大气颗粒物监测仪论文

大气颗粒物监测仪论文（精选10篇）

大气颗粒物监测仪论文 第1篇

由于国内外空气质量自动监测站的发展迅速, 许多空气质量自动站工作管理人员对空气质量自动监测系统的运行、维护及管理缺乏经验, 所以很难充分地发挥出空气质量自动站的功效。TEOM大气颗粒物监测仪应用了“基于弹性质量系统的质量传感器及其测量质量的方法”专利 (专利号:200410064825.6) , 当采样气流通过滤膜, 其中的颗粒物沉积在滤膜上, 滤膜质量变化导致振荡频率变化, 通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量, 再根据采样流量、采样现场环境温度和气压计算出该时段的颗粒物标态质量浓度。我们在工作中通过反复实践和摸索, 总结出来一些有效的工作经验和操作方法供大家参考, 希望能对空气自动站的维护工作人员有所帮助。

2 仪器的结构简介

TEOM大气颗粒物监测仪由两部分组成:传感器机箱和控制机箱, 其中传感器机箱包括采样入口和质量变送单元, 控制机箱包括控制终端及电子学控制模块。如图1所示。

3 仪器操作界面

3.1 主界面

主界面显示实时测量值, 分别有30分钟值、60分钟值和24小时值, 在任意界面按“Cancel”键, 切换到主界面。

3.2 参数监控界面

参数监控界面显示当前的温度值和流量值, 方便检查仪器各项参数是否正常。任意界面按“F4”键切换到参数监控界面。

3.3 环境压力监控界面

环境压力监控界面显示当前的环境气压, 在任意界面按“F3”键切换到该界面。

3.4 时间设置界面

在时间设置界面, 按光标提示依次设置系统时间, 每个时间单位均为两位数, 如2010年, 依次按键盘“1”、“0”, 设置为“10年”;2月, 依次按“0”、“2”设置为“02月”, 设置完“分”时界面自动跳转, 无需按下“Enter”键确定输入, 如果想取消设置, 请按“Cancel”键。在任意界面按“F1”键切换到时间设置界面。

3.5 存储器管理界面

该界面显示当前存储器状态, 按“1”、“2”、“3”、“5”键可清空存储器。任意界面按“F2”键切换到存储器管理界面。

3.6 流量设置界面

3.6.1 主流量设置。

在仪器后面板上“主流量”接口上接合适量程的皂膜流量计, 调整DA值, 当皂膜流量计显示的读数即要设定的值 (1L/min或3L/min) 时, 按下“Enter”键, 记录并设置流量。其中按下“↑”键, DA值增加10DA单位;按下“↓”键, DA值减少10DA单位;按下“←”键, DA值增加100DA单位;按下“→”键, DA值减少100DA单位。在主流量界面下, 按“1”、“2”、“3”、“4”键切换到3L/min设置界面。调整DA值, 当皂膜流量计显示的读数即要设定的值 (3L/min) 时, 按下“Enter”键, 记录并设置流量。此时辅流量设置自动调整为13.7L/min。

3.6.2 辅流量设置。

任意界面按“2”、“2”、“2”、“2”, 切换到辅流量设置界面。该界面用于对旁路流量 (15.7L/min) 的设置、校准。设置方法同主流量设置。在仪器后面板上“辅流量”接口上分别接合适量程的皂膜流量计, 调整DA值, 当皂膜流量计显示的读数即要设定的值 (15.7L/min) 时, 按下“Enter”键, 记录并设置流量。

3.7 通信设置界面

依次按下“8”、“8”、“Enter”设置为8位通讯, 波特率:9600;按下“8”、“9”、“Enter”则设置为9位通讯, 波特率:9600;依次按下“9”、“8”、“Enter”设置为8位通讯, 波特率:19200;按下“9”、“9”、“Enter”则设置为9位通讯, 波特率:19200。

4 常见故障处理

4.1 传感器机箱温度故障处理

当参数显示界面上发现箱体温度、箱帽温度或气体温度任一值显示异常时, 请立即断开加热电源 (拔掉传感器机箱和控制机箱之间的2-2pin电缆线) 。

4.2 系统流量故障处理

4.2.1 主流量故障处理。

当参数显示界面上发现系统的主流量数值低于设定值 (1L/min或3L/min) 时, 请先检查主流量气路上的过滤器是否堵塞, 是的话请及时更换过滤器, 如果不是请断电检查滤膜是否堵塞, 是的话请立即更换滤膜。

4.2.2 辅流量故障处理。

当用户在参数显示界面上发现系统的辅流量数值低于设定值 (15.7L/min或13.7L/min) 时, 请先检查辅流量气路上的过滤器是否堵塞, 是的话请及时更换过滤器。

4.3 颗粒物浓度测量值显示异常的处理

当颗粒物浓度的测量值显示异常时, 请先切换液晶显示界面至参数显示界面, 观察系统的温度和流量是否正常, 如不正常, 请按照上述方法处

4.4 通讯异常处理

当和系统之间的通讯发生异常时, 请切换液晶显示界面至通讯设置界面, 观察通讯位是否设置为8位, 波特率是否设置为19200, 如果不是, 请按照通讯界面设置方法将通讯位和波特率设置正确后再试。如果通讯位和波特率均设置正确, 而通讯仍然异常, 请检查接收端的相关通讯参数是否和系统一致, 如不一致, 请设置成和系统一致。

结束语

大气颗粒物监测仪论文 第2篇

北京市交通路口大气颗粒物污染特征研究(Ⅲ)--大气颗粒物中多环芳烃污染特征

研究了北京市典型交通路口大气颗粒物中多环芳烃的.污染特征及影响因素.于6月在北京市主要交通路口之一的崇文门路口采集大气中TSP,PM10和PM2.5样品,并进行样品中ρ(PAHs)的分析及机动车流量调查.研究结果表明:机动车排放是交通路口大气颗粒物中PAHs的首要来源;多环芳烃在粒径较小的粒子中比例较高;白天ρ(PAHs)随机动车流量的增加而增加,夜晚ρ(PAHs)高于白天;污染源识别表明,交通路口大气颗粒物中的多环芳烃除主要来源于机动车尾气排放外,还有一部分来源于道路扬尘.

作 者：王玮 岳欣 陈建华 李红 刘红杰 汤大钢 WANG Wei YUE Xin CHEN Jian-hua LI Hong LIU Hong-jie TANG Da-gang 作者单位：中国环境科学研究院,北京,100012刊 名：环境科学研究 ISTIC PKU英文刊名：RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES年，卷(期)：18(2)分类号：X513关键词：颗粒物 多环芳烃 污染特征 交通路口 北京市

从太空监测大气 第3篇

仔细对比NASA用卫星在2005年8月到2008年8月问拍摄的图片，你会对北京及周边地区的红色块的急剧减少感到吃惊。要知道红色块代表的可是二氧化氮的高污染区，“稀少”的红色不由得让环境保护主义者感到兴奋。相反的是，沪宁杭地区的红色块在这3年中却是急剧扩大，当地严重的大气污染令人担忧。用卫星对大气排放所产生的变化进行监测的技术可谓相当新颖，要知道动用这个绕着地球跑步的小家伙来为人类的环境工程工作并不是件容易的事情。在这次的监测中，Aur和Terra两颗卫星获取的重要数据以及工作人员结合数据对地区模型的评估提炼是其中最为关键的步骤。

Aura和Terra所发送回地面的数据是独无二的，这对于科学家设计出准确的评估方案异常重要。因为在此前，科学家难以将“自下而上”的污染排放总量进行计算，幻想通过车辆数量或燃煤数量等污染源去推测可能造成的污染情况几乎是 项不可能完成的任务，这就像凭肉眼去数整个宇宙中有多少颗星星一样困难。卫星则轻易地完成了这个艰巨的任务，来自Auro卫星上的臭氧监测仪(OMI)以及Terra卫星上的对流层污染测量仪(MOPlTT)所提供的数据为科学家们死去的大量脑细胞给予了救赎。得到卫星所提供的这些数据之后，研究人员最终得以顺利地在数据的基础上评估并提炼出地区大气污染物排放模型，这就像在考场上的考生获得数学公式一样令人兴奋。这种模型对决策者选择治理大气污染的方式有启迪作用，对于理解综合的地球系统也意义重大。

大气颗粒物监测仪论文 第4篇

关键词：盘锦市,典型区域,颗粒物,多环芳烃分析,监测分析

1 引言

环境空气中颗粒物的组成及其成因已经成为大家关注的热点, 其危害备受大家的关注。解析颗粒物的组成, 寻找其来源, 重视其危害, 从源头上治理空气质量, 已经成为我们亟待解决的问题。大气中多环芳烃的污染备受大家的重视, 尤其是其中的苯并 (a) 芘的含量尤为重要。研究不同颗粒物中多环芳烃的含量, 为环境治理提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 点位布设及样品采集

