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ZDA-ZXFCY型顆粒物再懸浮采樣器研制意義

一、總論

日前，中國(guó)的大氣污染控制自2000年以來已由從SO2、NOx和TSP控制轉(zhuǎn)向PM10控制，并將逐漸轉(zhuǎn)向控制PM2.5，同時(shí)，國(guó)家環(huán)?？偩忠蟓h(huán)境空氣中顆粒物達(dá)標(biāo)的城市從直轄市、省會(huì)和單列市等45個(gè)重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)城市擴(kuò)展到300個(gè)，并于2014年下發(fā)文件《關(guān)于*階段大氣顆粒物來源解析研究工作的通知》，其宗旨目的在于全面啟動(dòng)大氣顆粒物來源解析研究工作，并將此做為全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的日常工作，尤其對(duì)超標(biāo)的城市和地區(qū)要定期開展大氣顆粒物源解析工作。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究采集樣品的均勻性；研究懸浮箱顆粒物分布的均勻性；研究換膜的簡(jiǎn)便性；自主開發(fā)大氣顆粒物再懸浮采樣器。

我國(guó)從70 年代初期開始重視對(duì)顆粒物污染的研究與控制, 許多城市都相繼開展了大氣顆粒物源解析研究。近年來研究表明, 無組織、無規(guī)則排放的開放源對(duì)于環(huán)境空氣中的顆粒物有很大的影響。由于開放源自身排放規(guī)律的特殊性, 所以開放源的排放率難以測(cè)量和評(píng)估。同時(shí), 由于開放源排放屬于無組織排放, 所以開放源的原地采樣也是十分困難的。作為一種替代方式, 國(guó)外學(xué)者已開展了相關(guān)研究。但對(duì)于開放源的研究，目前面臨的首要難題是開放源樣品的采集和分離。本項(xiàng)目主要針對(duì)開放源樣品的再次均勻懸浮和均勻采集做出了研究方法和設(shè)備。

項(xiàng)目完成單位為陜西正大環(huán)?？萍加邢薰?，協(xié)作單位有南開大學(xué)、西安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站。

本項(xiàng)目研究年限 2014-2015 年，經(jīng)過前期調(diào)研、實(shí)施方案論證、項(xiàng)目實(shí)施、階段進(jìn)展匯報(bào)研討、研究成果征求意見、組織簽定等階段。

項(xiàng)目背景

據(jù)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)資料表明， 中國(guó)大氣顆粒物的污染問題十分嚴(yán)峻，目前已經(jīng)上升為環(huán)境空氣質(zhì)量的首要影響因素，特別是細(xì)微大氣顆粒物對(duì)人體的危害相當(dāng)嚴(yán)重，因此，對(duì)大氣顆粒物進(jìn)行相關(guān)的研究和控制十分必要。來源解析顯示無組織排放源對(duì)大氣 PM2.5 的貢獻(xiàn)約5%～40%。對(duì)于土壤風(fēng)沙塵、道路揚(yáng)塵、建筑揚(yáng)塵、工業(yè)粉塵等無組織排放源，因其排放面大、強(qiáng)度低、受周邊環(huán)境干擾強(qiáng)，故實(shí)地采樣往往難以獲得具有代表性的樣品，而目前的篩分技術(shù)也很難得到PM10 和 PM2.5 乃至粒徑更小的顆粒物，即對(duì)開放源顆粒物進(jìn)行采集和分離是當(dāng)前研究開放源面臨的首要難題。 為解決這一問題，陜西正大環(huán)保協(xié)同西安建筑科技大學(xué)和南開大學(xué)共同開發(fā)研制了一款新型ZDA-ZXFCY型顆粒物再懸浮采樣器。ZDA-ZXFCY型采樣系統(tǒng)包括送樣系統(tǒng)、再懸浮箱、切割器以及采樣氣路，整個(gè)系統(tǒng)采用自動(dòng)化控制，通過可控氣動(dòng)元件，提供滿足切割器準(zhǔn)確計(jì)量要求的流量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)采樣過程自動(dòng)化控制。該采樣系統(tǒng)可模擬污染源樣品進(jìn)入環(huán)境中的過程，完成對(duì)開放源樣品的采樣，便于進(jìn)行相關(guān)化學(xué)分析，同時(shí)可以對(duì)粉末樣品進(jìn)行PM10和PM2.5等不同粒徑的切割采樣，采樣模塊可滿足源譜分析要求，設(shè)備符合《環(huán)境空氣顆粒物源解析監(jiān)測(cè)方法指南（試行）》中要求，并獲得了實(shí)用新型(1.一種顆粒物再懸浮采樣裝置，號(hào)：ZL201420201188.1；2.一種旋緊式換濾膜裝置，號(hào)：ZL201520190636.7；3.一種顆粒物再懸浮箱，號(hào)：ZL201520227447.2)。該顆粒物再懸浮裝置具有良好的采樣平行性和穩(wěn)定性，能夠?qū)Ω髋欧旁刺卣鬟M(jìn)行有效區(qū)分，具有較高的采樣效率，且操作簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)，對(duì)無組織排放源譜分析具有很高實(shí)用價(jià)值。

