煙氣顆粒濃度檢測(cè)

1、煙氣顆粒物濃度檢測(cè)技術(shù)在大氣環(huán)境、 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮十分重要的作用， 選題合理。請(qǐng)盡快確定課題完成方式，完善相關(guān)技術(shù)路線，開展課題調(diào)研論證工作。 80煙氣顆粒濃度檢測(cè)1 背景大氣是人類生存所必需的環(huán)境， 大氣質(zhì)量直接關(guān)系到人類的生活。 在人類經(jīng)濟(jì)、 生產(chǎn)活 動(dòng)發(fā)展、 科技進(jìn)步的同時(shí)， 大量的能源燃燒生成的煙塵、 工業(yè)生產(chǎn)散發(fā)的廢氣被排放到大氣 系統(tǒng)中，影響了大氣環(huán)境的質(zhì)量，進(jìn)而影響生態(tài)、氣候、健康等多個(gè)方面，直接威脅到人類 的生活質(zhì)量， 對(duì)人類的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。 近些年伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展， 這一情 況愈發(fā)明顯，人們?cè)诳萍歼M(jìn)步的同時(shí)，為了人類與環(huán)境的和諧相處、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展， 開始

2、 越來(lái)越多的關(guān)注對(duì)大氣環(huán)境的保護(hù)， 其中重要的一個(gè)方面就是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 醫(yī)學(xué)、 科研等領(lǐng) 域排放煙氣中所含有的污染物的檢測(cè)和控制。 煙氣對(duì)人體健康的危害程度與微粒的大小及其 組成有關(guān)。顆粒直徑小于100卩m的稱為總懸浮顆粒物（TSP）;顆粒直徑小于 10卩m的稱為可吸入顆粒物（PM10 ）;顆粒直徑小于 2.5m的稱為呼吸性顆粒物（PM2.5 ）。顆粒直徑 越小， 在空氣中懸浮的時(shí)間越長(zhǎng)， 進(jìn)入人體肺部之后停滯在肺部及支氣管中的比例越大， 危 害也就越大。大于 101 m 的微粒可以排出體外;大于 51 m 的微粒會(huì)在鼻部受阻，無(wú)法進(jìn) 入呼吸道;介于 0.1-0.51 m 的微粒能深入肺部并粘

3、附在肺葉表面的粘液中，隨后被絨毛所 清除；小于0.01 i m的微粒能夠在空氣中作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入肺部附著在肺壁細(xì)胞的組織中， 有些還會(huì)被血液吸收。這些顆粒物會(huì)引發(fā)上呼吸道感染、支氣管炎、氣喘、肺炎、肺氣腫、 心臟病等多種疾病。煙氣除了對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)有害外，由于微粒存在孔隙能粘附SO2、NO2 等有毒物質(zhì)或苯丙花等致癌物質(zhì)，因而會(huì)對(duì)人體的健康造成更大的危害。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 生產(chǎn)加工精度要求的提高， 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈程度要求 也越來(lái)越高，特別在微電子、超精密加工、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域，空氣中顆粒物的濃度直接影響到生產(chǎn)結(jié)果; 石油化工需要催化劑， 催化劑顆粒過(guò)小會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量， 顆粒過(guò)大

4、將會(huì)造成 浪費(fèi)，所以需要對(duì)投放催化劑的濃度和顆粒直徑進(jìn)行控制;在化工和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域例如細(xì)胞核生長(zhǎng)等活動(dòng)也涉及到與顆粒物濃度監(jiān)測(cè)相關(guān)的課題。2 煙氣顆粒物濃度檢測(cè)常用技術(shù)顆粒物是指燃料或其他物質(zhì)燃燒、 合成、 分解以及各種物料在處理中所產(chǎn)生的懸浮于液 體和煙氣中的固體和液體顆粒狀物質(zhì)。 對(duì)于固態(tài)顆粒， 為了準(zhǔn)確描述顆粒物的影響， 在對(duì)大 氣顆粒物的研究中制定了大氣顆粒物濃度的指標(biāo)，規(guī)定大氣顆粒物的濃度指標(biāo)分為個(gè)數(shù)濃 度、質(zhì)量濃度、相對(duì)質(zhì)量濃度。顆粒物質(zhì)量濃度的測(cè)量在大氣顆粒物研究中使用最多， 所以其測(cè)定方法的研究得到了更 加充分的重視。 基于各種原理的測(cè)定的方法很多， 經(jīng)常使用的方法有濾膜稱重法、

