颗粒物再悬浮采样器研制与应用

监测与评价颗粒物再悬浮采样器研制与应用陈�魁(天津市环境监测中心,天津300191)�白志鹏(南开大学环境科学与工程学院,天津300071)摘要�研制了颗粒物再悬浮采样器,阐述了颗粒物再悬浮采样器的工作原理及系统结构。对颗粒物再悬浮采样器的PM10和PM2�5捕集效率以及采样时间进行了研究分析,选取了颗粒物再悬浮采样器合适的采样时间。关键词�开放源�颗粒物再悬浮采样器�捕集效率�采样时间0�引言我国从70年代初期开始重视对颗粒物污染的研究与控制,许多城市都相继开展了大气颗粒物源解析研究[1�3]。近年来研究表明,无组织、无规则排放的开放源对于环境空气中的颗粒物有很大的贡献[4�6]。由于开放源自身排放规律的特殊性,所以开放源的排放率难以测量和评估。同时,由于开放源排放属于无组织排放,所以开放源的原地采样也是十分困难的。作为一种替代方式,国外学者已开展了相关研究[7,8]。为解决开放源采样的难题。本研究研制并开发了颗粒物再悬浮采样器。1�工作原理颗粒物再悬浮采样器包括送样系统、再悬浮箱、切割器以及采样气路,其中送样系统是将已干燥、筛分好的颗粒物进行悬浮并送至再悬浮箱中和洁净空气混合,为颗粒物再悬浮采样器提供采集样品。再悬浮箱是悬浮颗粒物的容纳场所,通过顶部4个均匀分布的开口向采样器提供160L�min的洁净空气。切割器是进行分级采样的执行元件,由不同切割头来完成对PM10和PM2�5的采样。采样气路则是采样器的动力来源,通过一系列气动元件,保证切割器的流量满足准确计量20L�min。颗粒物再悬浮采样器的结构见图1。2�颗粒物再悬浮采样器应用2�1�捕集效率研究颗粒物再悬浮采样器通过切割器的不同尺寸设计对不同粒径的颗粒物进行分级采样,颗粒物再悬浮采样器的工作性能集中表现在切割器的捕集效率曲线上,捕集效率曲线与颗粒物直径是一种函数关系,捕集效率曲线描述了冲击板捕集的任一尺寸颗粒物的百分比。1�采样泵;2�总流量计;3�过滤器;4�采样气路;5�支架;6�分支流量计;7�真空表;8�采样平台;9�切割器;10�再悬浮箱;11�送样气路;12�平板;13�送样瓶;14�送样泵。图1�颗粒物再悬浮采样器结构示意图2�1�1�PM10切割器捕集效率研究用美国生产的3050型振动孔单分散相粒子发生器产生标准球形颗粒物,粒径分别为:5、7、9、13、15、17�m。将标准球形颗粒物送入捕集室,经PM10切割器进行采样,通过荧光分光光度计分析得到PM10切割器的捕集效率实验数据见表1。表1�PM10切割器平均捕集效率实验数据空气动力学直径��m捕集效率�%空气动力学直径��m捕集效率�%53.401378.90720.001588.50939.601793.401051.40��对上述试验数据进行回归分析,得到PM10切割67环�境�工�程2006年10月第24卷第5期器捕集效率的回归方程式(1)。�=-7.45-4.5621dp+1.6388d2p-0.0602d3p(1)��PM10切割器的切割粒径为9�94�m,和标准PM10切割器要求的10�m的切割粒径有一定的误差,其绝对误差为0�06�m,相对误差为0�6%,在PM10切割器切割粒径的允许范围内(d50=100�5�m)。PM10切割器的捕集颗粒物的粒径范围为4�54~17�m,表明当颗粒物的粒径<4�54�m时,所有颗粒物都绕过切割器冲击板的捕集,而最终被滤膜采集。当颗粒物的粒径>17�m时,所有颗粒物都将被切割器冲击板所捕集,滤膜上不会采集到任何颗粒物。2�1�2�PM2�5切割器捕集效率研究用美国TSI公司生产的3050型振动孔单分散相粒子发生器产生标准颗粒物,粒径分别为:1�7、2�0、2�3、2�5、2�7、3�0�m。将标准球形颗粒物送入捕集室,经PM2�5切割器进行采样,通过荧光分光光度计分析得到PM2�5切割器捕集效率实验数据见表2。表2�PM2�5切割器平均捕集效率实验数据空气动力学直径��m捕集效率�%空气动力学直径��m捕集效率�%1.714.702.551.302.020.602.777.602.340.603.092.00��对上述试验数据进行回归分析,得到PM2�5切割器捕集效率的回归方程式(2)。�=725.36-980.08dp+428.00d2p-57.195d3p(2)��PM2�5切割器的切割粒径为2�43�m,与理想PM2�5切割器所要求的2�5�m的切割粒径存在一定的差异,切割粒径绝对误差为0�07�m,相对误差为2�8%,在其允许范围内(d50=2�50�2�m)。PM2�5切割器的捕集颗粒物的粒径范围为1�78~3�21�m,表明当颗粒物的粒径<1�78�m时,所有颗粒物都绕过切割器冲击板的捕集,而最终被滤膜捕集。当颗粒物的粒径>3�21