发布时间:15-05-15 16:59分类:技术文章 标签:PM2.5 中国的PM2.5标准和其他*的差别 中国的PM2.5标准拟于2016年生效,虽然比美国落后了一二十年,但和欧盟的2015年生效相比,也不算太晚。如果仅从标准的数值来看,中国即将发布的新标准已经与WHO过渡期目标-1一致,虽然落后于发达*,但也算是开始了三步走的*步。然而,即使标准值相同,而评判是否达标的方式不同,约束力是有极大差异的。举个例子,中国现行的空气质量标准制定于1996年,其中PM10的日均标准为150微克/立方米,表面上已和美国现行标准一样严格。但是,按照美国的标准,平均每年*多只能有1天超标,否则*算不达标,超标地区需要提交改进方案并加以实施。而在中国的标准文件中,没有类似的规定。各地区在执行标准时,只是计算每年的“达标天数”和“达标率”。PM10的标准至今已经执行了15年,一个86.2%的达标率还可以作为正面消息报道。 在即将发布的PM2.5新标准中,依然没有规定多高的达标率才是可接受的。WHO和其他*是怎么规定的呢?WHO要求每年*多有3天超标(99%的达标率),澳大利亚*多5天,而美国和日本要求的达标率为98%。 如何测定PM2.5? 空气中漂浮着各种大小的颗粒物,PM2.5是其中较细小的那部分。不难想到,测定PM2.5的浓度需要分两步走:(1)把PM2.5与较大的颗粒物分离;(2)测定分离出来的PM2.5的重量。目前,各国环保部门广泛采用的PM2.5测定方法有三种:重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法。这三种方法的*步是一样的,区别在于第二步。将PM2.5直接截留到滤膜上,然后用天平称重,这*是重量法。值得一提的是,滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到,一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率,*算是合格的。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大,因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。重量法是*直接、*可靠的方法,是验证其它方法是否准确的标杆。然而重量法需人工称重,程序繁琐费时。如果要实现自动监测,*需要用到另外两种方法。 β射线吸收法:将PM2.5收集到滤纸上,然后照射一束β射线,射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减,衰减的程度和PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减*可以计算出PM2.5的重量。 微量振荡天平法:一头粗一头细的空心玻璃管,粗头固定,细头装有滤芯。空气从粗头进,细头出,PM2.5*被截留在滤芯上。在电场的作用下,细头以一定频率振荡,该频率和细头重量的平方根成反比。于是,根据振荡频率的变化,*可以算出收集到的PM2.5的重量。 将PM2.5分离出来的切割器又是怎么工作的呢?在抽气泵的作用下,空气以一定的流速流过切割器时,那些较大的颗粒因为惯性大,一头撞在涂了油的部件上而被截留,惯性较小的PM2.5则能绝大部分随着空气顺利通过。也许你已经觉察到,这和发生在我们呼吸道里的情形是非常相似的:大颗粒易被鼻腔、咽喉、气管截留,而细颗粒则更容易到达肺的深处,从而产生更大的健康风险。 对于PM2.5的切割器来说,2.5微米是一个踩在边线上的尺寸。直径恰好为2.5微米的颗粒有50%的概率能通过切割器。大于2.5微米的颗粒并非全被截留,而小于2.5微米的颗粒也不是全都能通过。例如,按照《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》的要求,3.0微米以上颗粒的通过率需小于16%,而2.1微米以下颗粒的通过率要大于84%。 特殊的结构加上特定的空气流速共同决定了切割器对颗粒物的分离效果,这两者稍有变化,*会对测定产生很大影响,而使结果失去可比性。因此,美国环保局在1997年制定上*个PM2.5标准的时候,一并规定了切割器的具体结构。于是,虽然PM2.5的测定仪器有不少品牌,它们外观却极为相似。 市面上有些手机大小的仪器号称可以测定PM2.5,科学吗? 