在盘锦市辖区内按功能区设置3个典型区域, 分别为清洁区、居民区、工业区。在每个区域按1、4、7、10四个月份监测, 每月连续监测8~12d, 监测项目为环境空气TSP、PM10、PM2.53项指标, 并对PM10、PM2.5中重金属含量进行分析, 研究重金属在颗粒物中含量及富集率。

采用双通道采样器采集空气中PM10、PM2.5。以1m3/h (16.7L/min) 恒定流量抽吸空气中颗粒物进入采样器口, 颗粒物粒径的切割点为10um。气体被分成两路, 其中一路流量为15.03L/min, 采集PM10, 另一路流量为1.67L/min, 采集PM2.5。

2.2 仪器与实验条件

日本岛津LC-10ATVP高效液相色谱仪, 带有荧光检测器, 炭十八柱;

荧光检测器:激发波长为245nm, 发射波长为425nm。

流动相:流动相采用乙腈/水, 梯度淋洗, 乙腈含量60~100, 流速1.0m L/min。

2.3 样品前处理

将采集样品滤膜, 用剪刀平均剪成两半, 一半留样, 另一半剪碎, 置于5m L具塞玻璃刻度离心管中, 加入乙腈5m L, 盖好塞子;将离心管置于超声波清洗器中, 超声提取10min;取下离心管, 放进离心机中, 600r/min, 离心10min;再用针筒吸取上清液, 通过有机相微孔滤膜后, 装入样品瓶中待测。

2.4 标准样品的配制

实验用标样为16种多环芳烃混合标样, 浓度为500~501.6ug/m L, 用乙腈将多环芳烃标样稀释为500ug/m L的储备液:再用乙腈将多环芳烃标准储备液稀释为50ug/m L的标准使用液, 然后用该溶液配制3个或3个以上浓度的标准使用液。

3 结果与讨论

3.1 颗粒物 (PM10) 中多环芳烃污染状况及季节变化

盘锦市环境空气颗粒物PM10中苯并 (a) 芘年均含量为7.37ng/m3, 未超标。一年四季中以冬季污染最重, 为16.0ng/m3, 超标0.6倍;秋季次之, 为12.6ng/m3, 超标0.264倍;春、夏二季符合标准要求, 其中以春季含量最低。多环芳烃年均含量为110.7ng/m3, 苯并 (a) 芘占多环芳烃含量的6.67%。而大气PM10中苯并[a]芘、多环芳烃含量冬季明显高于春、夏2个季节, 是含量最低的春季的58倍和46倍。盘锦市大气PM10中苯并 (a) 芘、多环芳烃含量分析结果见表1。

单位:ng/m3

3.2 不同点位颗粒物 (PM10) 中多环芳烃含量比较

工业区环境空气颗粒物 (PM10) 中苯并[a]芘和多环芳烃含量分别为9.41ng/m3、135ng/m3;清洁区环境空气PM10中苯并[a]芘和多环芳烃含量分别为2.46ng/m3、41.5ng/m3, 2个点位苯并[a]芘含量均符合环境空气质量标准 (GB3095-2012) 中Ⅱ级标准要求。工业区空气颗粒物 (PM10) 中苯并[a]芘含量是清洁区3.82倍;多环芳烃含量是清洁区的3.25倍。不同点位环境空气颗粒物 (PM10) 中苯并[a]芘、多环芳烃变化情况见表2。

单位:ng/m3

3.3 多环芳烃在不同粒径颗粒物中富集特征

环境空气颗粒物 (PM2.5) 中苯并[a]芘占颗粒物 (PM10) 中的94.2%, 环境空气颗粒物 (PM2.5) 中多环芳烃含量占颗粒物 (PM10) 的91.6%。而颗粒物 (PM10) 和颗粒物 (PM2.5) 中苯并 (a) 芘分别占16种多环芳烃的6.75%和6.56%。实验结果表明:苯并[a]芘和多环芳烃主要吸附在PM2.5及以下的细小颗粒上。不同粒径颗粒物中苯并 (a) 芘、多环芳烃含量见表3。

4 结论

4.1 环境空气

颗粒物 (PM10) 和颗粒物 (PM2.5) 中多环芳烃污染春季最重, 主要由于春季多风, 地面扬尘对颗粒物贡献较大;环境空气颗粒物 (PM10) 和颗粒物 (PM2.5) 冬季污染次之, 主要因为冬季为采暖期, 燃煤锅炉排放的废气对细小颗粒贡献较大。

4.2 从功能区

看, 工业区环境空气颗粒物 (PM10) 和颗粒物 (PM2.5) 中多环芳烃污染明显高于清洁区, 因工业区区集中了电厂、炼油企业、化肥厂等企业, 这些企业是造成污染物高的主要原因。

4.3 环境空气

颗粒物 (PM10) 和颗粒物 (PM2.5) 中苯并[a]芘和多环芳烃主要吸附在PM2.5及以下的细小颗粒上。

参考文献

[1]盘锦市环境保护局.盘锦市环境质量报告书[R].2009.

[2]南开大学环境科学与工程学院.空气颗粒物源解析受体模型技术原理与应用[Z].

[3]魏复盛, 等.我国4个大城市空气PM2.5、PM10污染及其化学组成[J].中国环境监测, 2011, 17 (07) .

[4]王玮, 汤大钢, 刘红杰, 等.中国PM2.5污染状况和污染特征的研究[J].中国环境监测, 2001 (01) .

[5]辽宁省环境监测总站, 南开大学国家环境保护城市颗粒物污染防治重点实验室.辽宁省典型城市大气颗粒物来源解析及污染防治对策研究[R].2005.

大气颗粒物监测仪论文 第5篇

1、大气颗粒物PM10、PM2.5、PM1.0和PM0.1的粒度范围如何？它们分别可通过呼吸进入人体呼吸系统的哪些部位或器官？若在大气中漂浮，这些颗粒物的漂浮时间和漂浮距离分别在什么范围？ 答：（1）PM10：粒径范围在10μm或以下的细悬浮微粒。

PM2.5 ：粒径范围在2.5μm或以下的细悬浮微粒。

PM1.0粒径范围在1.0μm或以下的细悬浮微粒。

PM0.1粒径范围在0.1μm或以下的细悬浮微粒。（2）10微米以上 鼻腔

2.5~10微米 咽喉、气管

0.1~2.5微米 气管支气管

0.1微米以下 肺泡、血管

（3）PM10 局地和区域范围

PM2.5区域和大陆范围

PM1.0全球范围

PM0.1全球范围

二、大气颗粒物的2种来源分别有什么特点？请举例说明。答：

1、根据作用的主体不同，分为自然源和人为源。

人为源： 人为生产过程中产生的粉尘、沙尘，随风进入大气中；

机械破碎、研磨、爆破、矿山开采 ……

林木和农业废弃物不完全燃烧产生的烟尘；

大都市城区由光化学反应形成的烟雾。

自然源：由自然作用引起的颗粒物污染源。

随海浪飞沫产生的海盐颗粒；

大风扬起的地面沙尘。

2、自然源的特点：

(1)大尺度、大范围的面源；

(2)分布较均匀，可在较长时间内近似认为不变；

(3)随季节和地理位置变化。

人为源的特点：

(1)排放总量较自然源少，但排放量在逐渐增加，且影响越来越严重；

(2)分布区域集中（点源）——如人口密集的工业区或城市；

在特定地区排放量可超过自然源

三、大气颗粒物根据粒径、状态及来源划分，可分为哪8种？并请简单描述其特性。答：按粒径、状态及来源划分（8种）

1、粉尘（微尘、Dust）

颗粒直径：1~100μm，固体。

机械粉碎的固体微粒，风吹扬尘，风沙。

2、烟(烟气，Fume)

颗粒直径：0.01~ 1μm，固体。生成、现象：由升华、蒸馏、熔融及化学反应等产生的蒸气凝结而成的固体颗粒。

如熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。

3、灰（Ash）

颗粒直径：1 ~200 μm；物态：固体；

生成、现象：燃烧过程中产生的不燃性微粒，如煤、木材燃烧时产生的硅酸盐颗粒，粉煤燃烧时产生的飞灰等。

4、雾（Fog）

颗粒直径：2~ 200 μm ；

物态：液体；

生成、现象：水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶，水平视程小于1km。

5、霭[ǎi]（Mist）

颗粒直径：大于10 μm ； 物态：液体；

生成、现象：与雾相似，气象上规定称轻雾，水平视程在1~2km之内，使大气呈灰色。

6、霾[mái]（Haze）

颗粒直径0.1 μm左右，固体。

生成、现象：干的尘或盐粒悬浮于大气中形成，使大气混浊呈浅蓝色或微黄色。水平视程小于2km。

7、烟尘(熏烟，Smoke)包含0.01~5 μm的固体或液体。

一般为含碳物质，如煤燃烧时产生的固体碳粒、水、焦油状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物。如果煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟炭。