5、 光散射法、 壓電晶體法、電荷法、3射線吸收法以及最近幾年發(fā)展起來(lái)的微量振蕩天平法等等。上述顆粒物質(zhì)量或相對(duì)質(zhì)量濃度的各測(cè)量方法利用的是顆粒物不同的性質(zhì)與質(zhì)量直接或間接的關(guān) 系，具有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。（1）濾膜稱重法濾膜稱重法是顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)定的基本方法。 以規(guī)定的流量采樣， 將空氣中的顆粒物 捕集于高性能濾膜上， 稱量濾膜采樣前后的質(zhì)量， 由其質(zhì)量差求得捕集的粉塵質(zhì)量， 其與采 樣空氣量之比即為粉塵的質(zhì)量濃度。 儀器主要由采樣儀、 分析天平等組成。 根據(jù)所用的采樣 儀的流量大小不同，將采樣儀分為大流量（1m3/min 以上）、中流量 （100 L/min 左右 ）和小流量（1030L/mi

6、n）三種，在選用采樣儀時(shí)，應(yīng)考慮他們之間的可比性，一般以大流量采樣儀作 比較。稱重法單獨(dú)或配合切割器可測(cè)量 TSP （總懸浮顆粒）、PM10 （顆粒直徑小于10卩m）、 PM2.5（顆粒直徑小于2.5卩m），稱重法測(cè)定顆粒物質(zhì)量濃度時(shí)需要的時(shí)間一般較長(zhǎng)（324h）。濾膜稱重法測(cè)定的是顆粒物的絕對(duì)質(zhì)量濃度， 其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單， 測(cè)定數(shù)據(jù)可靠， 測(cè)量不受 顆粒物形狀、大小、顏色等的影響；但在測(cè)定過(guò)程中，存在操作煩瑣、費(fèi)時(shí)、采樣儀笨重、 噪聲大等缺點(diǎn)，并且不能立即給出測(cè)試結(jié)果。（2）光散射式測(cè)量?jī)x光散射式測(cè)量?jī)x測(cè)量質(zhì)量濃度的原理和光散射式粒子計(jì)數(shù)器的原理類似， 建立在微粒的 Mie 散射理論基礎(chǔ)上。

7、 光通過(guò)顆粒物質(zhì)時(shí)， 如果顆粒尺寸數(shù)量級(jí)與所使用的光波長(zhǎng)相等或較 大，光散射是光能衰減的主要形式。光散射數(shù)字測(cè)塵儀包括光源、聚焦透鏡、探測(cè)器、放大 器、分析電路及顯示器等部分。 由光源發(fā)出的光線照射在顆粒物上產(chǎn)生散射， 此散射光通過(guò)聚焦透鏡到達(dá)探測(cè)器上， 探測(cè)器把感受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 經(jīng)過(guò)放大和分析電路， 可 以計(jì)測(cè)脈沖的發(fā)生量，即可得到以每分鐘脈沖數(shù) （CPM） 表示的相對(duì)濃度。當(dāng)顆粒物性質(zhì)一定 時(shí)，可以通過(guò)稱重法先求出 CPM 與 mg/m3 的轉(zhuǎn)換系數(shù) K ，根據(jù) K 值將 CPM 值直接轉(zhuǎn)換、 顯示為質(zhì)量濃度（mg/m3）。光散射數(shù)字測(cè)塵儀的光源有可見光 （如P-5L型光散射測(cè)

8、塵儀）、激 光（如LD-1型激光粉塵儀）及紅外線等，配合切割器，可以用來(lái)測(cè)量PM10、PM2.5。光散射測(cè)塵儀屬浮游測(cè)定法，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物的濃度。根據(jù)顆粒物性質(zhì)預(yù)先設(shè)K值，可以現(xiàn)場(chǎng)直接顯示質(zhì)量濃度 （mg/m3），體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)便，噪音低，穩(wěn)定性好， 可直讀測(cè)定結(jié)果， 可以存儲(chǔ)以及輸出電信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制， 適于公共場(chǎng)所及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和大氣 質(zhì)量監(jiān)測(cè)中使用。（3）壓電晶體法壓電晶體法 （又稱壓電晶體頻差法） 采用石英諧振器為測(cè)量敏感元件，其工作原理是使空氣以恒定流量通過(guò)切割器， 進(jìn)入由高壓放電針和微量石英諧振器組成的靜電采樣器， 在高 壓電暈放電的作用下， 氣流中的顆粒物全部沉

9、降于測(cè)量諧振器的電極表面上，因電極上增加了顆粒物的質(zhì)量， 其振蕩頻率發(fā)生變化， 根據(jù)頻率變化可測(cè)定可吸人顆粒物的質(zhì)量濃度， 石 英諧振器相當(dāng)于一個(gè)超微量天平。 壓電晶體法儀器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。 石英諧振器對(duì)其 表面質(zhì)量的變化十分敏感， 使用一段時(shí)間后需要清潔。 利用此原理的大氣監(jiān)測(cè)儀一般裝備于 環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站。（4）B射線吸收法B射線吸收式測(cè)量?jī)x的工作原理是：B射線在通過(guò)顆粒物時(shí)會(huì)被吸收，當(dāng)能量恒定時(shí)，B射線的吸收量與顆粒物的質(zhì)量成正比。測(cè)量時(shí)，經(jīng)過(guò)切割器，將顆粒物捕集在濾膜上，通過(guò)測(cè)量3射線的透過(guò)強(qiáng)度，即可計(jì)算出空氣中顆粒物濃度。儀器可以間斷測(cè)量， 也可以進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)測(cè)量，粉塵對(duì)3射線的

