气溶胶污染（精选3篇）
气溶胶污染 篇1
传统的激光雷达是利用大气气溶胶能对雷达激光进行散射的特性, 并在分析雷达探测器接收的其回波信号的量级大小来得到大气的一些物理特征。因激光的发射波长略小于气溶胶粒子的尺度, 且光探测器的灵敏度较高, 故激光雷达是现阶段观测大气污染应用最广泛的探测系统。微脉冲激光雷达是在传统激光雷达的基础上, 将低脉冲的能量通过较高的重复频率发射出去, 这种探测器具有较高的信噪比, 能在一定程度上实现对气溶胶散射的定性测量, 保证了探测时的准确性。
一、何为大气气溶胶
大气气溶胶指的是悬浮于大气中的空气动力学直径在0.001~1.00微米间的微粒体系。其空气动力学的可定义为:与要研究的微粒有相同降落速度的球体直径, 这是由于在大气中气体溶胶微粒的形状一般都是不规则的, 采取空气动力学的直径进行定义, 是一种有效的表示方式。
1.1大气溶胶的分类
大气溶胶微粒按其空气动力学的直径可分成如下的几种:
第一种, 飘尘, 这是一种能在大气中处于长期漂浮状态的悬浮物, 其直径一般小于10微米。
第二种, 总悬浮颗粒物, 能用颗粒采样器在滤膜上收集到的总的颗粒物的质量, 其直径大都在100微米以下。
第三种, 可吸入式的粒子, 此种粒子能通过呼吸过程进入到人的呼吸道中。
第四种, 细粒子, 指动力学直径小于2.5微米的颗粒物, 也被成为PM2.5。
1.2大气溶胶的组成
大气溶胶的组成成分非常复杂, 其中受到人类活动影响的组成成分主要有离子成分、痕累元素的成分和一些有机组成成分。
二、微脉冲激光雷达
微脉冲激光雷达的概念出现在1993年。微脉冲激光雷达的工作原理是向大气中发出激光的信号, 并在激光信号反射回来之后, 分析回波中的信息, 从而发现大气中的一些物理特征。在此回波中, 包含了大气中对散射光的频率和相位等方面的信息。利用这些丰富的回波信息, 可以分析出大气内的很多物理特征, 加之光探测器的灵敏度较高, 因而, 微脉冲激光雷达探测器对烟、尘等大气中的微粒具有很好地探测作用。
2.1微脉冲激光雷达探测器的优势
2.1.1能进行连续工作的时间较长
微脉冲激光雷达探测器中使用的是激光器是固态二极管类型的激光器, 会使得微脉冲激光雷达的工作寿命超过普通意义上的激光器雷达, 同时, 一年只需对其进行正常的维护工作之后, 就能在长时间下连续运行。
2.1.2具有脉冲能量低, 且发射能量对人体不构成威胁
此种激光器能以低脉冲含量采用较高的重复频率方式将此脉冲能量集中在望远镜的镜片上, 微脉冲激光器的发射能量低, 在一定程度上保证了在监视仪器运转时观察人员的人身安全, 还能使系统在稳定的运行环境中进行工作。
2.2微脉冲激光雷达组成
微脉冲激光雷达主要由四部分组成:光学收发天线、数据采集系统、激光发射系统以及探测器。
MPL发射接收处理器被安放在了一个恒温室内, 光学收发天线是一个直径为20cm的格林望远镜, 在望远镜下方连结的是光电计数器。在发射接收器上连结的是计数器和激光发射器, 接收器的另一端被连结在计算机上。
2.3微脉冲激光雷达探测的原理
微脉冲激光雷达将激光器所产生的激光脉冲直接发射到大气中, 大部分脉冲与大气中的气溶胶相互作用, 发生散射, 一小部分脉冲被后向散射, 并被接收器进行接收。接收器将接收到的能量传输到光探测器上, 光信号就会被转换成电信号。针对激光雷达来说, 由于接收到的后向散射光距离都不相同, 在已知光速的条件下, 记录下从发出激光直到接收返回光时间上的间隔从而确定出激光雷达与发生散射物体之间的距离。另外, 接收到的信号在经过大气双向衰减之后, 信号的强度便由大气中的后向散射来决定, 同时, 也和所用激光器的波长有关, 与大气中气溶胶粒子数的大小和形状也存在关系。通过对探测到的结果进行反演, 就能得出大气中气体溶胶的垂直分布情况和气体的浓度的特性, 以及云层高度等。
三、激光雷达对城市大气气溶胶污染的研究
激光雷达首次被应用在对大气的探测上是作为测量云高的仪器。直到1960年, 随着第一台激光器被成功研制出之后, 激光技术便在大气探测中快速地应用了。在激光技术不断发展中, 激光雷达因其高空间分辨率和高效性一直被作为探测大气污染的工具。