二、我國(guó)顆粒物采樣器目前的研究狀況

對(duì)于開放源的樣品，其多數(shù)為粉末樣品。而對(duì)于粉末樣品，國(guó)內(nèi)多數(shù)采用巴柯粒度分級(jí)器進(jìn)行粒度分割。但是由于我國(guó)生產(chǎn)的巴柯分級(jí)器的切割粒徑并不是按照環(huán)境空氣管理要求設(shè)計(jì)的，所以在使用過程中存在極大的不便并且存在較大的誤差，切割效率較低，分級(jí)時(shí)間較長(zhǎng)，工作性能不穩(wěn)定。在我國(guó)，開放源所排放的顆粒物樣品采集有三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)尚未解決：

1、樣品如何采集；

2、樣品采集后如何分離出1um、2.5um、10um或者以下的顆粒物；

3、采集的樣品不適合當(dāng)前的分析技術(shù)。

這三個(gè)問題成了當(dāng)前開展顆粒物源解析工作的主要障礙，因此一種能夠方便、有效地采集和分離顆粒物的裝置顯得尤為重要。

三、大氣顆粒物PM2.5近年變化趨勢(shì)

大氣顆粒物是大氣的重要組成部分，給環(huán)境、氣候以及人體健康帶來很大的威脅；顆粒物尤其是粒徑在10um以下的顆粒物（如PM10、PM2.5等）可通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體肺部，增加呼吸系統(tǒng)的發(fā)病率，甚至影響心肺功能。

近幾年隨著國(guó)家各項(xiàng)政策的出臺(tái)，各大燃煤工廠通過加裝脫硫脫硝系統(tǒng)裝置后，空氣中PM2.5的含量明顯有所降低；然而，近幾年中國(guó)的霧霾天卻成了困擾中國(guó)十幾億人口的難題，霧霾中含有的PM2.5卻導(dǎo)致人們呼吸系統(tǒng)疾病一路飆升。在中國(guó)，源解析工作才剛剛開始，后續(xù)還有更大的難題擺在我們面前，有專家表示，并非每個(gè)城市都必須做源解析，目前我國(guó)主要是燃煤、工業(yè)生產(chǎn)、揚(yáng)塵和機(jī)動(dòng)車4種主要來源。對(duì)于有些城市來說，即使不做源解析，也可以很清楚地知道主要問題出在哪兒。但對(duì)于有些城市即使污染源較為清楚，也需要做源解析，比如對(duì)京津冀來說，削減燃煤很重要，不過，問題在于削減哪種燃煤，是老電廠煤改氣，還是散煤削減，這*不一樣。而對(duì)于一些減排已達(dá)到一定程度的城市來說，則更需用源解析的工具來尋找污染的“元兇”， 通過不同燃煤、揚(yáng)塵等的*特征物，追溯到具體的污染來源。

四、項(xiàng)目解決的問題

大氣中PM2.5含量降低的同時(shí)，霧霾天以及PM2.5中所含的成分所導(dǎo)致的呼吸系統(tǒng)疾病以及癌癥病發(fā)率卻呈增加趨勢(shì)，其原因是我國(guó)環(huán)保事業(yè)起步晚，而且源解析工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、嚴(yán)峻的工作，在短短的幾年時(shí)間里要想*搞好源解析工作那是不可能的?，F(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)對(duì)源解析工作引起了足夠的重視，相關(guān)法律、政策也在不斷的出臺(tái)，但是源解析工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，并非一朝一夕就能做好。

本項(xiàng)目重點(diǎn)研究大氣顆粒物再懸浮采樣器懸浮箱顆粒物分布均勻性；采樣器采集樣品的均勻性；自主開發(fā)顆粒物再懸浮采樣器。