气态污染源范文（精选5篇）
气态污染源 第1篇
采样品采集作为固定污染源废气监测[1]工作中得首要环节,其准确与否是影响监测结果的主要因素,也是质量控制的主要内容。在《固定污染源废气 气态总磷的测定 喹钼柠酮容量法(暂行)》(HJ 545-2009)中,对样品采集有明确的规定:在采样器和吸收瓶中间连接一缓冲瓶,内置150 mL水;串联两个吸收瓶,吸收液各为20 mL溴化硝酸;以0.5 L/min的流量采集,采样时间为(10～20 min)。按照此法对某黄磷企业对其电炉尾气进行采样,吸收效率小于90%,不能满足吸收效率要求[2]。
为了提高气态总磷采样的吸收效率,笔者在该黄磷企业以不同的吸收液体积、不同的采样流量及不同的采样时间对其电炉尾气进行监测比较分析,试图找出一个可行的采样条件。
1试验部分
1.1仪器和试剂
KB-6C大气采样器采样器,试剂均为使用符合国家标准的分析纯试剂,实验用水均无二氧化碳水。
1.2试验方法
按照《固定污染源废气 气态总磷的测定 喹钼柠酮容量法(暂行)》(HJ 545-2009)中分析步骤进行测定。
2结果与讨论
2.1吸收液体积的比较
选择50 mL的冲击式吸收瓶,在串联两吸收瓶[3]后增加一个,串联三个,分别内置20 mL、30 mL 和40 mL溴化硝酸,以0.3 L/min 的流量采集10 min,第一个吸收瓶中均有黄色固体物质析出,析出的黄色固体物质的量随着吸收液体积的增加而减少。将上述条件下采得的样品按标准方法分析后分别计算吸收效率。根据试验结果,确定吸收效率超高90%的吸收液体积。试验结果见表1。
从表1试验结果可以得出,吸收相同量废气时,当吸收液的体积越大,采样的吸收效率越高,当吸收液体积为20 mL时吸收效率不能满足要求,当吸收液体积为30 mL时吸收效率刚好满足其要求。当吸收液体积为40 mL时能确保吸收效率超高90%,满足要求。
当吸收液体积为20 mL时,黄色固体物质较多,在样品消解过程中难以将大量的黄色物质全部溶解,导致最终的测定结果和吸收效率都偏低;当吸收液体积为40 mL时,黄色固体物质较少,在样品消解过程中能将少量的黄色物质全部溶解,最终的测定结果和吸收效率都较高。
2.2采样流量及采集时间的比较
根据2.1试验结果,选定吸收液体积为40 mL,分别以0.3 L/min和0.5 L/min的流量,以5 min、10 min、15 min的时间进行样品采集,分别计算吸收效率。试验结果见表2。
根据表2试验结果可以得出,当采集流量为0.3 L/min,采样时间为5～15 min时,采样吸收效率均大于90%,可得到最佳的吸收效率。
当采样流量为0.3 L/min,采样时间为5～15 min时,采样吸收效率均大于90%,能够满足采样要求;当采样流量为0.5 L/min,采样时间为5 min时,采样吸收效率大于90%,能够满足采样要求,当采样流量为0.5 L/min,采样时间为10～15 min时,采样吸收效率均小于90%,不能够满足采样要求。
3结语
通过对四川某黄磷生产企业电炉尾气中气态总磷监测,采用不同的吸收液体积、不同的采样流量及不同的采样时间得出的监测数据进行比较分析,得出当串联两个吸收瓶,各瓶吸收液体积≥40 mL,流量≤0.3 L/min,采样时间≤15 min,对黄磷生产企业电炉尾气进行采样,能够满足采样吸收效率的要求。
摘要：通过对四川某黄磷生产企业电炉尾气中气态总磷监测,采用不同的吸收液体积、不同的采样流量及不同的采样时间得出的监测数据进行分析,找出了一个可行的采样条件,能够得到较为理想的采样吸收效率。
关键词：固定污染源,气态总磷,采样条件
参考文献
[1]国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2003.
[2]HJ/T373-2007,固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范(试行)[S].