市面上的非仪器利用光散射的原理测定颗粒物浓度,这种方法并没有被各国环保部门采纳为标准方法,但是有依据此原理制成的仪器,在科研中也有运用。空气中的颗粒物浓度越高,对光的散射*越强。光的散射相对容易测,把它测出来,理论上*可以算出颗粒物浓度了。但在实际运用中,事情并没有这么简单。光的散射与颗粒物浓度之间的关系是很不确定的,受到诸多因素的影响,例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布,而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变,需要仪器使用者不断地用标准方法进行校正,没有经过科学训练的业余人士不大可能办得到。有研究者做过理论计算:利用光散射仪测定PM2.5,至少有30-40%的不确定性。这种不确定性是这类仪器固有的,质量可靠的仪器尚且如此,更何况市面上仪器的质量并不都是理想的呢。 由于我国未将PM2.5、臭氧等污染物纳入检测体系,常常会出现空气质量指数与公众观感相悖的状况。然而,靠非人员操作非的或质量不高的仪器去监测空气质量,并不能从根本上解决这个问题。更有效的监督手段,也许是呼吁环保部门早日在更多地点监测PM2.5,并让全部数据对民众更为公开、透明。现在新的《环境空气质量标准》正在向公众征求意见,并拟于2016年实施,公众的声音也许能使这一时间大大提前。 霾是PM2.5引起的吗? 虽然肉眼看不见空气中的颗粒物,但是颗粒物却能降低空气的能见度,使蓝天消失,天空变成灰蒙蒙的一片,这种天气*是灰霾天。根据《2010年灰霾试点监测报告》,在灰霾天,PM2.5的浓度明显比平时高,PM2.5的浓度越高,能见度*越低。 虽然空气中不同大小的颗粒物均能降低能见度,不过相比于粗颗粒物,更为细小的PM2.5降低能见度的能力更强。能见度的降低其本质上是可见光的传播受到阻碍。当颗粒物的直径和可见光的波长接近的时候,颗粒对光的散射消光能力*强。可见光的波长在0.4-0.7微米之间,而粒径在这个尺寸附近的颗粒物正是PM2.5的主要组成部分。理论计算的数据也清楚地表明这一点:粗颗粒的消光系数约为0.6平方米/克,而PM2.5的消光系数则要大得多,在1.25-10平方米/克之间,其中PM2.5的主要成分硫酸铵、硝酸铵和有机颗粒物的消光系数都在3左右,是粗颗粒的5倍。所以,PM2.5是灰霾天能见度降低的主要原因。 值得一提的是,灰霾天是颗粒物污染导致的,而雾天则是自然的天气现象,和人为污染没有必然联系。两者的主要区别在于空气湿度,通常在湿度大于90%时称之为雾,而湿度小于80%时称之为霾,湿度在80-90%之间则为雾霾的混合体。

发布时间:13-05-09 13:03分类:行业解决方案 标签:PM2.5,空气污染   PM2.5的标准,是由美国在1997年提出的,主要是为了更有效地监测随着工业化日益发达而出现的、在旧标准中被忽略的对人体有害的细小颗粒物。PM2.5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量,这个值越高,*代表空气污染越严重。   在城市空气质量日报或周报中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物是人们较为熟悉的两种大气污染物。   可吸入颗粒物也可称PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。   可吸入颗粒物又称为PM10,指直径大于2.5微米、等于或小于10微米,可以进入人的呼吸系统的颗粒物;总悬浮颗粒物也称为PM100,即直径小于或等于100微米的颗粒物。 Beta射线法 振荡天平法 称重法 光散射法 将pm2.5收集到滤纸上,然后照射一束贝塔射线,射线穿越颗粒物时被衰减,衰减的程度与颗粒物的重量成正比,根据射线的衰减*可以计算出pm2.5的重量 振荡天平法是基于航天技术的锥形元件微量振荡天平原理而研制的。通过测定系统频率的变化可测得对应时间颗粒物浓度。 将pm2.5直接截留在滤膜上,然后用天平称重 当光照射在空气中悬浮颗粒物上时,会产生散射光,散射光的强度与其质量浓度成正比。通过测量散射光强度,应用质量浓度转换系数,得出颗粒物浓度值 优点 准确度高,传感器信号和颗粒物质量关联度高 准确,灵敏度高,适应范围广,可连续监测。 国标方法,*直接*可靠,是验证其他方法是否准确的标杆。 检测速度快,体积小,便于现代,适合公共场所的颗粒物浓度测量 缺点 响应速度慢,通常只用它的小时平均值 体积大,价格昂贵 不能显示瞬时值,只能显示平均值 不确定性高于其他方法 推荐的颗粒物检测仪器 型号 厂家 原理 参数 DUSTMATE 英国Turnkey 光散射法 可检测PM10,PM2.5,PM1粒子分布情况0-600mg/m3 TSI8530 美国TSI 光散射法 0.001-150mg/m3

