基于一種濕式除霾設(shè)備除霾效果的大氣監(jiān)測誤差研究

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（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州 450001）

基于一種濕式除霾設(shè)備除霾效果的大氣監(jiān)測誤差研究

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（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州 450001）

本文在分析一種濕式除霾設(shè)備除霾效果的基礎(chǔ)上，探討大氣監(jiān)測的誤差成因及解決方法。該實驗采用TH-150系列大氣采樣器采集PM2.5、PM10、TSP，測量設(shè)備工作前后大氣中這三種指標(biāo)的變化情況。針對實驗過程中測量各項指標(biāo)時不同實驗條件下的結(jié)果，分析造成誤差的原因。

大氣監(jiān)測；PM2.5；誤差

環(huán)境監(jiān)測是通過對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢［1］。該實驗通過制備一種霧化除霾設(shè)備，通過測量工作前后環(huán)境中PM2.5含量的變化來研究設(shè)備的效果。而PM2.5的采集則采用大氣采樣器。在測量PM2.5含量的過程中，受各方面因素的影響，如采樣環(huán)境、采樣方式、作業(yè)人員經(jīng)驗、分析方法等，這些因素會造成誤差增大［2］。因此，要分析成因并找到解決方法。

1 實驗簡介

1.1 設(shè)備簡介

本裝置為一個以超聲波霧化器為核心的液滴噴淋裝置。目前，PM2.5、PM10及TSP等顆粒物的去除還沒有特別有效、科學(xué)的方法，因此，也是通過噴淋水滴的方式，將顆粒物與水滴結(jié)合，從而使顆粒物沉降下來，其工藝原理類似于灑水車，但通過將液滴霧化，其結(jié)合效果會更好。裝置外部為正方形柱形，在四壁上部開有若干密集小孔，內(nèi)部有電磁閥、霧化池、超聲波振蕩器、風(fēng)機、液位傳感器、51單片機、（蓄電池）、外部電源線、變壓器、塑膠水管等。其中，外部電源線與變壓器相連為單片機及繼電器供電，將單片機與液位傳感器、變壓器相連。

單片機通過檢測置于儲液桶內(nèi)壁的液位傳感器的狀態(tài)來控制電磁閥的工作狀態(tài)，接通及斷開供水管道，進而控制霧化池中的水量，并控制超聲波振蕩器的開閉。霧化池中的水量控制在一定范圍內(nèi)，超聲波振蕩器位于霧化池內(nèi)，通過超聲波震蕩的方式對霧化池內(nèi)儲存的水進行霧化。霧化好的水霧由上方的風(fēng)機經(jīng)小孔將液滴吹出，從而達到預(yù)期效果。

1.2 檢測方法

1.2.1 濾膜的前處理。將干凈的濾膜放入玻璃干燥塔內(nèi)，在常溫下干燥24h后稱初重，編號備用。

1.2.2 采樣頭的安裝。PM2.5采樣頭由風(fēng)罩、入口欄座、濾膜壓蓋、濾膜、網(wǎng)板、密封墊及濾膜托座七個部件組成。將密封墊放入濾膜托座的內(nèi)環(huán)中，再將網(wǎng)板錐形面向上放在密封墊上，然后取一片準(zhǔn)備好的干凈濾膜以毛面向上放在網(wǎng)板上，最后蓋上濾膜壓蓋。開箱時，風(fēng)罩和入口欄座已經(jīng)安裝好了。通過螺紋可將上述步驟所述部件組裝在一起，形成完整的采樣頭。采樣頭通過切割器連桿和儀器連接。需要注意的是：采樣頭與采樣器連接前，請取下采樣器頂端采樣孔上的防塵蓋。采樣完成后，請務(wù)必將防塵蓋蓋在采樣孔上，以免灰塵進入抽氣泵，對其造成不必要的損壞，影響其使用壽命。

表1 PM2.5源強測量情況

1.2.3 采樣。設(shè)置好采樣儀器上的各參數(shù)。通常，開啟采樣的方式有自動和手動兩種。但無論運用何種方式采樣，都應(yīng)在采樣前將溫度探頭拉出，以確保溫度測量的準(zhǔn)確性。采樣后，再將溫度探頭推進去，以便儀器的存放。

1.2.4 濾膜稱重。采樣后的濾膜必須按采樣前的控制條件處理后再次稱重，兩次稱重之差除以采樣體積，具體計算公式為：

式（1）中：m表示阻留在濾膜上的總懸浮顆粒物的質(zhì)量，mg；q表示標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣流量，mg/m3；t表示采樣時間，min；該公式計算出的結(jié)果即為大氣中總懸浮顆粒在該測點的含量，mg/m3。