8、烟雾（Smog）0.001~2 μm的固体。

现泛指各种妨碍视程(能见度低于2km)的大气污染现象。光化学烟雾产生的颗粒物，粒径常小于0.5 μm使大气呈淡褐色。

四、大气颗粒物可通过哪2类方式汇集到地表来？它们各自的特性如何？ 答：大气颗粒物可通过干沉降和湿沉降的方式汇集到地表。

1、干沉降：干沉降是指颗粒物通过重力作用或与其它物体碰撞后发生沉降。

沉降机制1：一种通过重力对颗粒物的作用。沉降的速率与颗粒的粒径、密度、空气运动粘滞系数等有关。粒子的沉降速度可应用斯托克斯定律求出： v=(ρ-ρ0)gd2/ 1.8η h

其中，v表示沉降速度；g为重力加速度；d为粒子直径；ρ和ρ0分别为颗粒及空气的密度；η空气的粘度，以泊(Pa·s)表示。而且粒径和密度愈大，则沉降速率也愈大

沉降机制2：另一种是粒径小于0.lµm的颗粒，靠布朗运动扩散、互相碰撞而凝集成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而消除。

干沉降对粒径小于1m的颗粒物去除效率较高。

2、湿沉降：指降雨、下雪使颗粒物消除的过程。存在雨除和冲刷两种机制； 对粒径为4m~5 m的颗粒物去除效率较高

五、大气能见度和霾的定义。

答：

1、霾(haze)是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0km的空气普遍浑浊现象。霾使远处光亮物理微带黄、红色，使暗物体未带蓝色

2、能见度： 具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大距离

六、灰霾的影响因素有哪些？灰霾天气的几种判定标准。答：

1、物理方面：高浓度的细粒子产生的消光作用，与颗粒物粒径和数浓度相关。

化学方面：颗粒物和气态污染物联合产生的消光作用，需确认化学成分及其来源贡献。气象方面：微风或大气层结稳定、低湿度条件下出现的一种能见度降低的天气现象。

2、(1)能见度<10.0km，排除降水、沙尘暴、扬尘、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等。天气现象造成的视程障碍。相对湿度小于80%，判别为霾；相对湿度80%-95%时，按照地面气象观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识。(2)大气成分指标

当大气成分监测站以下指标超过限值时，可作为判别霾的参考依据

七、最新的国家标准《环境空气质量》（GB30950-2012）对PM10和PM2.5在一类和二类地区的限定值分别是多少？新国标对PM10和PM2.5的年平均值和日平均值（或24小时平均值）数据有效性的最低要求是什么？

答：

1、PM10在一类地区限定值为年平均40μg/m3，24小时平均50μg/m3；

在二类地区限定值为年平均70μg/m3，24小时平均150μg/m3。PM2.5在一类地区限定值为年平均15μg/m3，24小时平均35μg/m3；

在二类地区限定值为年平均35μg/m3，24小时平均75μg/m3。

2、最低要求：

年平均：每年至少有 324 个日平均浓度值，每月至少有 27 个日平均浓度值（二月至少有25个日平均浓度值）

日平均值：每日至少有 20 个小时平均浓度值或采样时间 八、二次硫酸盐生成的三种途径。

答：途径一：SO2通过气相氧化形成SO3，再与水蒸气生成硫酸，然后均相成核，最后与氨气等反应生成硫酸盐。

途径二：SO2溶解于云、雾和雨水中，再通过液相氧化成为硫酸盐。途径三：在氧化性气体作用下，SO2与颗粒表面液体反应生成硫酸盐

九、减少大气中PM2.5细颗粒物，我们可以从哪些日常生活方面做起？

答：原生性及衍生性细悬浮微粒PM2.5为人为产生，可通过以下途径控制：

1.减少抽烟、烤肉、高温油炸、拜香、燃烧稻草、煤炭、石油，少乘高污染汽车。

2.避免二手烟，适时戴口罩等

3.通勤多走路，使用脚踏车或坐公交车等大众运输系统。

4.关心高耗能、高污染产业政策，例如石化产业、炼钢产业和高科技产业。

十、纳米气溶胶颗粒物可通过哪些途径进入体内？有哪些针对性的防护或预防措施？ 答：

1、（1）通过呼吸道吸入

呼吸性吸入是人员在工作场所中暴露于纳米颗粒中最常见的途径，也是纳米颗粒进入人体最有效和量最大的途径。

（2）通过口腔、食道摄入（Ingestion）

摄入纳米颗粒主要发生在无意识地通过手喂食物到嘴里的行为过程。

（3）通过皮肤进入（Dermal Exposure）

纳米颗粒是否能通过皮肤被吸收，至今尚存在很大的分歧，还没有一致的结论。在人体角质层外表涂敷纳米TiO2（17nm），未发现有明显的穿透皮肤的现象。有研究认为，纳米颗粒可以在生产职业环境中通过皮肤进入体内。

2、针对性的防护或预防措施(1)用鼻呼吸而不是用嘴呼吸(2)经常洗手

(3)从事相关职业时,注意穿防护服、戴防护器具

十一、综合分析题

今对某大气环境进行颗粒物采样，经分析发现有以下特征：（1）粒度仪检测发现颗粒粒度多集中于1.0~5.0微米；（2）电子显微镜表征发现颗粒有团聚现象，每个颗粒一般由3个以上小粒子松散地团聚在一起形成。（3）元素分析发现颗粒主要由Fe、Si、Al、S、O等元素。请问这种颗粒属于什么样的大气颗粒物（假设分析表征过程对颗粒物的形态无影响），并请说明原因或理由：

A）PM10 or PM2.5 or PM1.0；

B）一次颗粒物

or

二次颗粒物；

C）人为源

or

自然源；

D）有机气溶胶

or 无机气溶胶；

E）干沉降可能性大

or 湿沉降可能性大；

F）若经湿沉降，对酸雨的形成(1)有贡献；(2)无贡献；

G）这种颗粒能否进入人体肺部？(1)能；(2)不能。

H）可能的影响区域大概在什么范围？（1）城市范围（数公里范围）；（2）区域范围（数十公里至数百公里）；（3）大陆范围（数百公里至数万公里）；（4）全球范围（数十万公里以上）

答：A)PM2.5 B)一次颗粒物

C)人为源自然源都有可能 D)无机气溶胶

E)湿沉降可能性更大 F)有贡献 G)能

H)大陆范围 原因：

A)PM10：粒径范围在10μm或以下的细悬浮微粒。

PM2.5 ：粒径范围在2.5μm或以下的细悬浮微粒。

PM1.0粒径范围在1.0μm或以下的细悬浮微粒。

该颗粒的粒径范围为1.0~5.0微米，与PM2.5的定义范围重叠最大，所以应为PM2.5.B）一次颗粒物:可起因于地面扬尘(风吹灰尘)，和地壳、土壤的成分很相似；

本题中叙述元素分析发现颗粒主要有Fe、Si、Al、S、O等元素，这些元素都是土壤的构成元素，因此该题目中的颗粒与一次颗粒物的叙述相似，判定为一次颗粒物。

C）该题目中的颗粒分析应来自土壤，这些颗粒可能由在人为生产过程中产生的沙尘或自然过程中大风扬起的地面沙尘，因此该颗粒物可能由人为源产生，也可能有自然源产生。D)该颗粒的主要构成元素中无C存在，因此应为无机气溶胶

大气颗粒物监测仪论文 第6篇

大同市是我国的重要能源基地之一,有“祖国的煤海”之称,化石燃料的大量燃烧导致了严重的空气污染,燃烧产物中PM10、SO2、NOx和CO等已被列入常规的环境监测。随着工业的发展也造成了大同市空气污染的加重。文针对大同市大气中PM10浓度的时间和空间分布进行了监测和分析,得到了初步的结果。试验所用仪器由瑞士苏黎士高等工业大学固体物理研究所提供。