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发布时间:15-06-01 17:26分类:技术文章 标签:大气颗粒物检测 摘要:大气颗粒物是一种重要的空气污染物,详细分析了大气颗粒物浓度的检测原理、检测方法。基于膜捕集的称重法是*基本的颗粒物浓度检测方法,但是基于其他原理的颗粒物浓度检测方法在颗粒物的实时在线检测方面得到了广泛应用,对各类监测方法的优缺点作了对比,指出自动化、智能化和网络化是大气颗粒物浓度检测仪器的方向发展。 大气环境检测是所有大气环境工作的物质基础,不论是进行大气环境质量监测、大气污染防治,还是进行大气环境科学及工程的研究,都必须是在科学、准确测定大气环境参数的基础上进行,离开了准确的检测,其他的大气环境方面的所有工作都成了无稽之谈,因此,大气环境检测技术也随着大气环境科学与工程的发展而得到了迅速发展。大气中悬浮颗粒物的存在,会对环境产生严重影响,因此,大气颗粒物一直是大气环境研究中*前沿领域之一。 大气颗粒物浓度是评价大气颗粒物的重要指标之一,颗粒物浓度的检(监)测一直受到环境工作者的重视。本文综述大气颗粒物浓度检测技术的原理及检测仪器设备的市场及研究现状,并展示其发展趋势。 1、大气颗粒物浓度及测试分类 大气中的悬浮颗粒物(SPM)是大气颗粒物的统称,可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是直接进入大气中的颗粒物,粒径大小一般在1~20μm范围内,大部分大于2.5μm;二次污染物颗粒较小,其大小在0.01~1.0μm范围内,是大气中的气态污染物之间及气态污染物与尘粒之间相互发生化学或光化学反应产生的。根据大气颗粒物的粒径大小,将大气颗粒物分别命名。其中,对环境影响较大,引起人们普遍关注的有总悬浮颗粒物(TSP)、可吸人颗粒物(PM10)、可人肺颗粒物(PM2.5)。 大气中的悬浮颗粒物对人体健康的负面影响,及对城市大气能见度、气候、空气质量、生态环境的影响,都与总悬浮颗粒物(TSP)、PM10及PM2.5的数量及质量多少有关,为准确描述颗粒物的影响,在研究大气颗粒物的行为、影响时,制定了大气颗粒物浓度的指标,大气颗粒物浓度可分为个数浓度、质量浓度和相对质量浓度。个数浓度指以单位体积空气中含有的颗粒物个数表示的浓度值,单位为粒/cm3、粒/L,多应用于空气洁净技术领域,无尘室、超净工作间等超低浓度环境和需要气溶胶的个数浓度来解释种种现象的气象学领域。质量浓度指以单位体积空气中含有的颗粒物的质量表示的浓度,单位为mg/m3或μg/m3,用于一般的大气颗粒物研究领域。相对浓度是指与颗粒物的*浓度有一定对应关系的物理量数值,作为相对浓度使用的物理量有光散射量、放射线吸收量、静电荷量、石英振子频率变化量等。 大气颗粒物浓度的测量,主要是根据颗粒物的物理性质(包括力学、电学、光学等)与颗粒物的数量或质量之间的关系,通过相应的仪器设备进行的。根据测量的具体操作,可将大气颗粒物的测试方法分为捕集测定法和浮游测定法,捕集测定法是指*用各种手段捕集空气中的微粒,再测定其浓度的方法;能保持空气中的浮游颗粒仍为浮游状态而测定其浓度的方法为浮游测定法。 2、个数浓度的测定 个数浓度的测定方法主要有两种: 2.1、化学微孔滤膜显微镜计数法 在洁净环境含尘浓度的测定中,用滤膜显微镜计数法测量个数浓度是个数浓度测定法的*基本方法,其原理是将微粒捕集在滤膜表面,再使滤膜在显微镜下成为透明体,然后观察计数,分试样样品采集、显微镜观察和粒子计数三个过程,属捕集测定法。 2.2、光散射式粒子计数器 光散射式粒子计数器的原理是用光照射浮游粒子,粒子将引起入射光的散射,球形粒子引起的光散射强度可由Mie的光散射理论式计算,被测粒子的散射光强与含各种粒径的聚苯乙烯标准粒子的散射光强相比较,得到不同粒径粒子的个数浓度。光散射法可直接得到测量数据,但颗粒物重叠、标准粒子与被测粒子的折射率不同及粒子带有电荷会造成误差;对于浓度较高的粒子,几乎所有的计数器都是随粒径的变小而计数率变低。 