矿业城市气态污染物控制的技术方法 第2篇
1 吸收法
1.1 吸收法的基本原理
利用吸收剂把混合气体中的一种或多种组分有选择地吸收分离过程即吸收。有其吸收作用的物质即吸收剂, 被吸收的组分为吸收质, 吸收操作得到的液体即吸收液或溶液, 剩余的气体即吸收尾气。吸收法净化气态污染物是利用混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同, 把有害组分从气流中分离。此法是分离、净化气体棍合物重要的方法之一, 被广泛运用于净化含SO2、NO2、HF、HCl等废气。按其吸收过程中出现化学变化与否, 把吸收分为物理吸收和化学吸收。因其化学反应增大了吸收的传质系数和吸收推动力, 加大了吸收速率, 所以, 处理废气流量大、成分复杂、吸收组分浓度低的废气时, 用物理吸收很难实现排放标准, 一般采用化学吸收。
1.2 吸收剂
1.2.1 经常采用的吸收剂
水是主要的吸收剂, 用水吸收能除去废气中的SO2、HF、NH3、HCl及煤气中的CO2等。碱金属和碱土金属的盐类、钱盐等属于碱性吸收剂, 由于它能与SO2、HF、HCl、NO, 等气体发生化学反应, 吸收能力就大大增强。硫酸、硝酸等属于酸性吸收剂, 能用以吸收SO3、NO2等。
1.2.2 吸收剂的选择
选择吸收剂的基本要求是:吸收容量大;选择性高;饱和蒸气压低;适合的沸点;黏度小, 热稳定性较高, 腐蚀性小, 成本低。
选择吸收剂应按吸收剂的特点权衡利弊, 有的吸收剂尽管具有较好的性能, 但不容易得到或价格昂贵, 使用不经济。有的吸收剂虽然吸收能力强, 吸收容量大, 但不容易再生, 因此, 在选择时一定要慎重。
1.2.3 常用吸收设备
常用的吸收设备主要有表面吸收器、鼓泡式吸收器和喷洒式吸收器分大类。
2 吸附法
2.1 吸附法基本原理
1) 物理吸附。吸附剂和吸附质之间不出现化学反应;吸附过程较快, 参与吸附的各相之间能很快达到平衡;物理吸附是个放热过程, 吸附热较小, 等于被吸附气体的升华热;吸附过程可逆, 无选择性。
2) 化学吸附。吸附剂和吸附质之间出现化学反应, 并在吸附剂表面生成一种化合物;化学吸附过程进行缓漫, 需较长时间才能实现平衡;化学吸附也是个放热过程, 但吸附热比物理吸附热要大得多, 等于化学反应热;具有选择性, 一般不可逆的。在实际吸附中, 物理吸附和化学吸附一般同时发生, 低温时是物理吸附, 高温时是化学吸附。
2.2 吸附法
吸附法净化矿区气态污染物的优点是:净化效率高;能回收有用组分;设备简单, 流程短, 易于自动控制;无腐蚀性, 不可能导致二次污染。使用吸附法净化的气态污染物主要有:低浓度的SO2烟气、NOx、H2S、含氟废气、酸雾、含铅、含汞的废气、沥青烟及碳氢化合物等。
2.3 吸附剂
吸附剂的种类很多, 一般分为无机和有机吸附剂, 天然和合成吸附剂。天然矿产品如活性白土和硅藻土等经过适当的加工, 就能形成多空结构, 可直接作为吸附剂使用。合成无机材料吸附剂主要有活性炭、活胜炭纤维、硅胶、活性氧化铝及合成沸石分子筛等。近些年研制的多种大孔吸附树脂, 与活胜炭相比, 它有其选择性好、性能稳定、可以再生等优点。
吸附刑的选择。有大的比表面积和孔隙率;选择性要好, 对混合气体的分离有利;有一定的粒度、较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性;大的吸附容量, 容易再生;来源广泛, 价格较低。
3 催化转化法
3.1 催化转化法的基本原理
催化转化法是运用催化剂的催化作用把废气中的有害物质转化成各种无害的物质的方法。如硝酸尾气中的NOX, 能在铜铬催化作用下使之转化成无害的N2;冶炼尾气中的SO2, 能在钒催化剂作用下转化成SO3, 以回收利用。
催化燃烧实质上一种催化转化的特殊分支, 它利用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。
3.2 催化剂及性能
催化剂能改变化学反应速度, 在反应结束时时它本身的量和化学组成没有大的改变的物质。催化剂的活性是它对特定反应的, 对反应速度影响愈大的催化剂, 活性就越高。
1) 催化剂组成。废气净化中通常采用固体催化剂, 它由活性物质、助催化剂和载体组成。活性物质是决定催化剂有无活性的关键组分, 通常以该组分的名称命名催化剂。铂一般单独使用或与其他贵金属联合使用作活性物质, 铂的催化活性高, 又具有化学惰性和稳定的耐高温性能。以贱金属作活性物质的主要是元素周期表中的过渡金属及其氮化物。一般在这些金属中选择几种金属合制成一种多活性组分催化剂。载体是催化活性物质的分散剂、黏合剂和支持物, 载体可提高催化剂的机械强度和热稳定性。载体结构有片粒状和蜂窝状。片粒状载体包括棒状、蜂窝状、球状、圆柱状及其他挤压成型的形式。蜂窝状结构因压力损失小, 对热冲击适应性很强, 很有发展前途。
2) 催化剂的选择。对催化剂的要求是有极高的净化效率, 使用过程中不出现二次污染;有较高的机械强度;有较高的耐热性和热稳定性;抗毒性强, 具有较长的寿命;化学稳定性好、选择性高。
3.3 催化反应器
催化转化法净化气态污染物采用的气固催化反应器有固定床反应器和流化床反应器。两种反映器相比, 具有反应速率快;催化剂用量较少;操作简单, 不易磨损。
参考文献
[1]曹培等.铸造车间树脂砂有害气体祛除的研究.铸造设备研究, 2008.
