基于一种湿式除霾设备除霾效果的大气监测误差研究

张田

（郑州大学水利与环境学院，河南郑州 450001）

基于一种湿式除霾设备除霾效果的大气监测误差研究

张田

（郑州大学水利与环境学院，河南郑州 450001）

本文在分析一种湿式除霾设备除霾效果的基础上，探讨大气监测的误差成因及解决方法。该实验采用TH-150系列大气采样器采集PM2.5、PM10、TSP，测量设备工作前后大气中这三种指标的变化情况。针对实验过程中测量各项指标时不同实验条件下的结果，分析造成误差的原因。

大气监测；PM2.5；误差

环境监测是通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势［1］。该实验通过制备一种雾化除霾设备，通过测量工作前后环境中PM2.5含量的变化来研究设备的效果。而PM2.5的采集则采用大气采样器。在测量PM2.5含量的过程中，受各方面因素的影响，如采样环境、采样方式、作业人员经验、分析方法等，这些因素会造成误差增大［2］。因此，要分析成因并找到解决方法。

1 实验简介

1.1 设备简介

本装置为一个以超声波雾化器为核心的液滴喷淋装置。目前，PM2.5、PM10及TSP等颗粒物的去除还没有特别有效、科学的方法，因此，也是通过喷淋水滴的方式，将颗粒物与水滴结合，从而使颗粒物沉降下来，其工艺原理类似于洒水车，但通过将液滴雾化，其结合效果会更好。装置外部为正方形柱形，在四壁上部开有若干密集小孔，内部有电磁阀、雾化池、超声波振荡器、风机、液位传感器、51单片机、（蓄电池）、外部电源线、变压器、塑胶水管等。其中，外部电源线与变压器相连为单片机及继电器供电，将单片机与液位传感器、变压器相连。

单片机通过检测置于储液桶内壁的液位传感器的状态来控制电磁阀的工作状态，接通及断开供水管道，进而控制雾化池中的水量，并控制超声波振荡器的开闭。雾化池中的水量控制在一定范围内，超声波振荡器位于雾化池内，通过超声波震荡的方式对雾化池内储存的水进行雾化。雾化好的水雾由上方的风机经小孔将液滴吹出，从而达到预期效果。

1.2 检测方法

1.2.1 滤膜的前处理。将干净的滤膜放入玻璃干燥塔内，在常温下干燥24h后称初重，编号备用。

1.2.2 采样头的安装。PM2.5采样头由风罩、入口栏座、滤膜压盖、滤膜、网板、密封垫及滤膜托座七个部件组成。将密封垫放入滤膜托座的内环中，再将网板锥形面向上放在密封垫上，然后取一片准备好的干净滤膜以毛面向上放在网板上，最后盖上滤膜压盖。开箱时，风罩和入口栏座已经安装好了。通过螺纹可将上述步骤所述部件组装在一起，形成完整的采样头。采样头通过切割器连杆和仪器连接。需要注意的是：采样头与采样器连接前，请取下采样器顶端采样孔上的防尘盖。采样完成后，请务必将防尘盖盖在采样孔上，以免灰尘进入抽气泵，对其造成不必要的损坏，影响其使用寿命。

表1 PM2.5源强测量情况

1.2.3 采样。设置好采样仪器上的各参数。通常，开启采样的方式有自动和手动两种。但无论运用何种方式采样，都应在采样前将温度探头拉出，以确保温度测量的准确性。采样后，再将温度探头推进去，以便仪器的存放。

1.2.4 滤膜称重。采样后的滤膜必须按采样前的控制条件处理后再次称重，两次称重之差除以采样体积，具体计算公式为：

式（1）中：m表示阻留在滤膜上的总悬浮颗粒物的质量，mg；q表示标准状况下的采样流量，mg/m³；t表示采样时间，min；该公式计算出的结果即为大气中总悬浮颗粒在该测点的含量，mg/m³。