3、质量浓度的测定 颗粒物的质量浓度在大气颗粒物研究中使用*多,所以其测定方法的研究得到了充分重视,基于各种原理的测定的方法也*多,经常使用的方法有滤膜称重法、光散射法、压电晶体法、电荷法、β射线吸收法及*近几年发展起来的微量振荡天平法等。这些测试方法的具体原理是: 3.1、滤膜称重法 滤膜称重法是颗粒物质量浓度测定的基本方法,以规定的流量采样,将空气中的颗粒物捕集于高性能滤膜上,称量滤膜采样前后的质量,由其质量差求得捕集的粉尘质量,其与采样空气量之比即为粉尘的质量浓度。 仪器主要由采样仪、分析天平等组成,根据所用的采样仪的流量大小不同,将采样仪分为大流量(1m3/min以上)、中流量(100L/min左右)和小流量(10~30 L/min)三种,在选用采样仪时,应考虑他们之间的可比性,一般以大流量采样仪作比较。称重法单*或配合切割器可测量TSP、PM10、PM2.5,称重法测定颗粒物质量浓度时需要的时间一般较长(3~24h)。 滤膜称重法测定的是颗粒物的*质量浓度,其优点是原理简单,测定数据可靠,测量不受颗粒物形状、大小、颜色等的影响,但在测定过程中,存在操作烦琐、费时、采样仪笨重、噪声大等缺点,不能立即给出测试结果。 3.2、光散射式测量仪 光散射式测量仪测量质量浓度的原理和光散射式粒子计数器的原理类似,是建立在微粒的Mie散射理论基础上的。光通过颗粒物质时,对于数量级与使用光波长相等或较大的颗粒,光散射是光能衰减的主要形式。 光散射数字测尘仪包括光源、集光镜、传感器、放大器、分析电路及显示器等,由光源发出的光线照射在颗粒物上产生散射,此散射光通过集光镜到达传感器上,传感器把感受到的信号转换成电信号,经过放大和分析电路,可以计测脉冲的发生量,即可得到以每分钟脉冲数(CPM)表示的相对浓度。当颗粒物性质一定时,可以通过称重法*求出CPM与mg/m3的转换系数K,根据K值将CPM值直接转换、显示为质量浓度(mg/m3)。光散射数字测尘仪的光源有可见光、激光及红外线等,配合切割器,可以用来测量PM10、PM2.5。 光散射测尘仪属浮游测定法,可以实时在线监测空气中颗粒物的浓度,根据颗粒物性质预*设K值,可以现场直接显示质量浓度(mg/m3),体积小,重量轻,操作简便,噪音低,稳定性好,可直读测定结果,可以存储以及输出电信号实现自动控制,适于公共场所卫生及生产现场粉尘等场合和大气质量监测中使用。

发布时间:15-06-02 16:43分类:技术文章 标签:大气颗粒物检测 3.3、压电晶体法压电晶体法(又称压电晶体频差法),采用石英谐振器为测量敏感元件,其工作原理是使空气以恒定流量通过切割器,进入由高压放电针和微量石英谐振器组成的静电采样器,在高压电晕放电的作用下,气流中的颗粒物全部沉降于测量谐振器的电极表面上,因电极上增加了颗粒物的质量,其振荡频率发生变化,根据频率变化可测定可吸人颗粒物的质量浓度,石英谐振器相当于一个超微量天平。压电晶体法仪器可以实现实时在线检测。石英谐振器对其表面质量的变化十分敏感,使用一段时间后需要清洁。利用此原理的大气监测仪一般装备于环境监测自动站。3.4、 β射线吸收法β射线吸收式测量仪的工作原理是:射线在通过颗粒物时会被吸收,当能量恒定时,β射线的吸收量与颗粒物的质量成正比。测量时,经过切割器,将颗粒物捕集在滤膜上,通过测量β射线的透过强度,即可计算出空气中颗粒物浓度。仪器可以间断测量,也可以进行自动连续测量,粉尘对β线的吸收与气溶胶的种类、粒径、形状、颜色和化学组成等无关,只与粒子的质量有关。β射线是由14C射线源产生的低能射线,安全耐用,其半衰期可达数千年,十分稳定。3.5、微量振荡天平法微量振荡天平法(TEOM法,英文名称Tapere Element OscillatingMicrobalance),是近年发展起来的颗粒物浓度测量方法,测量原理是基于*技术的锥形元件振荡微量天平原理,由美国R&P公司研制,符合美国EPA标准。此锥形元件于其自然频率下振荡,振荡频率由振荡器件的物理特性、参加振荡的滤膜质量和沉积在滤膜上的颗粒物质量决定。仪器通过采样泵和质量流量计,使环境空气以一恒定的流量通过采样滤膜,颗粒物则沉积在滤膜上。测量出一定间隔时间前后的两个振荡频率,*能计算出在这一段时间里收集在滤膜上颗粒物的质量,再除以流过滤膜的空气的总体积,得到这段时间内空气中颗粒物的平均浓度。在大气自动监测系统中,美国R&P公司的RP1400a测尘仪用于实时连续监测空气中颗粒物的浓度,其测量精度和实时性是传统方法所无法比拟的。