[2]孙发群.石化装置有机废气处理.石油化工安全环保技术, 2010.
[3]曹培等.铸造车间空气净化装置的研究.铸造, 2009.
[4]徐克.有机废气治理的探讨.机电安全, 2001.
气态污染源 第3篇
大气观测研究表明, 燃煤过程排放的SO2、NOx等前体物对重污染天气细颗粒中的SO42-、NO3-等关键组分具有重要贡献[4,5,6]。但是, 现有研究对中小燃煤锅炉实际排放的测量和分析仍然较少, 目前的排放清单对NOx等污染物排放测算的不确定性仍然较大[7,8], 特别是对不同工况和治理条件下的排放特征缺乏实测数据支持。因此, 本研究选取了7台负荷在2-10t/h的典型中小燃煤锅炉, 开展了SO2、NOx、CO等气态污染物排放实测, 旨在获取中小燃煤锅炉气态污染物基础排放因子为摸清大气污染源排放状况、诊断大气污染来源、提出大气污染防治对策提供基础研究支撑。
表1测试锅炉主要参数
1 材料与方法
1.1 测试对象
为掌握中小燃煤锅炉的排放特征, 本研究选取了7台在用的工业用燃煤锅炉开展测量, 额定热功率分别在2-10t之间, 炉龄分别在?~年, 炉型均为层燃式机械炉排, 表1所示为测试锅炉的具体参数。其中, 锅炉1和锅炉2分别测量了烟气治理装置的进出口, 以比较烟气治理前后的污染物排放水平。
1.2 燃煤质量
测试过程中选用的燃煤均为锅炉实际使用的市售煤炭, 表2所示为各锅炉所用燃煤主要的工业和元素分析结果。由表可见, 测试燃煤的灰分差别较大, 在12.07-24.82%之间, 硫含量相对较低, 在0.41-1.09%之间, 其他组分和热值基本相近。
表2燃煤的工业和元素分析结果
1.3 测试方法
利用烟气分析仪 (Testo 350) 在线测量烟气中的SO2、NOx、CO等气态污染物浓度, 同步测量CO2、O2含量以及烟温和流量等指标, 用以监控锅炉的烟气状态。
利用便携式黑碳分析仪 (AE42) 在线测量烟气中的黑碳气溶胶浓度, 结合烟气中的CO、CO2等碳组分浓度以及燃煤中的碳含量, 采用碳平衡法计算获得各锅炉的污染物排放因子, 即假定燃煤中的碳含量在燃烧过程中分别以气态和颗粒态的形式排出, 则可根据烟气中的气态和颗粒态碳组分含量推算燃煤量[9,10]。式 (1) 所示为燃煤量的计算方法。
式中, FC为单位小时燃煤量 (以干燥基计) , 单位为kg·h-1;CCO2、CCO CHC、Ccarbon分别为烟气中的CO2、CO、气态碳氢化合物以及颗粒中的碳组分浓度 (以碳计) , 单位均为mg C·m-3, 其中, 燃煤烟气中气态碳氢化合物相对较少, 假定为0, 由于未测量颗粒中的含碳组分浓度, 本研究采用黑碳仪测得的黑碳气溶胶浓度代替;Cfuel为燃煤中的碳组分含量, 单位为%;Q为烟气在标准状态下的流量, 可根据实测流量和烟气温度折算获得, 单位为m3·h-1。
排放因子为消耗单位质量干基燃料所排放污染物的质量, 单位为g·kg-1, 计算方法如式 (2) 所示。
2 结果与讨论
2.1 烟气基本参数测量