1、仪器及原理

本实验使用瑞士苏黎士高等工业大学固体物理研究所和德国EcoChem公司合作新研制的多环芳烃监测仪(PAS-2000CE)和美国TSI公司生产的便携式颗粒物浓度自动分析仪(Dust Trak Aerosol Monitor-8 5 2 0)。P A S的原理是光电带电(Photoelectric Charge—PC和扩散带电(Diffusion Charging—DC),即利用适当能量的紫外光能使微粒表面吸附的多环芳烃的分子激发带电,带电量能反映被吸附多环芳烃的总数量,但不能给出组分信息。D u s t T r a k的测量原理是激光散射(Laser Scattering—LS),微粒在通过激光时会散射出电子,而光电子数量与颗粒物浓度成正比,仪器入口处有粒径切割装置,可使进入仪器的颗粒在10μm以下。同时,两仪器的详细工作原理见参考文献[1,2]。这套设备的最大优点是:P C可以直接显示并记录空气中亚微米颗粒上携带的多环芳烃的总质量浓度,而LS能够测定粒径小于10μm的颗粒物,也直接显示并记录其质量浓度。两者的读数时间间隔均可在5,1 0,15,3 0,60s内方便的选择。所以可以在任何时间,对任何地点进行颗粒物浓度的实时监测,并可输入计算机进行数据处理,从而了解所测量颗粒物的变化趋势,平均浓度和来源。

2、试验部分

2.1 监测地点概况及测试方案

实验于2006年7月19~22日及11月8~10日,连续三天,每天24小时不间断进行监测。污染点选在大同市中心(红旗广场)的监测点,位于环境监测站六层楼的楼顶上,距地面30m左右,相对高度约0.5m。周围环境污染主要来源于市区商业街道及机动车的排放,无其它污染源。清洁对照点选在大同郊区(果树场)监测点,具体监测点位于国控监测点的室外,距地面高度为1.5m。周围全是庄稼地,污染源主要来源于附近一户居民取暖做饭所用燃料的燃烧产物及做饭过程中产生的油烟。7月与11月监测期间大多为晴天,监测时尽量避开有风有雨天气。

2.2 监测结果讨论

非采暖期与采暖期三天的结果示于图1~4及表1~2中,其中图1~4为三天的日浓度变化图。

从表1可以看出,果树场夏冬季节PM10的质量浓度范围为0.062~3.628mg/m3,PAHs的浓度范围为1~465ng/m3;红旗广场夏冬季节PM10的质量浓度范围为0.077~8.364mg/m3,PAHs的浓度范围为1~793ng/m3。若以我国环境空气质量二级标准[3](GB3095~1996)0.15mg/m3来衡量PM10。在选取的大同市红旗广场和果树场监测点中,冬季两个采样点的PM10的超标倍数都远高于夏季两个监测点的,这说明PM10的污染水平夏季明显高于冬季,且污染点的污染水平要远高于清洁对照点的。这主要是因为在夏季,城市地面受太阳强烈辐射加热,低层大气很不稳定,城市上空产生了较强烈的局地性对流,污染物很快被扩散到高层大气中,同时夏季的局地对流性降水较多,污染物受到降水的冲刷,因此夏季的天气条件有利于污染物的稀释和扩散。相反,在冬季,特别是早晚,由于气温低,静风频率高,容易出现逆温层,污染物不易扩散,同时冬季进入采暖期,燃料消耗量大,污染物排放量多,降水又少,更加剧了大气污染。

从图1~4中可以看出在采暖期和非采暖期清洁点的PM10和PAHs的质量浓度远低于污染点。这主要是由于污染点位于市区,人为污染比较严重。由图3采暖期果树场PAHs的质量浓度接近于红旗广场的,这主要是由于在临近监测点处住着一位看门大爷,用铁炉取暖做饭,散煤燃烧不完全的排放物增多,这将会增加PAHs的浓度。这与大同市环境监测站监测的结果是一致的。

3、总结及建议

(1)实验所得PM10和PAHs浓度的时间分布大同市多年自动监测的浓度分布规律相当一致,PM10平均日值浓度均高于国家空气质量二级标准。

(2)大同市颗粒物污染比较严重,冬季大同市PM10和PAHs的污染水平明显高于夏季,这主要是由于煤烟型污染造成的。冬季燃煤量大量增加,在不利于污染物扩散稀释情况下,污染状况更加严重。

(3)PM10及PAHs的污染防治对策与建议:提高能源的燃烧效率,减少能源消耗;使用清洁的能源来减少由于工业生产和人类活动中的燃料燃烧所造成的污染排放;减少由于城市建设施工引起的扬尘污染;扩大城市绿地覆盖率,提高道路机扫率,对进入市区的机动车进行清洗,以控制并减少地面扬尘造成的二次污染;建立空气污染预警系统,在可能发生严重污染(如沙尘暴期间,秋冬季不利气象条件下等)之前,向公众发出警报。

摘要：使用三套新型便携式气悬颗粒物监测仪,分别从季节性变化和污染水平两个方面对大气中的可吸入颗粒物(PM10)与多环芳烃(PAHs)这两种污染物进行了实时监测和分析,并得到了一些初步的结论。初步结果已表明:①大同城市PM10平均日值浓度均高于国家空气质量二级标准;②大同城市空气污染采暖期最重,非采暖期较轻;一天中08时和19时左右污染严重,15时和02时左右污染较轻;③近市中心区点(红旗广场)空气污染相对重些,远离市区点(果树场)空气污染相对轻些。④影响大同城市空气污染浓度变化的主要气象因子是温度、风速和风向。

关键词：可吸入颗粒物,多环芳烃,监测,分析

参考文献

[1]Qian Zhiqiang,Constantin Siegmanm.Nano-particle air pollution in major cities and its origin[J].Atmospheric Environment,2000,34:443-451.

[2]武辉,房靖华,钱志强.室内多环芳烃及PM10的测量与分析[J].太原理工大学学报.2002,33(1):19-22

城市大气颗粒物污染治理简析 第7篇

大气颗粒物指除气体之外的所有包含在大气中的物质, 包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾, 以及液体的云雾和雾滴。粒径的分布大到200微米, 小到0.1微米。

统计数据表明, 目前我国烟尘和粉尘排放量有逐年下降的趋势, 但影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物。对于我国城市而言污染源主要为各种工业生产过程中产生的大气污染和居民燃煤污染。另外, 近年来私人轿车的数量急速增多和市政建设等都带来了严重的环境问题。

2 大气颗粒物治理措施

2.1 加强污染物排放管理的建议。

政府部门需加强大气颗粒物污染管理力度。政府部门应将大气颗粒物排放制度化, 如进行以下流程。首先, 政府需明确污染排放许可证颁发的法规和管理流程, 包括许可证申请的严格化、污染指数检测报告的准确化、许可证管理人员的考核、许可证管理机关的执法权明确化、许可证审批程序的合理化以及管理资金的流向明朗化;其次, 是在执法办事的过程中需要严格执行污染排放许可证颁发的法规和管理流程, 提高工作人员的素质以及办事效率。