激光雷达作为探测器在地基探测中的应用最为广泛, 并对大气气溶胶和云结构中的探测更具自动化、小型化和网络化的优势。国外的一些学者在激光雷达对气溶胶的探测分析方面已经做了很多工作。
有的应用小波协方差方法对微脉冲激光探测器探测到的数据进行分析处理, 得到了更加准确的结果;我国的学者徐赤东利用其自主研制的偏振式的微脉冲雷达探测器对广州的大气气溶胶进行了连续时间段的探测, 并且在之后分析了一次污染在形成过程中的特征, 从而证明了大气污染等大气中的消光物质的有效性;潘鹄等利用激光雷达探测到的数据对上海的一次典型的灰霾天气进行了光学厚度和气溶胶消光系数的比较分析, 证明了激光雷达对大气气溶胶污染探测中的作用。
在激光雷达对空间的探测中, 国外的学者研发了一台具有较高分辨率的激光雷达探测器, 同时, 利用了一次模拟探测数据的方法分析了激光雷达对探测大气中气溶胶的可行性;其中, 应用最为广泛的激光雷达是具有双波长的激光雷达CALIOP, 研究者可利用此激光雷达探测到的卫星数据, 对大气溶胶的退偏振度进行计算, 发现, 此种类型的激光雷达探测器能有效地分析出大气中气溶胶的组成和垂直的高度信息。
四、微脉冲激光雷达探测大气气溶胶方法的分析
4.1探测所用的数据来源
在对微脉冲激光雷达探测器探测到的数据分析进行时, 其数据的采集一般是在一整年中的观测数据, 并在一年中的数据中选择四个具有代表性的月份利用微脉冲激光器进行连续地探测, 通常设置的时间分辨率为30s, 高度的分辨率为30m, 与此同时, 还要配合观测站内的另外有效数据对MPL观测结果进行验证, 并对激光器探测的典型大气气溶胶污染相关过程进行全面分析。
4.2对微脉冲雷达探测系统文件的校准
后脉冲校正:MPL在对每个周期开始进行采样时, 由于在探测器内部各种元器件间产生的散射效应干扰, 使探测器在开始时就出现光饱和的现象。对探测结果造成影响。由于该项变量的函数受到出射激光能量、背景噪声和其他因素共同的作用, 不能靠直接经验公式来获得, 只能通过后期的修正来完成。故目前采用的解决办法是将MPL系统放置在温度变化不大的空间内, 同时每隔一段固定的时间对后续冲廊线进行相应测量, 不断对函数进行更新校正。
重合因子校正:对重合因子进行校正主要原因是为了补偿由MPL在近端返回信号返回过程中造成的信号损失。但由于其光学影响的因素难以通过测量的方式进行获得, 一般采用实验的方式来进行校正。
饱和因子的校正:由于雪崩型的光子计数器和实际在接受时存在一定的非线性响应过程, 也可以理解为在雪崩计数器达到其计数的上限时, 探测器就不能准确记录光子数目, 造成对返回信号记录上的损失。为了弥补在计数率高时雪崩型计数器造成的饱和效应, 在探测器出厂之前, 厂家都要对其进行饱和因子的校正。
五、微脉冲激光器对探测大气气溶胶的发展展望
第一, 微脉冲激光器在进行数据反演计算中, 在计算大气气溶胶的消光系数时, 因受到当时实验条件所限, 通常会引入误差因子Sa, 并假定大气气溶胶化学组成不发生变化, 将Sa=50sr带入相应公式进行计算。在以后的研究中, 要对Sa进行实时测量和标定, 从而在计算时能够获得比较准确的反演参数, 在最大程度上使微脉冲激光雷达研究变得更加完善。
第二, 在进行微脉冲激光雷达探测器进行数据分析时, 数据要具有广泛性, 可以针对多个城市的数据进行分析, 从而使得探测的结果更具有代表性和准确性。同时, 也能对城市中大气气溶胶的污染状况获得更加全面的了解。
六、结语
由于大气污染问题变得越来越严重, 人们对此问题也越来越重视, 在微脉冲激光雷达探测大气气溶胶方面, 目前已经建立了较完善的系统和方法, 但在消光散射比方面的研究还没有做到最好, 主要是现存的资料不能满足研究的需要。在今后的研究中要多在此方面加大研究的力度。微脉冲激光雷达探测器具有低信噪比、灵敏度高等方面的优点, 对于探测大气污染具有十分重要的作用和意义。相信, 随着技术的不断发展, 微脉冲激光雷达探测器中存在的问题会被我们逐渐解决, 使得这一技术变得更加成熟和完善, 使之能够为大气污染监测做出更大的贡献, 到时也会出现更多有意义和价值的研究课题供我们进行深入研究。