各锅炉测点的有效测量时间约在0.27-4.17h之间, 测试过程中各锅炉基本处于中高负荷状态, 其中, 锅炉2还测试了闷烧阶段的排放。表3所示为各锅炉测点的烟气基本参数测量结果。由表可见, 实测锅炉中, 额定热功率为4t的锅炉的平均燃煤量为223.4 kg·h-1 (不包括闷烧状态) , 10t锅炉的平均燃煤量为1636.1kg·h-1, 2t锅炉的平均燃煤量为155.0kg·h-1。装有湿式脱硫除尘装置的锅炉 (锅炉1、锅炉2、锅炉3、锅炉6和锅炉7) 出口位置的烟气温度平均为64.7℃, 而装有多管旋风装置的锅炉 (锅炉4和锅炉5) 出口位置烟气温度平均为139.0℃, 与锅炉1和锅炉2除尘装置进口测点的烟温接近。过剩空气系数可用于评价锅炉的燃烧状态, 实测锅炉中超过半数的过剩空气系数高达5以上, 将近理想过剩空气系数的3倍左右, 表明较多在用锅炉的燃烧条件缺乏维护保养, 燃烧条件总体较差, 易造成不完全燃烧和烟气热损失, 既不利于环保, 又不利于节能。锅炉2在闷烧状态下, 过剩空气系数可高达14.82, 炉内燃烧条件明显恶化, 此时燃煤量仅为63.4kg·h-1, 仅为正常燃烧时的23%。
2.2 浓度测量结果
表4所示为各测点实测的气态污染物平均浓度。其中, SO2和NOx
232科技视界Science&Technology Vision
浓度根据实测的过剩空气系数进行折算, 与上海市地方标准DB31387-2007《锅炉大气污染物排放标准》进行比较。通过比较可以发现, 实测锅炉的SO2平均浓度全部超过在用锅炉的浓度限值 (400mg·Nm-3) , 最高达到限值的3.6倍。NOx浓度相对较低, 均处于标准限值范围内。可见, 尽管我国燃煤烟气脱硫工程已开展多年, 但在缺乏有效的环境监管的情况下, 中小燃煤锅炉SO2排放的超标现象仍然十分突出。
锅炉烟气污染物排放与其燃烧状态密切相关, 图1所示为实测锅炉出口烟气污染物浓度与过剩空气系数的相关关系。由图可见, CO浓度与过剩空气系数呈显著的正相关关系, 过剩空气系数越高, 炉内不完全燃烧情况越突出, CO浓度越高;SO2和NOx浓度与过剩空气系数呈负相关。SO2的产生一方面取决于燃煤中的硫含量, 由于各锅炉燃煤的硫含量以及脱硫除尘装置SO2的去除效率对各不相同, 其相关关系显得较为离散。相对而言, NOx浓度与过剩空气系数的相关性更高, 相关系数可达0.95, 中小锅炉燃煤的NOx生成以燃料型NOx为主[11], 主要取决于燃煤中的氮含量和燃烧的完全程度, 各锅炉燃煤的氮含量接近, 且治理装置基本不对NOx造成影响, 因此其相关性相对较高。
2.3 排放因子实测结果
表5所示为各锅炉测量点实测的SO2、CO、NOx和CO2排放因子。由表可见, 实测锅炉SO2排放因子在7.42-20.83g·kg-1之间;正常使用状态下CO排放因子在0.38-17.59g·kg-1之间, 闷烧时CO排放因子可高达52.47 g·kg-1;NOx排放因子在1.81-2.73g·kg-1之间;CO2排放因子在2164.9-2562.6g·kg-1之间。
SO2排放水平与燃煤的硫含量密切相关, 通常采用物料衡算方法可估算锅炉的SO2排放因子, 如式 (3) 所示。
式中, EFSO2为SO2的排放因子, 单位为g·kg-1;S为煤炭的含硫率, 单位为%;Cs为硫的转化率, 根据本研究实测结果取95%;η为治理装置的脱硫效率, 由于大部分锅炉的治理装置未知, 暂取脱硫效率为0%, 假定为治理装置进口。
图2所示为各锅炉实测的SO2排放因子与物料衡算结果的比较。由图可见, 物料衡算方法与实测结果基本相近, 说明通过燃煤的硫含量计算获得SO2排放因子的准确性相对较高。但是, 通过比较也可发现, 实测中小燃煤锅炉的SO2治理效率十分低下。锅炉1和锅炉2实测的治理装置进出口两端SO2排放因子比较可以发现, 锅炉1的SO2治理效率仅在15%左右, 而锅炉2基本无任何治理效果。物料衡算的治理前SO2排放因子也与各锅炉治理后的排放水平接近, 各锅炉均未体现出显著的SO2治理效果。