2.2 城市生态环境整治建议。

城区生态环境综合整治方案的设计范围是以城市中心区的建成区为核心地域向外延伸。2.2.1水域生态工程方案。城市中的水域是唯一不起尘的地域, 而且还具有吸尘、降尘和调节城市气候的重要作用, 是城市生态平衡的重要因素。因此, 要充分利用城市地质条件, 保持并扩大现有水域面积, 同时积极开发新的水域, 提高水域覆盖率。该工程方案除了具有生态效益外, 还可考虑其经济效益, 例如建设水上训练基地或旅游渡假村等。2.2.2绿色生态工程方案。绿化是城市生态建设的另一重要组成部分。绿化可以调节气候、减少污染、净化空气、防风固沙, 是非常经济的生物防治措施, 称之为“城市肺”。中心区TSP中扬尘比例较高, 与城市绿化率不高有着密切关系。因此, 方案对绿化工程作出重点规划。绿化工程的设计思想:以林为主, 草花为辅, 建设大型防护林带和城市森林公园, 尽快形成城市森林系统, 使绿化工程最大限度地发挥环境保护和生态平衡作用;规划设计大、中、小型的以林为主, 林、草、花相间的城市立体景观系统, 使中心区内已建成地域的裸地全部绿化, 作到黄土不露天;在建地域的裸地应随建设工程的结束时间而完成绿化工程。2.2.3城市工业环境整治方案。目前, 我国许多城市内或近郊都存在一些具有一定大气污染的工厂。对于这些工厂, 我们不但需要对其工厂环境进行改造和绿化 (如上部分方案) 。还需严格按照国家相关部门的要求, 要求工厂进行废气的处理, 达到环保要求。对于大气颗粒物污染, 有以下几种控制技术:根据除尘技术原理, 可以概括为机械力除尘、过滤除尘、静电除尘和湿式除尘四种类型, 其中前三种可统称为干式除尘。2.2.3.1机械力除尘。机械力除尘是借助质量力的作用达到除尘目的的方法, 相应的除尘装置称为机械式除尘器.质量力包括重力、惯性力和离心力, 主要除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。a.重力沉降。利用颗粒污染物与气体密度不同, 使颗粒污染物在重力作用下自然沉降下来, 与气体分离的过程。重力沉降室结构简单, 造价低, 压力损失小, 便于维护, 且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集粒径较大的颗粒物, 仅对50微米以上的颗粒物具有较好的捕集作用, 因而效率低, 只能作为初级除尘手段, 主要用于高效除尘装置的前级除尘器。b.惯性除尘。利用颗粒污染物与气体在运动中惯性力不同, 使颗粒污染物从气体中分离出来的过程。通常是使气流冲击在挡板上, 气流方向发生急剧改变, 气流中的颗粒物惯性较大, 不能随气流急剧转弯, 便从气流中分离出来。c.离心除尘。利用旋转的气流所产生的离心力, 将颗粒污染物从气体中分离处理的过程。离心除尘器也称为旋风除尘器, 具有结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大、可用各种材料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体、并可直接回收干颗粒地优点。一般用来捕集5至15微米以上地颗粒物, 除尘效率可达80%左右, 是机械式除尘器中效率最高的。主要缺点是对5微米以下的细小颗粒物去除效果不理想。2.2.3.2过滤除尘。过滤除尘是使气流通过多孔滤料, 将气流中颗粒污染物截留下来, 使气体得到净化的过程, 主要有袋式除尘及颗粒层过滤除尘两种方式。a.袋滤除尘。利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法, 主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等作用机制, 依靠滤料表面来捕集颗粒污染物, 属于外部过滤。该方法除尘效率高, 一般可达99%以上, 适应极强, 能够处理不同类型的颗粒污染物, 操作弹性大, 除尘效率对入口颗粒污染物浓度及气流速度变化具有一定稳定性, 结构简单, 使用灵活, 便于回收干料, 不存在污泥处理。但袋式除尘器的应用受到滤布的耐温、耐腐蚀等操作性能的限制, 一般使用温度应低于300℃。b.颗粒层过滤除尘。通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层, 颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法, 属内部过滤方式。除尘过程中大颗粒污染物主要借助惯性力, 小于0.5微米的颗粒物主要靠滤料及被过滤下来的颗粒表面的拦截和附着作用过滤下来, 净化效率随颗粒层厚度增高而提高。颗粒层除尘器按其功能可分为单颗粒层除尘器和组合颗粒层除尘器两种。2.2.3.3静电除尘。利用高压电场产生的静电力 (库仑力) 的作用从气流中分离悬浮粒子 (尘粒或液滴) 的一种方法。静电除尘主要通过粒子荷电、沉降和清除三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为电除尘器, 工业上应用最广泛的是单区电除尘器, 即使粒子带电的电离作用与带电粒子的集尘作用在同一电场中进行。电除尘器是一种高效除尘装置, 对细微尘粒及雾状液滴捕集性能优异, 除尘效率达99%以上, 对于0.1微米以下的尘粒, 仍有较高的去除效率, 由于气流通过阻力小, 所消耗的电能通过静电力直接作用于尘粒上, 因此能耗低。处理气量大, 可应用于高温、高压场所, 广泛应用于工业除尘。电除尘器的主要缺点是设备庞大、占地面积大、一次性投资费用高。2.2.3.4湿式除尘。也称为洗涤除尘。该方法是用液体洗涤含尘气流, 使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附, 凝聚变大, 尘粒随液体排出, 气体得到净化。由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用, 因此它能净化气体中的固体颗粒物, 又能同时脱除气体中的气态有害物质, 某些洗涤器也可以单独充当吸收器使用。湿式除尘主要通过惯性碰撞、扩散、凝聚、粘附等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有喷淋塔、填料塔、泡沫塔、卧式旋风水膜除尘器、中心喷雾旋风除尘器、水浴式除尘器、射流洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器等。湿式除尘器结构简单、造价低、除尘效率高, 在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。不足是用水量大, 易产生腐蚀性液体, 产生的废液或泥浆进行处理, 并可能造成二次污染。2.2.3.5粉尘与烟气处理。粉尘和烟气主要来源于燃烧设备和工业生产工艺。对粉尘的净化控制, 主要是三类技术。对于烟气的处理技术, 主要是三种:一是洗涤吸收技术, 典型装置是烟气洗涤塔;二是吸附技术, 典型装置是过滤层净化器;三是催化处理技术, 典型装置有催化燃烧器、热催化器等。

结束语

由于城市持续高速的经济增长和污染控制的困难, 城市空气污染治理将存在一个很长时期。大气颗粒物污染是大气污染的主要方面。由于其组成、结构的复杂性, 对我们人类的健康和发展都有着重大的影响, 对城市空气和发展有着恶劣的影响, 对地球环境也有着不可忽视的影响。目前, 还存在着治理难、治理资金投入大、技术水平有限等问题。因此, 大气颗粒物污染任重而道远。通过对大气颗粒物污染的现状及污染源的简要介绍提出适合于我国城市现状的整改意见以及在工业处理方面的处理技术及处理方法。对于大气颗粒物污染治理工业治理方法有很多, 如文中所列。但每种方法都有其使用条件和使用环境, 对于不同地域和不同条件还应根据各自需求选择正确的方式方法。

责任编辑:李光旭

摘要：随着中国经济的快速增长, 不断增长的能源消耗和机动车辆加重了中国城市大气环境的负担, 城市空气污染作为一个主要的环境问题正迅速地凸现出来。从我国城市大气颗粒物污染现状、污染特点出发, 提出有效、可实施的大气颗粒物污染管理建议及措施和工业治理大气颗粒物污染的实施设备、方法及建议。

大气颗粒物的分析技术与发展 第8篇

大气污染是全球许多国家和地区面临的最重要的环境问题之一。目前人们所关心的全球性问题, 像温室效应, 臭氧层破坏, 酸雨这些也无不与大气污染有关。大气污染之所以发展成为一个问题, 首先在于人们对能源的利用, 再就是城市人口的增加。大气颗粒物主要来自于化石燃烧、矿石冶炼、机动车等污染源的直接排放和SO2、N OX、N H3、V O CS等污染物的间接转化, 并且大气颗粒物因与人类呼吸道、心血管、支气管和哮喘等疾病关系密切而受到人们越来越广泛的关注[1]。

伴随人们对大气颗粒物污染的普遍关注, 大气颗粒物的分析技术也相应发展起来, 这些技术涵盖了大气颗粒物的采集方法、颗粒物中的微量金属元素、多环芳烃、有机碳和元素碳等的测定。大气颗粒物的分析技术是准确判定颗粒物污染特性的重要一环, 通过一系列的分析方法, 人们能够更加深入地了解颗粒物的性质, 为控制大气颗粒物污染提供依据和基础材料。

2 大气颗粒物中的微量金属元素分析方法

2.1 样品的采集与前处理

采集大气颗粒物时一般使用大流量或小流量采样器捕集颗粒物, 常用的滤料有滤纸、滤膜、滤筒[2]。在测定PM10和PM2.5时, 常使用称重法、β线吸收法、光散射法、压电晶体法和振荡天平法。大气颗粒物的采集是整个分析过程的第一个环节, 在采样时应充分考虑影响分析准确度的外在因素, 如根据测试地点和季节不同采用不同的仪器校正系数, 选用不同的滤膜材质等, 从源头上建立起与采样方法同步的质量控制措施。

样品的前处理技术主要包括全消解和酸浸提。全消解包括酸消解法和碱熔法, 消解方式包括电热炉、马费炉、高压密闭消解罐、微波消解等。全消解主要用于颗粒物中无机组分的分析, 常用在电感耦合等离子体发射光谱法和原子吸收法测试前的样品处理中。其中微波消解法在大气颗粒物预处理运用最为广泛。提取法适用于颗粒物中溶解性组分及有机组分的分析, 常用在气相色谱、气相色谱-质谱等测试前的样品处理中。提取法主要包括振荡提取法、真空升华法、索式提取法、超声提取法等。

2.2 大气颗粒物中微量金属元素的分析方法

大气颗粒物中常用的金属元素的分析方法包括原子吸收法、质谱分析法和电感耦合等离子体发射光谱法。原子吸收法的灵敏度、准确度均能达到环境分析要求, 是目前应用最广泛的方法。其他分析方法还包括X射线荧光光谱法、原子荧光光谱法等, 一般根据不用的监测需求和仪器设备水平, 可选择不用的分析方法。