配以不同的切割器,RP1400a可用于测量PM2.5、PM10和TSP。仪器每2秒测量一次滤膜的振荡频率,同时仪器也可输出0.5、1、8、24h的平均浓度。但该仪器在测量时受温度、湿度影响较大,应特别注意。3.6、电荷法电荷法主要用在烟气中颗粒物(粉尘)的监测当烟道或烟囱内粉尘经过应用耦合技术的探头时,探头所接收到的电荷来自粉尘颗粒对探头的撞击、摩擦和静电感应。由于安装在烟道上探头的表面积与烟道的截面积相比非常小,大部分接收到的电荷是由于粒子流经过探头附近所引起的静电感应而形成。排放浓度越高,感应、摩擦和撞击所产生的静电荷*越强。即O/tocM/t(这里,Q代表电荷,M代表颗粒物量,t代表时间)。电荷法技术包括直流耦合与交流耦合技术两种。电荷法属于浮游测定法,可以实现现场在线监测。目前国内应用比较普遍的烟尘在线监测系统主要有:采用交流耦合技术的澳大利亚GOYEN(高原)公司的EMS6型,采用直流耦合技术的英国CODEL公司的MonoGard型。由于不同的颗粒材料会产生不同的感应、摩擦电流,此类设备必需在安装后进行须标定。3.7、常用颗粒物检测方法比较上述颗粒物质量或相对质量浓度的各种测量方法,根据的是颗粒物的不同性质与质量的直接或间接的关系,在某一方面有一定的长处,同时会带来某方面的缺点(见表1),在选择测定方法时一定要注意扬长避短。颗粒物滤膜称重法一般需要较长的采样时间,很难适用于要求快速得到测量结果的场合,不能测定粒子的时空分布,测量结果是一段时间内的平均值,操作也较复杂。相比较而言,其他浓度测量方法虽然存在一定误差,但在颗粒物自动在线连续检测方面是滤膜称重法所无可比拟的,应根据不同的测定目的来选择。在需要实时在线测定的场合要用到相对质量浓度测量方法,而在不需要在线连续测量或需要考虑可比性的情况下,要用滤膜称重法直接测量颗粒物的质量浓度,同时,滤膜称重法采集的颗粒物样品可以用来进行其它分析。4、大气颗粒物浓度测试技术的发展趋势随着自动化及信息技术的迅速发展,环境监测也由以人工采样和实验室分析为主,向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展;由较窄领域监测向全方位领域监测的方向发展。监测仪器逐步向高质量、多功能、集成化、自动化、系统化和智能化的方面发展。社会需要大量的精确、使用方便、操作简单的大气颗粒物监测仪器、监控设备,应重点发展用于在线监测污染源烟尘、工业粉尘排放量(浓度或总量),包括测量相关参数:流量、含湿量、温度等,实现污染源排放浓度或总量监测以及监测和监控一体化的监测仪器,特别是适用于细微颗粒物(PM10、PM2.5)的采样和监测仪器。要适应这个发展,必须加强环境监测仪器和监测技术现代化的基础研究,研究颗粒物浓度对大气各种性质的影响,反过来根据这些影响探索物理、化学、生物、电子、光学等新技术在环境监测仪器和监测技术中的应用,研究新的颗粒物浓度检测方法。同时,促进监测仪器科研与生产结合,加快环境监测技术的创新和成果转化,逐步提高国内监测仪器的研发水平。

背景浓度  即使没有人为污染,空气中也有一定浓度的PM2.5,这个浓度被称为背景浓度。在美国和西欧,PM2-5背景浓度大约为3~5.ugm/m3{5},澳大利亚的背景浓度也在5 ug/m3左右{9}。中国PM2.5背景浓度有多高,  目前尚无公开的数据,但应该不会和其他国家相差太大。

      2000 年有研究人员测定了北京的PM2.5 来源:尘土占20j《;由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、109《、6%;烧煤产生7%;使用柴油、汽油而排放的废气贡献7%;农作物等生物质贡献6%;植物碎屑贡献1%。有趣的是,吸烟也贡献了1%,不过这只是个粗略的科学估算,并不一定准确。该研究中也测定了北京PM2.5的成分:含碳的颗粒物、硫酸根、硝酸根、铵根加在一起占了重量的69%,类似地,1999 年测定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸铵、硝酸铵,,  41.4%;是含碳的物质。

    值得一提的是,灰霾天是颗粒物污染导致的,而雾天则是自然的天气现象,和人为污染没有必然联系。两者的主要区别在于空气湿度,通常在湿度大于90%时称之为雾,而湿度.小于80%6时称之为霾,湿度在80%-90%之间则为雾霾的混合体。