CO排放因子与燃料属性基本不相关, 而与锅炉的燃烧状态密切相关。图3所示为各锅炉实测排放因子与过剩空气系数的相关关系。由图可见, CO排放因子与过剩空气系数的相关关系可达0.98, 优化锅炉的燃烧状态有助于降低CO排放水平。
NOx排放因子的不确定性相对较小, 各锅炉的NOx平均排放因子为2.16±0.29 g·kg-1左右。NOx排放因子的物料衡算方法如式 (4) 所示。
式中, EFNOx为NOx的排放因子, 单位为g·kg-1;N为煤炭的含氮率, 单位为%;CN为氮的转化率。实测锅炉的N已知, 利用物料衡算方法可推算得到的N的转化率平均仅为4.3±2.0%, 这也是各锅炉NOx实测浓度普遍较低的主要原因。
CO2排放因子的不确定性也相对较小, 各锅炉的CO2平均排放因子为2406.5±115.2g·kg-1左右。若按照式 (5) 所示的物料衡算方法计算, 各锅炉CO2平均排放因子为2386.7±165.6g·kg-1, 与实测结果基本一致, 如图4所示。
式中, EFCO2为CO2的排放因子, 单位为g·kg-1;C为煤炭的含碳率, 单位为%。
2.4 实测排放因子与相关参考文献的比较
排放因子是建立大气污染物排放清单的关键参数, 对于排放清单的准确性具有至关重要的作用。现有的排放清单研究中, SO2和CO2排放因子大多采用物料衡算方法计算所得, 不确定性相对较小, 但是, CO和NOx排放仍然存在较大的不确定性。图5所示为实测CO和NOx排放因子 (未包括闷烧阶段) 与参考文献引用因子的比较。由图5 (a) 可见, 本研究实测的CO排放因子与王丽涛等[12]选用的排放因子相比偏低, 且实测CO排放因子的离散程度较大。实测的NOx排放水平普遍低于过去研究引用的排放因子[13,14,15,16]。其中, 仅孙庆贺等列举的排放因子与本研究实测结果较为接近。总体而言, 现有的排放清单研究选用的排放系数总体偏高, 对CO和NOx排放均有可能存在高估, 应当给予足够的重视。
3 结论
(1) 实测了7台在用的2~10t中小燃煤锅炉SO2、CO、NOx以及CO2排放因子, SO2排放因子在7.42-20.83g·kg-1之间;正常使用状态下CO排放因子在0.38-17.59g·kg-1之间, 闷烧时CO排放因子可高达52.47 g·kg-1;NOx排放因子在1.81-2.73g·kg-1之间;CO2排放因子在2164.9-2562.6 g·kg-1之间。
(2) 实测锅炉的SO2浓度均存在超标现象, 最高达到标准限值的
3.6 倍。
通过比较发现, 实测锅炉的治理装置对SO2排放基本没有去除效果, 若采用理想化的脱硫效率计算, 对中小燃煤锅炉的SO2排放极有可能存在低估。
(3) 实测结果与物料衡算方法比较发现, 物料衡算方法计算的SO2和CO2排放因子与实测结果的一致性较好, 采用物料衡算方法的不确定性较小。CO排放主要取决于锅炉燃烧的完全程度, 与过剩空气系数呈显著的正相关关系。各锅炉的NOx排放因子测试结果离散度较小, 与燃料中氮的燃烧转化率密切相关, 实测锅炉的氮转化率平均为4.3±
2.0%。
(4) 与实测的CO和NOx排放因子相比, 现有的排放清单研究中引用的排放因子普遍偏高, 可能导致现有清单中对工业分散燃煤CO和NOx排放的高估。S
【参考文献】
Science&Technology Vision科技视界23