摘要：近年来, 由于经济的快速发展, 引起了人类生产活动的变化, 同样也使得因人类活动引起的大气溶胶污染问题变得越来越明显, 加之我国的气候特点, 在春季受到沙尘气溶胶的影响, 使大气环境问题变得越来越严重。通过微脉冲激光雷达探测器能对大气气溶胶的演变规律和垂直分布的特征进行很好地观测, 从而为控制城市大气污染提供相应参考。
关键词：微脉冲,激光雷达,城市大气,气溶胶
参考文献
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气溶胶污染 篇2
第一代气溶胶灭火技术诞生于我国，也称烟雾灭火技术，始于20世纪60年代初。是由公安天津消防研究的科研人员完成的，他们自主研制出烟雾自动灭火系统，主要用于扑灭甲、乙、丙类液体储罐火灾。这是一项不同于以注的全新的形成的气溶胶物质用于灭火。
第二代气溶胶灭火技术K型，K型气溶胶灭火技术也叫钾盐类灭火技术，是气溶胶灭火技术发展的第二阶段，始于20世纪60年代中期前苏联。我国在这一方面起步较晚，始于20世纪90年代初，第一代产品为由北京理工大学研制成功，此类气溶胶发生剂中主要采用钾的硝酸盐作为主氧化剂，其喷放物灭火效率高，但因为其中含有大量的钾离子，易吸湿，形成一种发黄发黏的强碱性导电液膜，这种物质对电子设备有很大的损坏性，故K型气溶胶自动装置不能使用于电子设备、精密仪器各文物档案场所。目前在市场上使用正在逐渐减少。第三代气溶胶灭火技术（S型）主要由锶盐作主氧化剂，和第二代钾盐（K型）气溶胶不同，锶离子不吸湿，不会形成导电溶液，不会对电器设备造成损坏，S型灭火产品最早，于21世纪初研发成功。
锶盐类气溶胶产品已在几千个工程项目中应用，至今未发生一起损坏电子设备的事故，第三代气溶胶已越来越为广大用户所接受。
目前国内只有几家企业生产S型灭火装置，我公司就是其中之一，它创建于2005年，凭借一批高科技术人才、雄厚的资金和先进的生产线，在短短几年内广泛的涉足消防、五金、电力、银行等领域，迅速成为深圳市知名企业。如我公司生的QRR15/SL这种型号产品，其灭火装置检验报告和灭火剂检验报告完全符合GA499.1-2004规定，就是典型的S型灭火装置。我公司生产所有型号的热气溶胶灭火装置，因其灭火剂性能优越并兼具环保洁净，外形美观，价格优惠的等特点，深受国内客户的喜爱，产品正远销到东南亚和欧美市场。
一、气溶胶灭火装置分类
根据中华人民共和国公共安全行业标准《GA499.1-2004第一总分：热气溶灭火装置》，按灭火装置充装气溶胶发生剂的主化学分可分为：（1）S型气溶胶灭火装置：
指充装含有35%-50硝酸锶，同时含有10%-20硝酸钾的气溶胶发生药剂的灭火装置。型号：QRR/SL（落地式）、QRR/SG（壁挂式）（2）K型气溶胶灭火装置；
指充装含有30%以上硝酸钾的气溶胶发生药剂的灭火装置。型号：QRR/KL或QRR/KG（3）具他型气溶胶灭火装置。编制方法
QR R X X/ X X
灭火装置安装方式（L代表落地方式，G代表悬挂式，……）
灭火装置类别（S代表S型，K代表K型，………）
灭火类别，A代表可灭A类表面火，其他可不标注
气溶胶发生剂质量，㎏
热气溶胶灭火装置
标记示例
QRR2A/KL表示为落地式安装，K型，可灭A类表面火，气溶胶发生药剂标称质量为2㎏的热气溶胶灭火装置，适用范围
环保洁净型全淹没灭火系统，适用于扑灭相对封闭空间的A、B类火灾以及电气电缆初起火灾。
扑灭A类火灾
如木材、纸张等固体物质初起火灾，适用于木制品库、档案库、博物馆、图书馆、资料室等场所；
扑灭B类火灾：
适用于生产、使用或贮存柴油（-35号柴油除外）、重油、变压器油、动物油、植物油等各种丙类可燃液体场所的火灾； 扑灭电气缆火灾：
适用于变（配）电房、发电机房、电缆夹层、电缆井、电缆沟、电子计算机房、通讯房等场所的火灾。不适用范围：
