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大氣重金屬汙染在線監測

型號:

產品時間:2018-12-17

簡要描述:

大氣重金屬汙染在線監測分析儀將X射線熒光(XRF)無損檢測技術、β射線吸收檢測技術與空氣顆粒物自動富集技術*結合,不僅可以監測空氣顆粒物質量濃度,還可以同時對顆粒物中元素成分進行定量分析。該儀器具有pg/m3量級的檢出限,處於世界先進水平,廣泛應用於空氣質量監測、汙染溯源及源解析、環境評價等領域。

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詳細介紹

 

項目背景

一直以來,大氣顆粒物引起的環境空氣汙染受到民眾和zheng府的廣泛關注和高度重視,機動車尾氣的排放、化石燃料的燃燒、金屬的冶煉、礦山的開采、石材的加工、沙塵暴的發生等過程均能產生大量的大氣顆粒物,對環境質量和人類健康造成很大的影響。近年來,隨著環保認識不斷加深,人們已經不再滿足於僅僅知道PM2.5的濃度,而是希望對PM2.5中所含有各類有毒物質深入了解。

經過多年分析調查,在眾多有毒物質中,作為大氣顆粒物幾大重要成分之一的重金屬汙染物一旦侵入人體,吸入超過一定劑量,就可能誘發多樣疾病的特性吸引了多數人目光的tou注對此,國家zheng府及相關部門也給予了高度重視,2010年7月份guo務院正式批複《重金屬汙染綜合防治“十二五”規劃》,將Pb、Hg、Cd、Cr和類金屬As這五大重金屬汙染物作為重金屬防治的對象;2011年底印發的《國家環境保護“十二五”規劃》明確要求,提升區域特征汙染物監測能力,開展重金屬、揮發性有機物等典型環境問題特征汙染因子排放源的監測,鼓勵將特征汙染物監測納入地方日常監測範圍;2012年新頒布的《環境空氣質量標準》首次提出了環境空氣中Cd、Hg、As、Cr(六價)的濃度限值,新標準收嚴了Pb的年平均濃度限值和季平均濃度限值。因此,加強大氣顆粒物中重金屬元素的監測早已成為必經之路。

 

二、項目依據

《重金屬汙染綜合防治“十二五”規劃》

《大氣汙染物綜合排放標準》(GB16297-1996)

《固定汚染源排氣中顆粒物測定與氣態汙染物采樣方法》(GB/T16157-1996)

《固定源廢氣監測技術規範》(HJ/T397-2007)

《大氣汙染物無組織排放監測技術導則》(HJ/T55-2000)

《環境空氣采樣器技術要求及監測方法》(HJ/T375-2007)

《汙染源在線自動監控(監測)係統數據傳輸標準》(HJ/T212-2005)

《關於加強“十三五”環保規劃編製工作的通知》(環發〔2014〕191號)

《大氣汙染防治行動計劃》(國發〔2013〕37號)

《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)

《重點區域大氣汙染防治“十二五”規劃》(國函〔2012〕146號)

《guo務院辦公廳關於加強環境監管zhi法的通知》(國辦發〔2014〕56號)

《國家重點監控企業自行監測及信息公開方法(試行)》(環發〔2013〕81號)

《大氣顆粒物來源解析技術指南(試行)》(環發[2013]92號)

《火電廠大氣汙染物排放標準》(GB13223-2011)

《環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續自動監測係統技術要求及檢測方法》(HJ 653-2013)

《關於加強重金屬汙染防治工作的指導意見》

 

三、項目方案

監測內容

監測空氣顆粒物質量濃度,對顆粒物中元素成分進行定量分析

測量方法

X射線熒光(XRF)無損檢測技術、β射線吸收檢測技術與空氣顆粒物自動富集技術*結合

顆粒物濃度監測方法:β射線吸收

顆粒物中元素成分定性定量分析X射線熒光(XRF)

 

四、係統概況

4.1重金屬汙染在線監測係統概況

大氣重金屬在線分析儀將X射線熒光(XRF)無損檢測技術、β射線吸收檢測技術與空氣顆粒物自動富集技術*結合,不僅可以監測空氣顆粒物質量濃度,還可以同時對顆粒物中元素成分進行定量分析。該儀器具有pg/m3量級的檢出限,處於世界先進水平,廣泛應用於空氣質量監測、汙染溯源及源解析、環境評價等領域。

 

大氣重金屬在線分析儀圖片
(從左到右分別為儀器主機、站房機櫃上的儀器和車載儀器)

儀器以恒定的工況流量將空氣吸入顆粒物切割器中,以PM2.5為例,動力學直徑在2.5um附近及以下的顆粒汙染物進入到儀器的富集係統中。經過一段時間的富集後,富集係統自動切換成β射線分析係統,利用β射線的衰減與顆粒物的質量濃度成指數的關係,對顆粒物的質量濃度進行分析。然後卷膜係統精確地將富集有空氣顆粒物的濾紙移動到X射線熒光分析係統,分別利用X射線熒光的能量和強度對顆粒物中的元素成分進行定性和定量的分析。

 