摘要：本研究选取了一定数量负荷在2-10t/h的典型中小燃煤锅炉。通过开展SO2、NOx、CO、CO2等气态污染物排放实测, 获取了中小燃煤锅炉气态污染物基础排放因子的实测结果。通过与现有的排放清单研究方法比较, SO2和CO2排放因子大多采用物料衡算方法计算所得, 不确定性相对较小, 但是, CO和NOx排放仍然存在较大的不确定性。
气态污染源 第4篇
仪器最低检出限是环境空气自动监测中常用的技术指标, 在环境空气自动监测过程中, 常常会遇到气态污染物的浓度接近0或出现负值的情况, 按《环境空气质量自动监测技术规范》 (HJ/T 193-2005) 的规定, 此时污染物的浓度记为仪器最低检出限的一半。2013年8月1日正式实施的《环境空气气态污染物 (SO2、NO2、O3、CO) 连续自动监测系统安装验收技术规范》 (HJ 193-2013) (以下简称《验收规范》) 附表A1中对仪器的最低检出限提出了要求, 并规定了仪器最低检出限的计算方法, 但计算过程不够完善。
2 仪器最低检出限的定义
分析仪器在微量元素的检测过程中存在着与噪音相区别的小信号检出问题, 同时也存在分析方法能可靠测定元素最低含量的界限问题。这两个概念有着本质的不同, 但在实际应用中又有其相互联系。前者是指仪器最低检出限, 是指仪器本身的检出能力, 与信噪比有关的指标。而后者是方法检出限, 是分析方法测量的最低下限, 反应了分析方法检出灵敏度。在实际应用中, 仪器最低检出限、方法检出限及测定限的概念经常出现混乱[2]。
《验收规范》未对最低检出限作出定义, 根据EPA或其他组织对最低检出限的定义, 最低检出限为使仪器产生的信号等于两倍噪声时对应的最低污染物浓度[3]。它是反映测量仪器信噪比和检出灵敏度的指标。
3 实际测量仪器最低检出限的意义
在日常的监测工作中, 我们不会轻信仪器制造商宣称的重现性和准确度, 我们通过不同方式的QC检查来确定精密度和系统误差, 因为我们知道这些数据质量指标的好坏与设备的操作维护方式有关。但是, 在仪器的检出限问题上, 我们倾向于相信仪器商提供的关于仪器灵敏度的信息, 在实际工作中将仪器商说明书中的检出限作为该仪器的检出限。
随着环保工作的不断深入, 环境空气中的二氧化硫等污染物浓度呈现下降趋势。例如, 苏州2013年的二氧化硫浓度仅为10.8ppb, 全年有3%的浓度小于2ppb。因此, 对低浓度污染物进行定量就显得非常重要, 这就要求监测点位具备对低浓度污染物的监测能力。使用仪器商推荐的最低检出限可作为采购仪器时的参考, 在监测网络中, 不能将之作为默认的最低检出限。
仪器商提供的最低检出限是在理想的条件下测量的, 因而可认为该值是可达到的最佳的检出限。在实际工作中, 由于环境条件 (温度、气压、湿度、污染物) 、设备 (校准、稀释装置、采样管路、标准气体) 以及操作方式的不同, 都可能引入额外的噪声, 因而, 重新确定仪器的检出限, 评估其是否符合相关规范的要求就非常重要。
4《验收规范》规定的测试方法
2013年8月1日正式实施的《验收规范》规定了仪器最低检出限的测定方法, 具体测定过程如下。
待监测系统运行稳定后, 将零点标准气体通入分析仪器, 每2min记录该时间段数据的平均值ri (记为i个数据) , 获得至少25个数据。按公式 (1) 计算所取得数据的标准偏差S0, 即为该分析仪器的零点噪声。
式中:S0为分析仪器零点噪声, ppb (ppm) ;珋r分析仪器测量值的平均值, ppb (ppm) ;ri为分析仪器第i次测量值, ppb (ppm) ;i为记录数据的序号 (i=1~n) ;n为记录数据的总个数 (n≥25) 。