2.2.1 原子吸收法 (A A S)

A A S法是测定金属元素的常用方法, 因为其具有操作简便、快速、抗干扰能力强的特点。李卉颖[3]等采用原子吸收光谱法测定了PM2.5中的重金属元素, 证明该方法简单方便可靠, 测试成本较低, 适合测定PM2.5中的镉和铅。为了解太原市采暖期大气颗粒物不同粒径中重金属的污染特征及其来源, 杨弘等采用原子吸收光谱法测定了样品中Fe、Pb、C u、N i、C r、C d、M n、Zn等8种元素的含量。

2.2.2 质谱分析法 (M S)

M S包括电感耦合等离子体质谱 (IC P-M S) 、激光微探针质谱 (LM M S) 、二次离子质谱 (SIM S) 、同位素稀释质谱 (ID-M S) 等。其中IC P-M S特别适合痕量金属元素的分析, 该方法特点为检测限低、线性范围宽、干扰少, 分析精密度高、分析速度快、稳定性良好、基体影响小、自吸现象少, 且可同时测试多种金属元素。高瑞英等用IC P-M S研究了不同粒径降尘中C u、Pb、Zn、C r的形态分布。W ang C X等用该法比较了北京与荷兰代夫特两个城市不同时期大气中C u、C o、Zn、Pb、C d等元素含量的差异, 并对差异原因进行了探讨。

2.2.3 电感耦合等离子体发射光谱法 (IC P-A ES)

IC P-A ES适用于大批量样品的测定, 具有多元素同时测定、操作简单、耗样量少、准确度高等优点。姚琳等采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法及电感耦合等离子体发射光谱法测定了2010~2011年杭州市3条典型道路两侧代表四个季节的细颗粒物中22种元素的质量浓度, 并分析了其时空分布规律、特征及来源。

2.2.4 其他方法

伴随人们对大气颗粒物中重金属有害元素的组成、质量浓度和分布状况的研究日益关注, 一些新的分析方法也被应用于该领域研究中[4]。梁淑轩等建立了微波消解预处理, 氢化物发生-原子荧光光谱技术测定大气颗粒物中的重金属元素A S、C d、Pb、H g和Zn的方法, 研究了保定市不同粒径颗粒物的浓度变化和季节、时空分布特征等变化规律。

3 大气颗粒物中多环芳烃的分析方法

空气中多环芳烃 (PA H s) 的分析方法是大气颗粒物组分研究的热点之一。常用的分析方法有气相色谱-质谱 (G C-M S) 、高效液相色谱 (H PLC) 及荧光分光光度法等。

3.1 气相色谱-质谱 (GC-MS)

G C-M S是G C与M S一体化的装置, 可同时完成定性和定量测试, G C-M S法广泛用于有机物的测试[5]。孙建林等利用G C-M S方法分析了卤代多环芳烃在深圳市大气颗粒物中的含量水平, 主要分析了其季节变化规律。王真真等收集了3种农作物秸秆玉米、水稻和小麦露天燃烧排放的颗粒物样品, 并利用G C-M S方法对样品中的34种多环芳烃 (PA H s) 进行分析, 研究颗粒态多环芳烃的排放因子及可用于源解析的诊断参数。

3.2 高效液相色谱HPLC

与G C相比, H PLC所分析的化合物不受其挥发性及分子量大小的限制[6]。H PLC可分为正相H PLC和反相H PLC (R P-H PLC) , 其中R P-H PLC更为流行。H PLC成功用于PA H s分离分析始于1971年, Schm it等首次用C 18键合固定相, 反相H PLC分离测定PA H s。之后, H PLC被迅速应用到PA H s的分析中, 已成为监测PA H s最重要有效的分析方法。用于H PLC的检测器有U V、荧光、电化学及化学发光检测器, 其中荧光检测器最常用。

3.3 其它分析方法

荧光光度法、超临界流体色谱 (SFC) 、薄层色谱 (TLC) 及毛细管电泳法 (C E) 也被应用于PA H s的分析。何立芳采用恒能量同步荧光光谱法测定了大气飘尘中的苯并[a]芘。

4 大气颗粒物中有机碳与元素碳的分析方法

随着人们环境保护意识的提高, 环境保护管理力度的加大, 大气颗粒物中有机碳与元素碳O C/EC监测的重要性和必要性日趋明朗。大气中含碳物质的分析方法主要有光学分析法、热学分析法以及热光结合分析法等。王月华等利用苏州南门国控子站的碳分析数据, 对三种黑碳浓度测量方法进行对比并分析其差异来源。

刘风娴等采集了朔州市区4个采暖期和非采暖期环境空气PM 2.5样品, 利用元素分析仪测定了其中有机碳与元素碳O C/EC含量, 并对碳组分的浓度水平、时空分布特征和主要来源进行了分析。

5 小结

由于大气颗粒物中的组分很好地代表了颗粒物的来源、危害, 所以对大气颗粒物组分的研究一直是一个热点问题。在开展对大气颗粒物的研究中, 人们相应地研发了一系列对大气颗粒物的监测分析方法, 这些方法有些已经趋近成熟而被广泛利用, 有些方法仍存在不足, 需要进一步的研究。研究该领域需要以化学、环境科学和数理统计学等基础学科作为基础, 还需要运用气象、生物、材料等方面的前沿理论和研究方法。采用多种方法的联用是大气颗粒物分析的主要发展方向, 准确分析测定大气颗粒物的组分, 这对防治大气颗粒物污染意义重大。

参考文献

[1]姜郡亭, 刘琼玉.大气细颗粒物源解析技术研究进展[J].江汉大学学报 (自然科学版) , 2013.

[2]谈静, 刘琼玉, 姜郡亭, 等.大气颗粒物化学组分分析技术研究进展[J].江汉大学学报 (自然科学版) , 2014.

[3]李卉颖, 李昕馨.原子吸收光谱法测PM2.5中的镉和铅[J].沈阳大学学报 (自然科学版) , 2014.

[4]刘景泰, 王炜.HPLC-ICP/联用技术在环境有机汞分析中的应用[J].环境监测管理与技术, 2013.

[5]岳玎利, 周炎, 钟流举, 等.大气颗粒物理化特性在线监测技术[J].环境科学与技术, 2014.

大气颗粒物污染对儿童健康的影响 第9篇

关键词：大气,颗粒物,疾病,死亡,儿童

大气是人类生存最重要的环境因素之一, 但是某些不定组分的非洁净空气对人类健康产生重要的影响。目前, 大家已普遍接受“接触室外污染空气可以引起多种急性和慢性疾病”的观点, 并认为这种污染暴露轻则对人体产生轻微的生理困扰, 重则导致因呼吸道和心血管疾病引起的死亡[1,2]。这一认识是基于对人群的流行病学观测性研究, 以及对动物和人群进行的实验室研究结果[3,4]而得出。据世界卫生组织估计, 全球每年有80万人的死亡和460万的寿命损失年 (lost life years) 与城市的大气污染有关, 占全部的失能调整生命年 (DLA) 损失的5%左右。大气污染物是由诸多污染物质组成的复杂混合物, 但是目前公认的各种大气污染物中, 颗粒物与人体健康效应各终点的流行病学联系最为密切。在儿童关键发育期, 大气颗粒物污染可能对其呼吸系统的健康造成持续性危害。而儿童活泼好动的天性使他们要比成人花费更多的时间在户外活动上, 特别是夏季以及傍晚[5]。因此, 儿童比成人更容易暴露在颗粒物污染中, 从而受到侵害[6]。目前在国内、外的健康效应研究中, 更加重视大气颗粒物污染对儿童健康的危害[7,8]。

大气颗粒物暴露对儿童健康的影响除去死亡这种最严重、最易识别的不良健康效应之外, 美国的胸科协会 (ATS) 提出还应包括临床的一些症状和效应 (如门诊量增加、肺功能下降等) , 并应该重视由此带来的亚临床症状和生存质量的下降[9]。本文从儿童人体功能、儿童疾病发生、症状发生率以及死亡率等不同的健康效应终点, 多方面讨论大气颗粒物污染对儿童健康损害的影响。