2 误差分析

2.1 采样过程中的误差

2.1.1 采样器放置地点单一导致的误差。由于本实验旨在研究设备喷淋后短时间内各指标的变化情况，所以采用方法的是点燃香烟或烟头后进行一个小时的采样，经过喷淋沉降，再进行一个小时的采样。由于产生的颗粒物在短时间内无法均匀分布，因而，将采样器放在固定位置时采样产生误差。根据烟头放置地点距离采样器的远近，同样一根香烟所测得的源强也不尽相同见表1。针对这些问题，在之后的试验中采取了两个措施：①固定香烟燃烧埚与采样器的距离，并使其都在实验室中央；②在点燃香烟或烟片时同时打开电风扇，使烟气均匀分布。在研究时不能保证相同的源强，就难以直观看到设备效果达到稳定。但由于本实验主要通过研究喷淋前后浓度之差来看设备除颗粒物的效果，所以要保证喷淋前后环境一致即可。以三日的数据为例：

2.1.2 采样环境不同导致的误差。实验在密闭环境中进行，实验第一天上午进行第一个项目的检测时，实验室之前没有受到过干扰，可作背景检测，因此，点烟后测得的结果相对准确。下午再进行第二次检测，由于之前烟气尚未散去，又再点烟，与之前不是相同的平行空白环境，因而导致测量误差。针对上述问题，采取的改正方法是一天只进行一组测量，且测量结束后，开窗通风一整晚，以减小前一天所点烟对第二天的影响。

2.1.3 空气湿度不同产生误差。由于本实验的核心是设备喷淋水滴，所以房间内空气湿度变化极大。因此，排除水分的影响是减少误差的重要方式。因此，可添加干燥瓶以减少水分的影响。首先将干燥瓶的盖子装入已处理好的干燥硅胶，然后将采样瓶的出气口和缓冲干燥瓶的进气口相连，缓冲干燥瓶的出气口和仪器上对应气路的进气嘴相连，连接均采用Ф6×9的透明硅胶管。采样器两侧均有两个挂钩和采样瓶架侧面的两个孔是相对应的，采样瓶架可以挂在采样器侧面。由于雾化颗粒过小，实验初期的方案是喷淋过后沉降1～2h再进行采样，但结果显示，喷淋过后立即采样才能得到较好的浓度差，证明设备有效果。由此证明，喷淋3～5min时，效果只在短时间内显现。

2.2 滤膜产生的误差

2.2.1 滤膜前后处理环境不同导致的误差。本实验采取的是将采样前后滤膜均放置在恒温恒湿箱中24h，但实验中箱内湿度并不恒定，故导致测量前后滤膜所处环境不同，水分影响了滤膜重量。针对这一点，进行了两次改进：第一次是采用硅胶干燥，但效果仍不好，主要是因为干燥器内也可能产生灰尘颗粒物等；第二次改进是直接将滤膜放入烘干箱中，在95℃烘干2h，从而排除空气中水分的影响。烘干的时间、烘箱中是否同时存在其他湿度大的物品，也是影响因素。

2.2.2 滤膜操作产生的误差。在安装采样头的过程中，要用镊子将干净滤膜放在网板上，且注意不能撕破滤膜。烘干过后，要立即进行称量，此外，也要注意减少误差。本次实验参与了分析天平的安装，在安装时进行了调平，注意测量时不要在旁随意走动，不能按压放置天平的桌面，这些都会导致测量产生误差，在后期为了减少误差，采用多次测量的方式。此类误差也可归为数据统计误差。环境监测分析所产生的大批数据，直接供信能力不强，只有借助数学手段，如数理统计，才能解释环境现象，回答有关环境问题。

3 结论

大气环境监测中产生误差的原因较多，为了降低误差，保证测量结果的准确性，应严格按照操作规范进行。杜绝人为误差，改进实验方案，根据其出现原因进行排除，尽量减小偶然误差。

［1］奚旦立，孙裕生.环境监测［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］柯赛赛.环境监测分析中误差成因分析［J］.农业技术，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

郑州大学大学生创新创业训练计划项目（201610459026）。

张田（1994-），女，本科在读，研究方向：水利。