按公式 (2) 计算分析仪器最低检出限RDL:
式中:RDL为分析仪器最低检出限, ppb (ppm) 。
5 存在的不足
《验收规范》未对最低检出限这一术语作定义, 根据测定过程可知, 其将两倍的噪声作为分析仪的最低检出限。而根据EPA或其他组织对最低检出限的定义, 最低检出限为使仪器产生的信号等于两倍噪声时对应的最低污染物浓度。由定义可知, 仪器的最低检出限为一定浓度的标准气体通入连续自动监测设备, 设备产生的信号等于两倍噪声时对应的标准气体浓度, 而不是将两倍的噪声作为检出限。因为仪器的检出限不仅跟仪器的噪声有关, 还与信噪比和检出灵敏度相关。有些分析仪器由于灵敏度较差, 虽然噪声较小, 但仪器的检出限还是较高。显然《验收规范》中最低检出限的计算过程存在不足。
6 仪器最低检出限测定方法的改进
6.1 标准气体和设备
6.1.1 低浓度的标准气体
由于低浓度的标准气体有效期较短, 且使用也不是太频繁, 建议各地级市或省购买低浓度的混合标准气体 (25ppmCO, 1.0ppmSO2, 1.0ppmNO) 钢瓶, 在测试检出限时各下属监测单位共享。
6.1.2 动态校准仪
源气路质量流量控制器0~20mL/min, 稀释气路质量流量控制器0~10L/min或0~20L/min, 在测试前, 需用通过计量部门认证过的标准流量计对质量流量控制器的流量进行检查。若监测单位无0~20mL/min源气路质量流量控制器, 也可用0~100mL/min质量流量控制器, 虽然在日常工作中, 气体质量流量控制器 (通常0~100mL/min) 不能在量程10%以下使用, 但相关实验表明, 气体质量流量控制器在满量程10%以下工作时仍能可靠使用, 但流量需经确认[4]。
6.2 测定步骤
(1) 零点噪声的测定, 方法同上, 零点噪声记为S0。
(2) 零点的测量, 向分析仪通入零气, 待分析仪稳定后记录零点, 记为BZ。
(3) 产生一定浓度的标准气体, 待仪器稳定后记录读数, 记为BL, 改变标准气体的浓度, 直至BL-BZ=2S0。此时对应的标准气体浓度即为仪器的最低检出限, 记为RDL。
(4) 若测定检出限的目的仅为验证仪器是否达到《验收规范》中的要求, 则产生与《验收规范》中要求的检出限相同的浓度, 仪器稳定后记录读数, 记为BL, BL-BZ大于等于2S0则通过验收[5]。
7 结语
仪器最低检出限是重要的技术指标, 厂商说明书中列出的仪器最低检出限是在理想条件下测定, 在实际工作中, 由于环境条件等的变化, 都会引入额外的噪声, 因而与实际仪器最低检出限存在较大差异。只有正确掌握环境空气自动监测设备仪器最低检出限的测定过程, 才能科学地评估仪器的性能。
参考文献
[1]HJ193-2013, 《环境空气气态污染物 (SO2、NO2、O3、CO) 连续自动监测系统安装验收技术规范》.
[2]许文, 仪器检出限和方法检出限[J].地质实验室, 1993, 9 (4) :244~248.
[3]USEPA.Technical Assistance Document (TAD) for Precursor Gas Measurements in the NCore Multi-pollutant Monitoring Network[R].EPA-454/R-05-003.September 2005.
[4]Method Detection Limits-Who Needs Them!...One Mans Opinion.QA EYE.www.epa.gov.