1 对儿童身体功能的影响

大气颗粒物污染对儿童身体功能影响主要包括肺功能和免疫功能, 肺功能是评价空气污染对呼吸系统的影响和反映肺部疾患的早期效应指标[10,11,12]。国外很多研究都发现, 大气颗粒物污染与儿童肺功能低下或肺功能发育缓慢有关系[13], 或者改善空气质量与儿童肺功能增强有相关性[14]。1999年Marike等[7]在荷兰进行的一项有关PM10对人体最大肺活量影响的研究发现, 大气中PM10增加100 μg/m3, 会导致易感儿童最大呼气速率 (PERF) 下降10%以上的概率增加37%。胡伟等[15]通过对4个城市的城区和郊区的8 所小学生进行肺功能的队列测试和逐步回归统计分析发现, 空气颗粒物对儿童1 s用力呼气容积 (FEV1) 、用力肺活量FEV1、FVC和FEV1/FVC都有显著的不利影响, 大气悬浮颗粒物 (TSP) 对FEV1、FVC有较强的交互影响作用, 而PM10与PM2.5对儿童肺功能的交互作用较弱, 并提示燃煤会加重空气颗粒物污染, 特别是粒径大的颗粒物对儿童肺功能的不利影响。高红霞等[16]对唐山市学龄儿童肺通气功能的多因素分析结果显示, 大气颗粒物污染可导致大气道的功能下降, 同时室内和室外空气污染因素的共同作用致使反应小气道功能的明显降低。

反映儿童免疫功能改变的指标有SIgA、唾液溶菌酶、IgE, IgB, IgG, 血清补体等[17,18]。席淑华等[19]对某市随机抽取的300名小学生进行了免疫功能的测定, 发现重污染区儿童唾液中SIgA (72.25 IU/mL) 显著低于轻污染区儿童 (91.86 IU/mL) , 大气颗粒物污染对儿童非特异性免疫功能的影响与年龄、接触污染物的时间和浓度有明显的正相关关系。国外的一些流行病学调查[20]发现, 工业化国家空气污染严重的地区过敏性疾病的患病率升高, 同时发现悬浮颗粒物可以使大鼠IgE抗体的产生增加, 人体鼻腔灌洗液中总IgE和特异性IgE的水平升高。Polosa[21]认为, 随着城市化的进程和交通运输的发展, 由汽车尾气带来的交通污染是过敏性疾病的主要危险因素, 由汽车排出的颗粒物污染可以介导过敏性炎症、增强IgE应答和提高气道的超敏反应。大气污染还可使儿童机体免疫监视功能低下, 导致机体对感染其他疾病的抵抗力降低。长期生活在颗粒物污染环境中的儿童在未出现临床症状前, 机体免疫功能已有不同程度的降低。

2 对儿童疾病发生的影响

国内研究显示, TSP能够使起某些呼吸系统疾病 (慢性阻塞性肺病 (COPD) 、肺炎、支气管炎、细支气管炎、慢性支气管炎) 发生的危险性增加, 在不同地区均得出了阳性结论[22,23,24]。国外此类研究也得出了一些阳性结论, 如Manfred等[25]对维也纳城市和农村的研究显示, 大气中PM2.5增加10 μg/ m3, 呼吸系统疾病的发病率增加5.5%～5.6%和9.9%～10.5%。但对TSP能否引起哮喘发生的危险度增加还没有定论, 在检索到的相关国内文献[22,23,24]并不支持此观点。尽管2002年美国纽约进行的一项研究[26]显示, 在调整了社会经济条件的影响之后, 居住于繁忙交通线200 m内的儿童罹患哮喘的危险度比值比为1.93 (95%CI:1.13～3.29) , 但是尚没有确切证据说明这是由于大气颗粒物暴露引起的。而且这类研究大多也使用了生态学研究的方法, 自然污染区与对照区浓度的差异也是影响结果的因素之一[24]。

尽管大气颗粒物暴露对疾病发生的研究结果以阳性结论为主, 但是Matthew等[27]通过对加利福尼亚儿童哮喘发病率与CO, PM10, NO2, O3等各种大气污染物的时间序列分析发现, 1～18岁的儿童哮喘发病仅与CO浓度相关, 而与大气颗粒物暴露 (PM10) 无关, 这可能与研究对象的选择偏倚、所研究地区的颗粒物污染水平较低等因素有关, 具体原因还有待进一步研究。

3 对儿童身体症状发生率的影响

呼吸是大气中颗粒物和其他有害物质进入人体的主要途径之一, 呼吸系统是大气污染物直接作用的靶器官。大气污染刺激产生的症状主要以呼吸系统症状为主, 包括持续咳嗽、咳痰、喘鸣音、哮喘发作、呼吸困难等;也有部分研究以嗅觉减退、鼻部症状等一些非特异性症状作为健康效应指标。Gwynn[28]调查了489名50～70岁的成年人呼吸系统健康与大气污染的关系, 指出对成年人而言, 颗粒物污染只与先前具有呼吸系统症状的那部分人有关。因此, 对这一健康效应终点人们尤其重视对儿童的研究, 通过对涉及TSP与各症状出现率的研究结果汇总, 发现对咳嗽、咳痰的研究最多, 而且无论研究地区污染程度如何 (污染区最高污染浓度为1 020 μg/m3, 最低浓度为260 μg/m3;对照区最高污染浓度为590 μg/m3, 最低浓度为124 μg/m3) , 得出的结论无异。大多数的研究[29,30,31]认为, TSP污染能够引起咳嗽患病率增加。

对症状影响研究资料的收集多采用美国胸科医师协会 (American Thoracic Society, ATS) 国际公认的调查表, 由被调查者或其监护人填写。由于通过问卷获得的症状信息明显带有被调查者的主观意向, 所以对问卷所获得的信息是否真实可靠, 能否直接用于分析尚需要考证。

4 对儿童死亡率的影响

对于儿童来说生命的终结无疑是一件最为严重的事情。不幸的是, 近年来的研究发现, 较高的大气颗粒物污染水平与婴幼儿的死亡率升高存在显著的相关, 特别是与出生28 d之后的婴幼儿因呼吸系统疾病导致的死亡率关联尤为紧密[32,33]。这些研究所在区域的大气颗粒物污染情况较为严重。相比之下, 在污染较轻的美国, 学者研究发现, 除呼吸系统疾病导致的死亡外, 婴儿猝死综合征 (SIDS) 也是导致初生28 d之后婴幼儿死亡的重要原因[34]。但是在加拿大进行的一项研究则显示, 婴儿猝死综合征与NO2和SO2的短期暴露而不是颗粒物暴露相关[35]。这些研究的结果不同, 说明要阐明大气颗粒物污染与儿童死亡之间的关系还需要进一步的研究[36,37]。然而大气颗粒物污染对儿童死亡的影响集中于出生满28 d以后的婴幼儿阶段, 且呼吸系统疾病是一项引起死亡的重要原因, 是以往研究的一个重要的相似之处。Tracey等[38]还进一步发现, 出生时体重偏低或是患有支气管肺发育不良 (BPD) 的婴幼儿死亡与颗粒物污染关系更为紧密, 提示在不良大气环境下所应进行的防护重点。

人们对大气颗粒物污染导致的儿童或成人死亡的研究还大都集中在PM10上。不过最近一段时间不少研究认为可能直径更小的大气颗粒物PM2.5与死亡的健康效应的关联更为紧密[39,40], 因为PM2.5主要来源于汽车尾气、木柴燃烧等燃烧过程不全而不是地壳机械颗粒, 使其毒性更大[41]。

在大气颗粒物污染引起的儿童死亡过程中, 气象因素也可能起到了相当大的促进或制约作用。新德里的一项研究[42]就关注了温度与颗粒物对儿童死亡关系的影响, 研究清楚显示了儿童死亡率的季节性波动与气温等环境因素的关系, 特别是在冬季, 儿童死亡率受到极低气温与高浓度TSP暴露的双重影响, 这一现象在全人群或其他年龄组居民死亡率与颗粒物暴露的研究中均未发现[43,44]。说明了大气颗粒物暴露与儿童健康效应终点之间关系的复杂性, 今后的研究只有充分考虑到各种混杂因素的影响, 才能逐步揭示出两者之间关系的真实面目与内在机理。

大气颗粒物监测仪论文 第10篇

工业生产、汽车尾气及自然作用产生的大量微粒影响着大气环境[1],尤其是气溶胶粒子(指悬浮于大气中的固体或液体颗粒物),粒径主要分布在10-3~102μm,对人类生存环境和健康产生了严重的影响。研究表明,许多大气颗粒物如煤烟、汽车尾气等通常是由大量单体粒子凝聚形成具有复杂形态结构的凝聚体,而凝聚体的形态结构又会影响到颗粒物的其他性质特征,如考虑颗粒物在人体呼吸道或肺部的沉积行为时,颗粒物的形态结构会影响粒子的沉积因子、沉积速度等,从而影响颗粒物在人体中的沉积部位;又如考虑颗粒物的病理学特性时,因凝聚体相比单体粒子具有更大的比表面积,能吸附更多有毒物质,对人体健康的危害更复杂[1�5]。因此,研究凝聚体聚集机理及其与形态结构的内在关系,具有十分重要的理论意义。

