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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(cè)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(cè)的誤差成因及解決方法。該實(shí)驗(yàn)采用TH-150系列大氣采樣器采集PM2.5、PM10、TSP，測(cè)量設(shè)備工作前后大氣中這三種指標(biāo)的變化情況。針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)時(shí)不同實(shí)驗(yàn)條件下的結(jié)果，分析造成誤差的原因。

大氣監(jiān)測(cè)；PM2.5；誤差

環(huán)境監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測(cè)定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢(shì)［1］。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)制備一種霧化除霾設(shè)備，通過(guò)測(cè)量工作前后環(huán)境中PM2.5含量的變化來(lái)研究設(shè)備的效果。而PM2.5的采集則采用大氣采樣器。在測(cè)量PM2.5含量的過(guò)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(yàn)、分析方法等，這些因素會(huì)造成誤差增大［2］。因此，要分析成因并找到解決方法。

1 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

本裝置為一個(gè)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(méi)有特別有效、科學(xué)的方法，因此，也是通過(guò)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(lái)，其工藝原理類似于灑水車，但通過(guò)將液滴霧化，其結(jié)合效果會(huì)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(jī)、液位傳感器、51單片機(jī)、（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(jī)及繼電器供電，將單片機(jī)與液位傳感器、變壓器相連。

單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)置于儲(chǔ)液桶內(nèi)壁的液位傳感器的狀態(tài)來(lái)控制電磁閥的工作狀態(tài)，接通及斷開供水管道，進(jìn)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(guò)超聲波震蕩的方式對(duì)霧化池內(nèi)儲(chǔ)存的水進(jìn)行霧化。霧化好的水霧由上方的風(fēng)機(jī)經(jīng)小孔將液滴吹出，從而達(dá)到預(yù)期效果。

1.2 檢測(cè)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(hào)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(gè)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(shí)，風(fēng)罩和入口欄座已經(jīng)安裝好了。通過(guò)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(guò)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(qǐng)取下采樣器頂端采樣孔上的防塵蓋。采樣完成后，請(qǐng)務(wù)必將防塵蓋蓋在采樣孔上，以免灰塵進(jìn)入抽氣泵，對(duì)其造成不必要的損壞，影響其使用壽命。

表1 PM2.5源強(qiáng)測(cè)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(dòng)和手動(dòng)兩種。但無(wú)論運(yùn)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(cè)量的準(zhǔn)確性。采樣后，再將溫度探頭推進(jìn)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(jì)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(shí)間，min；該公式計(jì)算出的結(jié)果即為大氣中總懸浮顆粒在該測(cè)點(diǎn)的含量，mg/m3。

2 誤差分析

2.1 采樣過(guò)程中的誤差

2.1.1 采樣器放置地點(diǎn)單一導(dǎo)致的誤差。由于本實(shí)驗(yàn)旨在研究設(shè)備噴淋后短時(shí)間內(nèi)各指標(biāo)的變化情況，所以采用方法的是點(diǎn)燃香煙或煙頭后進(jìn)行一個(gè)小時(shí)的采樣，經(jīng)過(guò)噴淋沉降，再進(jìn)行一個(gè)小時(shí)的采樣。由于產(chǎn)生的顆粒物在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法均勻分布，因而，將采樣器放在固定位置時(shí)采樣產(chǎn)生誤差。根據(jù)煙頭放置地點(diǎn)距離采樣器的遠(yuǎn)近，同樣一根香煙所測(cè)得的源強(qiáng)也不盡相同見表1。針對(duì)這些問(wèn)題，在之后的試驗(yàn)中采取了兩個(gè)措施：①固定香煙燃燒堝與采樣器的距離，并使其都在實(shí)驗(yàn)室中央；②在點(diǎn)燃香煙或煙片時(shí)同時(shí)打開電風(fēng)扇，使煙氣均勻分布。在研究時(shí)不能保證相同的源強(qiáng)，就難以直觀看到設(shè)備效果達(dá)到穩(wěn)定。但由于本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)研究噴淋前后濃度之差來(lái)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(shí)驗(yàn)在密閉環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)第一天上午進(jìn)行第一個(gè)項(xiàng)目的檢測(cè)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室之前沒(méi)有受到過(guò)干擾，可作背景檢測(cè)，因此，點(diǎn)煙后測(cè)得的結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。下午再進(jìn)行第二次檢測(cè)，由于之前煙氣尚未散去，又再點(diǎn)煙，與之前不是相同的平行空白環(huán)境，因而導(dǎo)致測(cè)量誤差。針對(duì)上述問(wèn)題，采取的改正方法是一天只進(jìn)行一組測(cè)量，且測(cè)量結(jié)束后，開窗通風(fēng)一整晚，以減小前一天所點(diǎn)煙對(duì)第二天的影響。

2.1.3 空氣濕度不同產(chǎn)生誤差。由于本實(shí)驗(yàn)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(jìn)氣口相連，緩沖干燥瓶的出氣口和儀器上對(duì)應(yīng)氣路的進(jìn)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(gè)掛鉤和采樣瓶架側(cè)面的兩個(gè)孔是相對(duì)應(yīng)的，采樣瓶架可以掛在采樣器側(cè)面。由于霧化顆粒過(guò)小，實(shí)驗(yàn)初期的方案是噴淋過(guò)后沉降1～2h再進(jìn)行采樣，但結(jié)果顯示，噴淋過(guò)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(shí)，效果只在短時(shí)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(shí)驗(yàn)采取的是將采樣前后濾膜均放置在恒溫恒濕箱中24h，但實(shí)驗(yàn)中箱內(nèi)濕度并不恒定，故導(dǎo)致測(cè)量前后濾膜所處環(huán)境不同，水分影響了濾膜重量。針對(duì)這一點(diǎn)，進(jìn)行了兩次改進(jìn)：第一次是采用硅膠干燥，但效果仍不好，主要是因?yàn)楦稍锲鲀?nèi)也可能產(chǎn)生灰塵顆粒物等；第二次改進(jìn)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(shí)間、烘箱中是否同時(shí)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(guò)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(guò)后，要立即進(jìn)行稱量，此外，也要注意減少誤差。本次實(shí)驗(yàn)參與了分析天平的安裝，在安裝時(shí)進(jìn)行了調(diào)平，注意測(cè)量時(shí)不要在旁隨意走動(dòng)，不能按壓放置天平的桌面，這些都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量產(chǎn)生誤差，在后期為了減少誤差，采用多次測(cè)量的方式。此類誤差也可歸為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)誤差。環(huán)境監(jiān)測(cè)分析所產(chǎn)生的大批數(shù)據(jù)，直接供信能力不強(qiáng)，只有借助數(shù)學(xué)手段，如數(shù)理統(tǒng)計(jì)，才能解釋環(huán)境現(xiàn)象，回答有關(guān)環(huán)境問(wèn)題。

3 結(jié)論

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

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

［2］柯賽賽.環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jì)劃項(xiàng)目（201610459026）。

張?zhí)铮?994-），女，本科在讀，研究方向：水利。