气态污染源 第5篇
大家所熟知的理想气态方程计算瓦斯压强简便易行, 但其计算结果与实际有一定的偏差, 因此, 理想气态方程问世以来, 世界上许多物理学家都致力于对理想气态方程进行修正的研究, 并在理想气态方程的基础上建立了多种气态方程, 如德国物理学家克劳修斯 (1822-1888年) 建立了克劳修斯方程, 荷兰物理学家范德瓦耳斯 (1837-1923年) 建立了范氏气态方程, 新中国工程师王子佳在2009年又建立了引力压强方程和体积压强方程。本文将在前人对理想气态方程修正研究成果的起点上, 采用引进修正系数法, 对理想气态方程进行修正, 并通过实例计算, 对修正的理想气态方程进行了验证。然后, 说明了修正的理想气态方程和几种气态方程的联系。
2、修正的理想气态方程
2.1 理想气态方程
理想气态方程可写为
2.2 修正的理想气态方程
采用引进修正系数法对理想气态方程进行修正, 是在 (1) 式的右边乘以一个修正系数n (n﹥0) 就可以了。
修正的理想气态方程为
2.3 修正的理想气态方程的验证
因为著名的范氏气态方程适应的温度和压强的范围比较大, 人们也通常是应用范氏气态方程来计算瓦斯的压强, 所以, 修正的理想气态方程计算瓦斯压强结果的准确性, 是以范氏气态方程计算的结果作参照。
例1:一个容积V为2m3的容器, 贮存的瓦斯量N为25108mol, 瓦斯温度T=300K, 试用修正的理想气态方程和范氏气态方程来计算瓦斯的压强。
解:把题给数据带入 (3) 式计算得
修正系数n=1
修正的理想气态方程计算的瓦斯压强P修理为由计算结果可见, P修理等于P范, 所以, P修理准确。
例2:一个容积V为2m3的容器, 贮存的瓦斯量N为10000mol, 瓦斯温度T=300K, 试用修正的理想气态方程和范氏气态方程来计算瓦斯的压强。
解:把题给数据带入 (3) 式计算得
修正系数n=0.81577
修正的理想气态方程计算的瓦斯压强P修理为
范氏气态方程计算的瓦斯压强P范为P范
由计算结果可见, P修理等于P范, 所以, P修理准确。
例3:一个容积V为2m3的容器, 贮存的瓦斯量N为30000mol, 瓦斯温度T=300K, 试用修正的理想气态方程和范氏气态方程来计算瓦斯的压强。
解:把题给数据带入 (3) 式计算得
修正系数n=1.387446
修正的理想气态方程计算的瓦斯压强P修理为
由计算结果可见, P修理等于P范, 所以, P修理准确。
由上述可见, 修正的理想气态方程计算的瓦斯压强与著名的范氏气态方程计算的瓦斯压强相等, 这就说明了修正的理想气态方程是正确的。
2、和几种气态方程的联系
修正的理想气态方程和几种气态方程的联系, 是通过修正系数n来体现的。由上述可见, 修正系数n有3种情况:
(1) n=1 (见例1) ; (2) n﹤1 (见例2) ; (3) n﹥1 (见例3)
(1) 在n=1的情况下, 显而易见, 修正的理想气态方程实质上就是理想气态方程。
(2) 在n﹤1的情况下, 修正的理想气态方程实质上是什么气态方程呢?先看下面算例:
例4:试用引力压强方程来计算例2中的瓦斯压强, 并与修正的理想气态方程计算的瓦斯压强P修理比较。
解:引力压强系数由下式确定
式中:K——引力压强系数, 0≤K<1;
其余符号意义同前。
把例2的数据带入 (4) 式解得
引力压强系数K=0.40637
引力压强方程计算的瓦斯压强PK为
由计算的结果可见, Pk与例2计算得的P修理相等, 这并不是偶然的, 而是存在着必然联系的, 下面进行分析说明。
(3) 在n﹥1的情况下, 修正的理想气态方程实质上是什么气体方程呢?先看下面算例:
例5:试用体积压强方程来计算例3中的瓦斯压强, 并与修正的理想气态方程计算的瓦斯压强P修理比较。
解:体积压强系数由下式确定
由计算结果可见, Pf与例3计算得的P修理相等。这不是偶然的, 而是存在着必然联系的, 用例4的同样方法可以说明, 在n﹥1时, 修正的理想气态方程实质上就是体积压强方程。所以, 二者计算瓦斯压强的结果相同。
综上所述可得结论:
(1) 在n=1的情况下, 修正的理想气态方程实质上就是理想气态方程。
(2) 在n﹤1的情况下, 修正的理想气态方程实质上就是引力压强方程, 只是形式上的不同。
(3) 在n﹥1的情况下, 修正的理想气态方程实质上就是体积压强方程, 只是形式上的不同。
(4) 在n=1, n﹤1, n﹥1, 3种情况同时存在的情况下, 修正的理想气态方程实质上就是范式气态方程。
参考文献
[1]王子佳.一道瓦斯研究课题的两种解法[J].中国科技博览.2009 (24) .
[2]王子佳.瓦斯研究史上的两个新定律[J].硅谷.2009 (21) .
[3]王子佳.瓦斯分子引力压强特征和对应的气态方程[J].教育与探索.2009 (9) .
[4]王子佳.几种常见的气态方程及适用条件[J].科学之友.2009 (30) .
[5]汤文辉、张若棋.物理方程理论及计算概论 (第二版) [M].高等教育出版社.2008.