大氣重金屬監測示意圖

大氣重金屬在線監測——X射線熒光光譜技術(XRF)的原理見下圖所示,可以直接檢測固體或液體樣品中ppm量級的元素成分。采用富集後再檢測的辦法,使得XRF技術對空氣顆粒物中的重金屬成分的檢測限優於0.001ug/m3。而常規實驗室的檢測技術,由於預處理消解過程中需要將微克量級的樣品溶解到幾十克的液體中,而使得濃度被稀釋百萬倍,從而多數儀器(譬如ICP-AES、或原子吸收光譜儀)無法檢出元素含量低於10ug/m3量級的空氣顆粒物樣品。

 

 

X射線熒光光譜技術原理圖

 

4.2重金屬汙染在線監測係統功能特點

(1)空氣顆粒物濃度、大氣重金屬濃度一體式協同測量,為汙染溯源及源解析提供更精準數據;
(2)TSP、PM10、PM2.5三種切割器可供用戶選擇,應用於不同的環境評價場合;
(3)鉛、鎘、砷等30多種重金屬含量精確測量,最低檢出限在pg/m3量級;

 

4.3係統優勢

4.3.1及時獲知大氣顆粒物有害金屬濃度,確保公眾知情權

正如十年前九游会官网平台認識中的大氣顆粒物隻有PM10和TSP而完全沒有PM2.5的概念一樣,現如今九游会官网平台也僅僅是簡單地關注PM2.5的濃度值,而忽視PM2.5中具體的有毒有害物質是什麽,有多少。《柴靜霧霾調查:穹頂之下》中多次強調控製PM2.5中重金屬元素濃度的必要性,“PM2.5顆粒物進入人體後,巨噬細胞難以消化大氣顆粒物中的重金屬,使得巨噬細胞破裂而死,從而降低了人們的免疫力”。通過大氣重金屬在線分析,能夠快速有效的了解當地的PM2.5中所含有的重金屬和非重金屬物質的種類和濃度,就像如今實時獲取PM2.5的濃度一樣,公眾可以及時知道居住地的大氣重金屬濃度值,合理安排自己的工作生活,及時采取措施保護自身受到汙染傷害。

4.3.2有利於研究部門分析大氣重金屬日變化趨勢

常規大氣重金屬監測手段隻監測重金屬元素的日平均濃度的測量,但是大氣重金屬隨著氣象參數與溫度在每天的不同時間段有著較大的變化,日平均濃度無法反應這些變化。大氣重金屬實時在線監測可以實現每天重金屬濃度的小時值測定,有利於分析總結大氣重金屬和非重金屬元素的日變化規律。

 

 

大氣重金屬監測儀監測重金屬汙染物的小時變化圖

4.3.3為監管部門提供汙染源解析數據,助力決策製定

通過主成分分析與相關性分析等模型處理,可以告訴政策製訂者汙染來自哪裏、貢獻比率,為源解析工作提供輔助成果。

為了進一步研究PM2.5與大氣重金屬之間的關聯,並為PM2.5的控製提供方向,九游会官网平台通過已經劃分的三個組分與大氣PM2.5濃度進行相關性分析。結果如下圖所示,發現該地區主要影響PM2.5的汙染源為組分2(冶金工業廢氣)。

 

 

 

大氣重金屬監測儀監測數據各組分與PM2.5的相關性

圖例中顏色的深淺表示相關性數值的大小。組分2與PM2.5的相關性zui強,這說明影響該地區PM2.5濃度的主要汙染源為冶金工業廢氣。

通過風向與PM2.5中三組分的關係圖可以確定各組分汙染物的來源方向,如下圖顯示:

 

 

大氣重金屬監測儀監測數據PM2.5中元素主成分分析得到的各組分與風向關係圖

圖A是組分1(工業、生活燃料燃燒)的濃度與風向關係圖,從圖中可以看出組分1主要來源於監測點位的西南方向(深色區域);圖B是組分2(冶金工業廢氣)的濃度與風向關係圖,從圖中可以看出組分2來源於監測點自身範圍內(深色區域);圖C是組分3(揚塵)的濃度與風向關係圖,從圖中可以看出組分3主要來源於監測點位的東方及北方(深色區域)。圖中顏色深淺由淺到深代表汙染的程度由小到大。

4.3.4實時監測大氣重金屬濃度,提高監測人員工作效率

現有的常規大氣重金屬監測手段還是原始的手工采樣+實驗室分析方法,工作量大且效率低。由於常規實驗室分析技術重金屬濃度檢測需要樣品預處理消解,從樣品稱量到樣品消解完成大約需要花費2個小時。而XRF技術無需樣品預處理,每個樣品重金屬濃度檢測可以在10分鍾以內完成,同時還可以實現無人值守、24小時實時監測大氣中的30種重金屬元素,節省了大量的人力成本,且相對實驗室測量方法而言,耗材少價格低,維護量低,無二次汙染。

綜上所述,通過大氣重金屬監測儀不僅可以準確監測大氣顆粒物濃度,還可以實現大氣顆粒物中重金屬元素濃度的監測,為大氣顆粒物重金屬元素的汙染監測和控製提供科學依據。

 


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