1、不能用于商业、饮食服务、娱乐等人员密集场所。
2、有存放易爆物资的场所。产品主要特点
无毒无害无污柒，不破坏臭氧层 灭火效能高，速度快，无残留物
绝缘性能好，适用于电力、机房等无人值守场所 产品喷射时间短，压力低、安全性能强 发生化学反应后生成物97%为惰性气体 固体降尘率≤3%，无腐蚀
采用拉瓦尔管专利阻火技术，有效消除火焰残查 科学设计吸热单元，喷口温度低 采用体式反应室及外壳，设计合理 组合功能强，体积小
无管网技术，造价低廉，安装使用方便 环保洁净型自动灭火系统灭火机理
热气溶胶是一种固体含能化学物质，属于烟火药剂，利用电子气化启动器激活，使其发生化学反应，产生大量惰性气体、水汽和微量固体颗粒，形成混合气体，混合气体从自动灭火装置的喷口向外释放喷射，扑灭火灾。自动灭火装置的灭火机理是以物理、化学、水汽降温三种灭火方式同时进行的全淹没灭火形式：
1.以物理性稀释空气中的氧气“窒息灭火”为主要方式，切断火焰反应链，进行链式反应破坏火灾现场的燃烧条件，迅速降低自由基的浓度； 2.存在抑制链烧反应进行的化学灭火方式； 3.水蒸汽冷凝与汽化降低燃烧物温度。自动灭火装置于火灾自动报警系统，自动控制系统及其他消防系统组成中央集中控制的自动火灾系统时，其它施工要求应按GB50166～92火灾自动报警系统施工及验收规范的规定执行。
气溶胶污染 篇3
PM2.5也称细颗粒物,是指空气动力学直径小于或等于2.5μm的大气颗粒物。与粗颗粒物(空气动力学直径2.5~10μm)相比,PM2.5直径更小、比表面积大,易于富集空气中的有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物、细菌和病毒,并可进入人的肺部和心血管等组织,对人体健康的危害远比粗颗粒物大。大气PM2.5是由直接排入空气中的一次微粒和空气中的气态污染物通过一系列复杂的光化学转化生成的二次微粒组成,其来源主要可分为自然源、人为源和二次粒子。由于PM2.5对人体健康的危害性及其复杂的来源,同时对大气能见度、气候条件有不利影响,因此对空气中PM2.5浓度的监测并对其来源进行解析显得尤为重要。单颗粒气溶胶质谱技术可以在线采用分析单个气溶胶粒子的粒径及其化学成分,具有时间分辨率高、信息量大、可靠性强等优点。研究利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱(SPAMS)测量南宁市冬季中单颗粒细颗粒物的粒径分布和化学组成,从单个颗粒物的角度解释南宁市细颗粒物污染特征及来源构成。
2 试验
2.1 仪器
单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(广州禾信分析仪器有限公司)与国际上流行的气溶胶质谱仪原理一致:采用个空气动力学透镜聚焦进样,通过双激光测径系统以及双极飞行时间质量分析器可实现对气溶胶颗粒空气动力学直径和化学组成的同时检测。
2.2 样品采集
采样时间为2014年1月7日~2014年1月13日。采样点设置在南宁市环境保护监测站实验大楼顶层,地处市中心。可基本代表南宁市内商业、居住和交通稠密的混合监测区域,采样点距地面约高16m,大气气溶胶通过直径约为1cm的铜管运输到单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(SPAMS)。
2.3 数据处理
采集数据使用YAADA(version2.1版本,运行在matlab平台上,专门用来分析单颗粒质谱数据的软件包进行分析。
3 结果与讨论
采样过程中SPAMS共检测到2508053个粒径在0.25~1.2μm的颗粒物,其中含有谱图信息的颗粒物共有1463751个,总打击率为58.3%。
3.1 粒径分布
由图1可知,南宁市区细颗粒物粒径范围主要集中在0.25~1.2μm,峰值在0.65μm左右。
3.2 颗粒物成分分析
图2是监测点位的平均质谱图,从图2上可以看出,监测点位的正谱图中含有Na+、K+、NH4+、C2H3+、碳簇离子和有机碳成分;负谱图中都含有HSO4-、NO3-、NO2-、CNO-、CN-、SO3-、O-和碳簇离子。