2 誤差分析

2.1 采樣過程中的誤差

2.1.1 采樣器放置地點單一導(dǎo)致的誤差。由于本實驗旨在研究設(shè)備噴淋后短時間內(nèi)各指標(biāo)的變化情況，所以采用方法的是點燃香煙或煙頭后進行一個小時的采樣，經(jīng)過噴淋沉降，再進行一個小時的采樣。由于產(chǎn)生的顆粒物在短時間內(nèi)無法均勻分布，因而，將采樣器放在固定位置時采樣產(chǎn)生誤差。根據(jù)煙頭放置地點距離采樣器的遠近，同樣一根香煙所測得的源強也不盡相同見表1。針對這些問題，在之后的試驗中采取了兩個措施：①固定香煙燃燒堝與采樣器的距離，并使其都在實驗室中央；②在點燃香煙或煙片時同時打開電風(fēng)扇，使煙氣均勻分布。在研究時不能保證相同的源強，就難以直觀看到設(shè)備效果達到穩(wěn)定。但由于本實驗主要通過研究噴淋前后濃度之差來看設(shè)備除顆粒物的效果，所以要保證噴淋前后環(huán)境一致即可。以三日的數(shù)據(jù)為例：

2.1.2 采樣環(huán)境不同導(dǎo)致的誤差。實驗在密閉環(huán)境中進行，實驗第一天上午進行第一個項目的檢測時，實驗室之前沒有受到過干擾，可作背景檢測，因此，點煙后測得的結(jié)果相對準(zhǔn)確。下午再進行第二次檢測，由于之前煙氣尚未散去，又再點煙，與之前不是相同的平行空白環(huán)境，因而導(dǎo)致測量誤差。針對上述問題，采取的改正方法是一天只進行一組測量，且測量結(jié)束后，開窗通風(fēng)一整晚，以減小前一天所點煙對第二天的影響。

2.1.3 空氣濕度不同產(chǎn)生誤差。由于本實驗的核心是設(shè)備噴淋水滴，所以房間內(nèi)空氣濕度變化極大。因此，排除水分的影響是減少誤差的重要方式。因此，可添加干燥瓶以減少水分的影響。首先將干燥瓶的蓋子裝入已處理好的干燥硅膠，然后將采樣瓶的出氣口和緩沖干燥瓶的進氣口相連，緩沖干燥瓶的出氣口和儀器上對應(yīng)氣路的進氣嘴相連，連接均采用Ф6×9的透明硅膠管。采樣器兩側(cè)均有兩個掛鉤和采樣瓶架側(cè)面的兩個孔是相對應(yīng)的，采樣瓶架可以掛在采樣器側(cè)面。由于霧化顆粒過小，實驗初期的方案是噴淋過后沉降1～2h再進行采樣，但結(jié)果顯示，噴淋過后立即采樣才能得到較好的濃度差，證明設(shè)備有效果。由此證明，噴淋3～5min時，效果只在短時間內(nèi)顯現(xiàn)。

2.2 濾膜產(chǎn)生的誤差

2.2.1 濾膜前后處理環(huán)境不同導(dǎo)致的誤差。本實驗采取的是將采樣前后濾膜均放置在恒溫恒濕箱中24h，但實驗中箱內(nèi)濕度并不恒定，故導(dǎo)致測量前后濾膜所處環(huán)境不同，水分影響了濾膜重量。針對這一點，進行了兩次改進：第一次是采用硅膠干燥，但效果仍不好，主要是因為干燥器內(nèi)也可能產(chǎn)生灰塵顆粒物等；第二次改進是直接將濾膜放入烘干箱中，在95℃烘干2h，從而排除空氣中水分的影響。烘干的時間、烘箱中是否同時存在其他濕度大的物品，也是影響因素。

2.2.2 濾膜操作產(chǎn)生的誤差。在安裝采樣頭的過程中，要用鑷子將干凈濾膜放在網(wǎng)板上，且注意不能撕破濾膜。烘干過后，要立即進行稱量，此外，也要注意減少誤差。本次實驗參與了分析天平的安裝，在安裝時進行了調(diào)平，注意測量時不要在旁隨意走動，不能按壓放置天平的桌面，這些都會導(dǎo)致測量產(chǎn)生誤差，在后期為了減少誤差，采用多次測量的方式。此類誤差也可歸為數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差。環(huán)境監(jiān)測分析所產(chǎn)生的大批數(shù)據(jù)，直接供信能力不強，只有借助數(shù)學(xué)手段，如數(shù)理統(tǒng)計，才能解釋環(huán)境現(xiàn)象，回答有關(guān)環(huán)境問題。

3 結(jié)論

大氣環(huán)境監(jiān)測中產(chǎn)生誤差的原因較多，為了降低誤差，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)范進行。杜絕人為誤差，改進實驗方案，根據(jù)其出現(xiàn)原因進行排除，盡量減小偶然誤差。

［1］奚旦立，孫裕生.環(huán)境監(jiān)測［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］柯賽賽.環(huán)境監(jiān)測分析中誤差成因分析［J］.農(nóng)業(yè)技術(shù)，2016（6）：248.

A Study on the Error of Atmospheric Monitoring Based on a Wet Type Haze Removal Device in Addition to Haze Effect

Zhang Tian
（College of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Based on the analysis of the haze removal effect of a wet type haze removal equipment,the error causes and solutions of atmospheric monitoring were discussed.The experiment uses the TH-150 series air sampler PM2.5, PM10,TSP,detected the three indexes before and after the amount of equipment the work in the atmosphere.Accord?ing to the different experimental conditions the results of measurement indicators in the experimental process,the causes of errors were analyzed in this paper.

atmospheric monitoring；PM2.5；error

X701.2

A

1003-5168（2017）08-0155-02

2017-07-01

鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201610459026）。

張?zhí)铮?994-），女，本科在讀，研究方向：水利。