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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大氣顆粒物來源解析研究工作，并將此做為全國環(huán)境監(jiān)測站的日常工作，尤其對超標(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；研究換膜的簡便性；自主開發(fā)大氣顆粒物再懸浮采樣器。

我國從70 年代初期開始重視對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量和評估。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, 國外學(xué)者已開展了相關(guān)研究。但對于開放源的研究，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)保科技有限公司，協(xié)作單位有南開大學(xué)、西安市環(huán)境監(jiān)測站。

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)我國環(huán)境監(jiān)測資料表明， 中國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)微大氣顆粒物對人體的危害相當(dāng)嚴(yán)重，因此，對大氣顆粒物進(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大氣 PM2.5 的貢獻(xiàn)約5%～40%。對于土壤風(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)采用自動化控制，通過可控氣動元件，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：ZL201420201188.1；2.一種旋緊式換濾膜裝置，號：ZL201520190636.7；3.一種顆粒物再懸浮箱，號：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，且操作簡便經(jīng)濟(jì)，對無組織排放源譜分析具有很高實(shí)用價(jià)值。

二、我國顆粒物采樣器目前的研究狀況

對于開放源的樣品，其多數(shù)為粉末樣品。而對于粉末樣品，國內(nèi)多數(shù)采用巴柯粒度分級器進(jìn)行粒度分割。但是由于我國生產(chǎn)的巴柯分級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，分級時(shí)間較長，工作性能不穩(wěn)定。在我國，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

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。

近幾年隨著國家各項(xiàng)政策的出臺，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，近幾年中國的霧霾天卻成了困擾中國十幾億人口的難題，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，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，目前我國主要是燃煤、工業(yè)生產(chǎn)、揚(yáng)塵和機(jī)動車4種主要來源。對于有些城市來說，即使不做源解析，也可以很清楚地知道主要問題出在哪兒。但對于有些城市即使污染源較為清楚，也需要做源解析，比如對京津冀來說，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，其原因是我國環(huán)保事業(yè)起步晚，而且源解析工作是一項(xiàng)長期的、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)在我國已經(jīng)對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，但是源解析工作是一項(xiàng)長期的工作，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。