10、吸收與氣溶膠的種類、 粒徑、形狀、顏色和化學(xué)組成等無(wú)關(guān)， 只與粒子的質(zhì)量有關(guān)。 3 射線是由 C14 射線源產(chǎn)生的低能射線，安全耐用，其半衰期可達(dá) 數(shù)千年，十分穩(wěn)定。5）微量振蕩天平法微量振蕩天平法 （TEOM 法，英文名稱 Tapered Element OscillatingMicrobalance） ，是近年 發(fā)展起來(lái)的顆粒物濃度測(cè)量方法，由美國(guó) R&P 公司研制，符合美國(guó) EPA 標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量原理是 基于專利技術(shù)的錐形元件振蕩微量天平， 此錐形元件于其自然頻率下振蕩， 振蕩頻率由振蕩 器件的物理特性、 參加振蕩的濾膜質(zhì)量和沉積在濾膜上的顆粒物質(zhì)量決定。 儀器通過(guò)采樣泵 和質(zhì)量流量計(jì)， 使

11、環(huán)境空氣以一恒定的流量通過(guò)采樣濾膜， 顆粒物則沉積在濾膜上。 測(cè)量出 一定間隔時(shí)間前后的兩個(gè)振蕩頻率，就能計(jì)算出在這一段時(shí)間里收集在濾膜上顆粒物的質(zhì) 量，再除以流過(guò)濾膜的空氣的總體積， 得到這段時(shí)間內(nèi)空氣中顆粒物的平均濃度。 在大氣自 動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，美國(guó) R&P 公司的 RP1400a 測(cè)塵儀用于實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物的濃度， 其測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性是傳統(tǒng)方法所無(wú)法比擬的。配以不同的切割器， RP1400a 可用于測(cè)量 PM2.5、PM10和TSP。儀器每2秒測(cè)量一次濾膜的振蕩頻率，同時(shí)儀器也可輸出 0.5、1、8、24h 的平均濃度。但該儀器在測(cè)量時(shí)受溫度、濕度影響較大，應(yīng)特別注意。（6）電荷

12、法電荷法的檢測(cè)原理是當(dāng)煙道或煙囪內(nèi)粉塵經(jīng)過(guò)應(yīng)用耦合技術(shù)的探頭時(shí)，探頭接收到來(lái)自于粉塵顆粒對(duì)探頭的撞擊、 摩擦和靜電感應(yīng)的電荷。 由于安裝在煙道上探頭的表面積與煙道 的截面積相比非常小， 大部分接收到的電荷是由于粒子流經(jīng)過(guò)探頭附近所引起的靜電感應(yīng)而 形成。 排放濃度越高，感應(yīng)、摩擦和撞擊所產(chǎn)生的靜電荷就越強(qiáng)。電荷法技術(shù)包括直流耦合與交流耦合技術(shù)兩種。 電荷法屬于浮游測(cè)定法， 可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)。 目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較 普遍的煙塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有： 采用交流耦合技術(shù)的澳大利亞 GOYEN（ 高原）公司的 EMS6 型，采用直流耦合技術(shù)的英國(guó) CODEL 公司的 MonoGard 型。由于不同的顆粒

13、材料會(huì)產(chǎn)生不 同的感應(yīng)、摩擦電流，此類設(shè)備必需在安裝后進(jìn)行標(biāo)定。3 參考文獻(xiàn)1 Michael B ， Carmen A， Teresa I F， eral， Air pollution and retained particles in the lungJ ， Environmental Health Perspectives ， 2001,109（ 10）： 103910432 張大年，城市大氣可吸入顆粒物的研究，上海環(huán)境科學(xué) J， 1999， 18（4）：1541573 李霖峰， 尹王保， 王金來(lái)等， 光后向散射式煙塵在線測(cè)量樣機(jī)的研制 J ，光學(xué)儀器， 2008，30（2）： 80844 胡澄， 基于 MIE 散射理論的粉塵濃度測(cè)量研究， 碩士學(xué)位論文 ，蘇州；蘇州大學(xué)， 20075 楊書申，邵龍義，龔鐵強(qiáng)等，大氣顆粒物濃度檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展 J ，北京工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院學(xué)報(bào)， 4（ 1）：36396 White ，W.R.，Macias ，E.S.，N