自1983年Witten和Sander首先提出扩散凝聚模型(Diffusion-limited Aggregation,DLA)以来,已有许多研究者以DLA模型为基础,发展出适用各种物理化学过程的粒子凝聚模型,并取得了大量的理论研究成果[6�15]。但考虑风力作用下大气颗粒物的凝聚生长行为模型甚少。本文以粒子浓度扩散方程为基础,建立包括纯扩散作用的粒子运动学一般方程,结合Monte Carlo随机模拟方法,对风力作用下大气颗粒物凝聚生长过程进行模拟。

1 方法

1.1 粒子凝聚运动学方程

为简化分析,将问题放在二维空间下加以讨论。如图1所示,在晶格原点上置一初始粒子作为凝聚核,然后从释放圆周边界释放另一个粒子,按照一定运动规则行走直至运动到凝聚核最邻近的的位置便停止运动,即凝聚。此时平面上就有了两个粒子,然后再释放第二个粒子,随机行走到凝聚核粒子和第一个粒子的邻近即停下来,如此不断进行下去,最后形成一个凝聚体。

该模型的非局域参量的空间相关性满足具有变动边界条件的拉普拉斯(Laplace)方程,在引入外力场作用后(电场、重力场、风力作用及范德尔华力势等)的粒子浓度扩散方程为:

式中,D是粒子的扩散系数;Vx和Vy分别是x和y方向的对流速度;m为空气的动力粘度;Ex和Ey分别是x和y方向的外力场;方程(1)中的前两项为扩散项,第三、四项为x,y方向的对流项,即风力作用;最后两项为外力场。为方便模拟,定义如下无量纲参量:

式(2)中L为特征长度,c0为大气颗粒浓度。将式(1)两边同除L2/(Dc0),则得到对流,外力场的无量纲粒子浓度扩散方程:

考虑纯扩散情形,二维空间条件下方程式(3)简化为拉普拉斯方程:

令d X=d X=△,式(4)的离散形式表示为:

将式(7)、(8)代人式(4)得:

设粒子由点(X+1,Y)运动至点(X,Y)的概率为PX+1,Y,粒子由点(X-1,Y)运动至点(X,Y)的概率为PX-1,Y,粒子由点(X,Y+1)运动至点(X,Y)的概率为PX,Y+1,粒子由点(X,Y-1)运动至点(X,Y)的概率为PX,Y-1。

据文献[7,8]的讨论结果,粒子的浓度与粒子运动的概率关系表示为:

比较式(9)和式(10),容易得到纯扩散作用下,粒子在晶格中运动概率为:

同理,考虑风力作用和外力场后,只要将式(5)�(8)代人式(3),即可得到;

类似于纯扩散情形分析法,式(12)中各方向浓度系数即为粒子在晶格中运动概率:

注意到,对纯扩散情形时,有Vx=0,Vy=0,Mx=0,My=0,式(13)(16)退化为式(10),因此,可认为式(13)(16)为大气颗粒物凝聚生长过程中粒子运动一般方程。

1.2 模拟算法

基于DLA模型的大气颗粒物凝聚生长过程模拟算法可描述为:

1)根据所模拟凝聚体大小,设定正方形晶格大小及凝聚体最大粒子数n_max;

2)将凝聚核置于晶格中心点;

3)设定粒子释放圆周Rl和粒子逃逸半径RK;

4)在圆周Rl上随机产生粒子运动的初始坐标,即:

5)依据粒子凝聚过程运动方程,运动到下一个位置,并判断粒子邻近8各晶格点是否存在粒子,若存在,则粒子凝聚,否则粒子继续运行,直到粒子凝聚或运动至逃逸半径RK的外边界,再回到步骤4)产生新的粒子。

算法流程图如图2所示。

2 模拟结果与讨论

现用以上模拟模型对大气颗粒物凝聚过程进行模拟,基本模拟参数取为:凝聚体最大粒子数目为4000个,特征长度L为1,粒子运动步长△为1。首先考虑纯扩散情形的粒子凝聚过程,由式(11)的结果可知,粒子在二维空间的四个方向的运动概率相等。图3给出了纯扩散情形凝聚体的形态结构演化过程。由图3可知,绝大多数的粒子凝聚在集团的尖端附近且在尖端的生长速度较快,而在“平坦”处生长较慢或不生长,在“沟槽”中出现了疏松的结构,这与经典文献[6]中的模拟结果十分吻合。同时,也观察到粒子数目对凝聚体生长有一定影响。当粒子数目小于1000左右时,凝聚体表现为较均匀生长,但随着粒子数的增多,凝聚体均匀生长遭到破坏,逐渐演化为非均匀生长,在凝聚体中可观察到1到2个分叉枝状结构生长较快,其他分叉枝状结构生长较慢。

现考察风力作用对凝聚体形态结构的影响,取Vy=0,Mx=0,My=0,值从0到2000,凝聚体粒子数为4000个。图4为不同风力作用下的凝聚体形态结构。

从图4中可以看出,VX对凝聚体的形态结构影响显著。当VX增大到0.1时,凝聚体出现了非对称生长行为,迎风侧的分叉枝状结构生长较快,这表明水平风力对凝聚体生长的影响开始显现;当VX继续增至0.1时,粒子主要在迎风侧生长,背风侧凝聚的粒子数目很少;当VX增大到5时,未观察到背风侧有粒子凝聚现象,这说明粒子的凝聚行为完全受水平风力主导,粒子的布朗扩散凝聚作用很弱;当VX增大到20以后,凝聚体被限制在某一区域生长,且结构较为紧密。

为定量描述VX对凝聚体的形态结构的影响,引入“生长角度”概念,其定义如图5所示。由于凝聚行为具有随机性,在相同模拟条件下获得的凝聚体形态结构会存在差异,凝聚体的生长角度也会有所不同。为了准确反映对VX对凝聚体生长角度的影响,在相同模拟条件进行20次重复模拟,然后对模拟结果作统计平均。VX对凝聚体生长角度的变化情况如图6所示。

从图6可观察到,当对流速度VX<0.05时,凝聚体生长角度基本保持不变且接近于2π,这表明此时的外加风力对粒子的凝聚过程的影响甚微;当对流速度VX>0.05时,凝聚体的生长角度随着对流速度值的增加呈现递减趋势,但当对流速度VX增大至20以后,凝聚体的生长角度就不再随对流速度VX值变化,始终保持在π/6左右,这表明在此情形下,粒子的布朗扩散运动对粒子的凝聚影响可忽略。根据VX对生长角度的影响关系,可将粒子的凝聚过程分为纯扩散凝聚、扩散和风力共同作用凝聚以及风力凝聚三种形式。根据上述讨论的结果,可以发现颗粒凝聚体的形态结构与其凝聚过程中所处环境有着必然的联系,由此我们可通过采集大气颗粒物的样本,分析其形态结构,从中获得有关大气颗粒来源、形成时的外部环境等有用信息,为寻求有效的大气颗粒物防治手段等研究提供有益帮助。

3 结论

1)在DLA模型的基础上,考虑粒子凝聚过程风力和外加场的作用,建立了描述粒子凝聚生长过程模型,并利用VC++语言编制了计算机模拟软件,在普通微机上实现了粒子凝聚过程的演示,得到了粒子凝聚生长过程中各阶段的图像。

2)在纯扩散作用下,凝聚体粒子数目对凝聚体生长过程有一定影响,小规模粒子数目时,凝聚体表现为均匀生长模式,但随着粒子数目的增加,凝聚体生长逐渐演化为非均匀生长。

3)风力作用对凝聚体形态结构影响显著,当VX<0.05时,VX对凝聚体形态结构无明显影响;当VX由0.05增至20时,VX对凝聚体形态结构影响显著,生长角度随VX的增大由2π减小至π/6,但当VX>20以后,VX增大对凝聚体形态结构影响消失,生长角度保持在π/6左右。

摘要：在扩散限制凝聚(DLA)模型的基础上,考虑风力作用对大气颗粒物凝聚生长过程的影响,建立了关于风力作用下大气颗粒物凝聚生长模拟模型。在VC++6.0下成功实现了大气颗粒物凝聚生长的模拟,并对结果进行了分析和讨论。实验表明,模拟方法能在普通微机上较好实现大气颗粒物凝聚生长过程的模拟,能动态观察大气颗粒物凝聚生长过程,实时性较好。