Q值见377表7-19。剂量当量(H)的单位是Sv(希沃特)J/kg ；也可用rem(雷姆)表达：1 rem = 10-2 Sv,三、环境中的放射性(一) 环境中放射性的来源环境放射性的幅射源可分为天然幅射源和人工幅射源两大类。1. 天然幅射源(1) 宇宙射线来自地球外层空间的宇宙射线和地球本身的幅射。(2) 天然系列放射性核素 天然系列放射性核素有铀、锕、钍三大系列和单独存在的核
20、素，如40K等。 。共同特点：半衰期极长。发生此类污染，要通过衰变令其自动消失，几乎是不可能的。,2. 人工放射性污染的来源(1) 核试验及航天事故核幅射穿透性很强(主要是中子和射线)，在爆炸后留下一些不断放射、和射线的放射性物质而污染环境。爆炸后大颗粒的放射性沉降物在几h到1d内会降落在爆炸点下风方向几十到几百kg范围内的地面上，形成强幅射污染区域。(2) 核工业 核工业包括铀矿开采、冶炼和精制浓缩、核电站、放射性废物和废水处理等。(3) 医疗照射 X光透视、拍片；恶性肿瘤的放射性治疗；电视机显像管,(二) 放射性核素在环境中的分布1. 在岩石和土壤中的分布 岩石和土壤中的放射性核素主要有铀
21、系和钍系。一般讲，火成岩地区放射性大于水成岩地区的放射性。土壤中也可能因施用钾肥时，放射性40K就会增加。2. 在水体中的分布 花岗岩地带水域中含铀较高，特别是火山引起的温泉、矿泉水中。海水和淤泥中的放射性取决于地理区域、海水流动状态、淡水和淤泥入海情况。,3. 在大气中的分布 放射性的232Rn最可能出现在大气中。分布浓度随气象条件而变化。大洋和地表面232Rn浓度为1.910-52.210-3和1.11039.610-3Bq/L。4. 在室内空气中的分布5. 在动植物组织中的分布环境与动植物在进行物质交换的过程中，会将食物、水、化肥、土壤、空气中的放射性核素带入组织中。主要有40K、 22
22、6Ra、 14C、 210Pb等。,(三) 人体中的放射性核素及危害放射性核素可通过呼吸道、消化道摄入、皮肤粘膜浸入进入人体。无论是粒子辐射还是电磁辐射进入人体，引起细胞分子、原子电离，破坏机体内某些大分子结构。破坏一些有重要意义的酶，甚至直接损伤细胞的结构。破坏了生物体的正常代谢活动。全身吸收剂量达5Gy时，1-2h后出现恶心、呕吐、腹泻等症状。二周内死亡率可达100%。5Gy是致死剂量。吸收剂量达4Gy时，四周后死亡率为50%。 4Gy是半致死剂量。吸收剂量达0.5Gy时，人体就会发生病变。X和射线具有较强的了穿透能力，体外照射也能对深部某些敏感性很高的组织造成损伤。内照射不如、辐射那么强
23、。,五、放射性测量实验室和检测器(二) 放射性检测器主要是根据监测目的、受体形态、放射性类型、强度及能量等因素，选择不同的放射性检测器。具体见p386表7-26。 1. 电离型检测器 主要利用核辐射可使气体产生电离作用而设计的探测器，主要有各种电离室、正比计数管、盖革弥勒计数管(又称GM管)等气体探测器。2. 闪烁检测器核辐射与闪烁物作用发生闪光，光电管放大和记录信号。灵敏度高、计数率高、自动记录。可测试、射线的强度。,发光持续时间是闪烁材料性能的一个重要指标。持续时间越短，单位时间内闪烁的次数越多。辐射与闪烁体作用的频率大于发光持续时间的倒数，探测器无法准确计数。ZnS常用于测试粒子。3.
24、其他探测器光效应探测器是利用核辐射与核乳胶片、X光底片等感光材料产生照象作用的探测器，它们常广泛用于剂量监测中。还有热效应、化学效应等探测器。六、放射性监测 (一) 监测对象及内容主要包括：现场监测、个体剂量监测、环境监测。环境监测主要测定放射性核素：,(1)放射性核素：239Pu、226Ra、224Ra、 236Pu、210Po、222Th、234U和235U。(2)放射性核素：3H、90Sr、89Sr、134Cs、 137Cs、131I、60Co。(二) 放射性监测方法3. 环境中放射性监测(1) 水样的总放射性比活度的测定若总0.1Bq/L，就需对放射粒子的核素进行鉴定和测量。测量方法如
25、下：取体积V的水样，滤去水中悬浮微粒。每100mL水样中加0.25mL浓H2SO4，蒸发至水样体积为1020mL。,将上述浓缩后的水样转入蒸发皿，慢慢蒸干。若样品中不含131I等易挥发组分，将上述蒸干后的样品在350oC以下灰化30min。 灰化后样品移至测量盘中，铺成薄层。用ZnS闪烁体计数器先对空盘测量本底(nb次/min) ，然后再测量样品(n c次/min)。对放射源标准样硝酸铀酰进行测定，可得到1Bq = n s次/min 。由计算式 Qa = (ncn b)/ (nsV) (Bq铀L-1),(2) 水样的总比活度的测定的测定和测总一样。计数器用盖革计数管。放射源标准样选择40K。4
26、0K标准源可选用氯化钾或碳酸钾制备。 40K的天然丰度只有0.0119%，放射性比度3.1107Bq/g(K) ，放射率为28.3粒子/(gs)和3.3射线/(gs) 。40mL水样，加Na2CO3调至碱性。水样蒸馏至干，收集蒸馏液。闪烁液的配制：1L二恶烷溶解120g萘、4.00g二苯1,3氧氮杂茂(PPO)、0.05g 1,4二2(5苯基)1,3氧氮杂茂苯(POPOP) ，摇匀。,*在液体闪烁瓶中加16mL闪烁液和4mL蒸馏液，混匀。 取4mL纯净水，按*制备空白试样。4mL已知氚含量的水，按*制标准样。将空白样、标准样和试样置暗处3h，测试各样的放射性。检测效率 = (n cn b)/ Anc：试样计数，次/min；nb：空白计数，次/min；A：标样氚的活度，次/(minBq)。水样中氚的放射性：Q= (n cn b)/(460) Bq/mL,2.,2.,