表1为监测点位主要离子百分比例。正离子中K+、NH4+比例较高,负离子中SO3-、NO3-、NO2-比例较高,几乎大部分的粒子都含有这几种离子。与广州市颗粒物成分相比,南宁市颗粒物成分中二次无机离子NH4+、NO2-、NO3-、硫酸盐(Sulfate)的比例偏高,主要是受南宁市湿度较大影响,使得南宁市颗粒物一次粒子更容易向二次粒子转化;Fe+、SiO3-、PO3-的比例也较广州偏高,经分析认为是南宁市的部分燃煤颗粒物中含有这些成分,导致这3种颗粒物比例增大。由于南宁市燃烧源较多,导致CN-的比例较广州也有所增大。重金属颗粒物(Pb+、Cd+、Cu+、Zn+、Cr+)的比例很小,最大不超过2.5%,说明南宁市颗粒物基本不受重金属污染的影响。
2.3颗粒物分类
利用自适应共振神经网络分类方法(Art-2a)对整体颗粒物进行了分类,分类过程中使用的分类参数为:相似度0.65,学习效率0.05。分类后,再经过人工合并,最终确定了10类颗粒物,分别为:有机碳、元素碳、有机碳元素碳、芳香烃、矿物质、富钾颗粒、钠钾颗粒、高分子有机物、重金属和有机胺。10种颗粒物在总被击中有谱图数的粒子比例分别为14.39、29.09%、12.19%、9.8%、4.93%、23.81%、2.8%、2.05%、9.8%、0.29%、0.65%。有机碳、元素碳、有机元素碳及矿物质粒子所占比例较高,而重金属和有机胺粒子所占的比例则较低。
图3为不同分类颗粒物成分的平均谱图,在不同颗粒物的正谱图中,有机碳的正谱图中主要含有有机物的碎片峰;元素碳含有一系列碳簇离子,而且C3-/C4-/C5-有较高的信号强度;有机碳元素碳是由有机物的碎片峰和碳簇离子混合而成;富钾颗粒物中正谱图中只有K+的信号明显;芳香烃颗粒物中有一系列苯环的碎片峰;高分子有机物中m/z在115以上有一些列碳氢化合物的碎片峰,初步判断是一些多环芳烃类物质;有机胺中有含氮的有机物碎片峰;矿物质中含有Ca+、Fe+、SiO3-的离子峰;重金属中Cu+和Pb+的信号明显;钠钾颗粒中正谱图Na+、K+的信号明显,负谱图中硫酸盐和硝酸盐的信号明显。而经过分类的10类颗粒物负谱图中都出现了SO3-、HSO4-、NO2-、NO3-等二次粒子的质谱峰,说明测得的颗粒绝大部分经历了不同的二次反应过程或与二次组分进行了不同程度的混合(图4)。
4 结论
(1)在连续7d的采样中,南宁市监测站点位采集到有谱图信息的颗粒物共有1463751个,粒径范围主要集中在0.25~1.2μm之间。
(2)单颗粒气溶胶飞行质谱(SPAMS)的测量结果发现,南宁市冬季期间主要有机碳、元素碳、有机碳元素碳、芳香烃、矿物质、富钾颗粒、钠钾颗粒、高分子有机物、重金属和有机胺10种粒子,有机碳、元素碳、有机元素碳及矿物质粒子所占比例较高,而重金属和有机胺粒子所占的比例则较低,表明南宁市区大气几乎不受重金属的影响。这10种颗粒中均含有硫酸根、硝酸根等二次组分,说明这些颗粒均经历了不同的二次过程或与二次组分进行了不同程度的混合过程。
摘要：利用单颗粒气溶胶飞行质谱(SPAMS)于2014年1月7~13日在南宁市城区中心测量了冬季期间细颗粒物PM2.5的粒径谱及其化学组成。对PM2.5的分类结果发现:冬季期间大气中主要存在有机碳、元素碳、有机碳元素碳、芳香烃、矿物质、富钾颗粒、钠钾颗粒、高分子有机物、重金属和有机胺10种粒子,其粒子数分别占总数的14.39%、29.09%、12.19%、9.8%、4.93%、23.81%、2.8%、2.05%、9.8%、0.29%、0.65%,二次污染显著。观测得到的10类颗粒物中都包含SO3-、HSO4-、NO2-、NO3-等二次组分,说明南宁市的细颗粒物都经历了不同的二次过程或与二次组分进行了不同程度的混合。
关键词：单颗粒,化学组成,混合状态,单颗粒气溶胶飞行时间质谱
参考文献
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