颗粒物再悬浮采样器研制与应用

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版中心, 2000. [ 4 ] 龙大祥. 铜冶炼含砷污水处理. 工业用水与废水, 2000, ( 4) . [ 5 ] 张健, 王永广等. 低剂量 Fenton 试 剂处理 2 羟基 3 萘甲 酸生产
废水的工程实践. 工业用水与废水, 2001, ( 4) .
作者通 讯处 罗国根 318000 浙江 省台州经济 开发区白 云山南路 108 号 台州市环境科学设计研究院 电话 ( 0576) 8581036
参考文献
[ 1] 陈宗良, 葛苏, 张晶. 北京大气气溶胶小颗粒的 测量与解析. 环 境
科学研究, 1994, 7( 3) : 1 9. [ 2] 胡伟, 魏复盛. 部分城市 空气中颗 粒物的元 素组成比 较. 上海环
境科学, 2002, 21( 7) : 408 411. [ 3] 柯昌华, 金文刚, 钟秦. 环 境空气中 大气颗粒 物源解析 的研究进
0 引言 我国从 70 年代初期开始重视对颗粒物污染的研
究与控制, 许多城市都相继开展了大气颗粒物源解析 研究[ 1 3] 。近年来研究表明, 无组织、无规则排放的开 放源对于环境空气中的颗粒物有很大的贡献[ 4 6] 。由 于开放源自身排放规律的特殊性, 所以开放源的排放 率难以测量和评估。同时, 由于开放源排放属于无组 织排放, 所以开放源的原地采样也是十分困难的。作 为一种替代方 式, 国外 学者已开展了 相关研究[ 7, 8] 。 为解决开放源采样的难题。本研究研制并开发了颗 粒物再悬浮采样器。 1 工作原理
225 2! 15 2! 15 4 ! 7
( 6 m ! 16 m ! 3 m)
停留时间 30
h
3
3
3
中间 过滤器
水池 30 2 ! 1! 3 3
2 2 4 技术经济指标 总投资 120 万元, 水运转费用 12 78 元 t。
3 运行情况分析 经过 4 个多月的调试, 该工程运行基本稳定, 各
项指标均达到∀污水综合排放标准#中的二级标准, 并 通过了竣工验收, 验收监测结果见表 2 和表 3。
环境工程
2006 年 10 月第 24 卷第 5 期
67
监 测
颗粒物再悬浮采样器研制与应用

评 价
陈魁
白志鹏
( 天津市 环境监测中心, 天津 300191) ( 南开大学环境科学与工程学院, 天津 300071)
摘要 研制了颗粒物再悬浮采样器, 阐述了颗粒 物再悬浮采样器的工 作原理及 系统结构。对 颗粒物再悬 浮采样器 的 PM10和 PM2 5 捕集效率以及采样时间进行了研究分析, 选取了颗粒物再悬浮采样器合适的采样时间。 关键词 开放源 颗粒物再悬浮采样器 捕集效率 采样时间
降时间, 对于再悬浮采样器, 经送样装置将颗粒物送
到再悬浮箱内进行悬浮, 悬浮颗粒物在采样气流的吸
力作用下, 将会顺着气流方向运动, 最终被滤膜所捕
集。再悬浮采样器要在一定时间内捕集到有代表性
的颗粒物样品, 不仅要保证尽量将送样装置所送的颗 粒物捕集完全, 同时又要保证采样时间不能过长, 以 免影响其采样效率。
2006- 01- 20 收稿
( 上接第 68 页) 常规采 样, 由送 样 装置 在 50 s 内送 样 2 g, 在 采样 7 min后, 再次进行重复送样, 70 min 后采集样品量达 到 20 mg 以上, 能够满足颗粒物进行化学分析所需的 样品量。 3 结论
( 1) 颗粒物再悬浮采样器能够完成对开放源样品 的采集, 能够将粉末样品转化为滤膜样品, 便于进行 相关化学分析。
2 1 1 PM10 切割器捕集效率研究 用美国生产的 3050 型振动孔单分散相粒子发生
器产生标准球形颗粒物, 粒径分别为: 5、7、9、13、15、 17 m。将标准球形颗粒物送入捕集室, 经 PM10切割 器进行采样, 通过荧光分光光度计分析得到 PM10 切 割器的捕集效率实验数据见表 1。
采样时间 min
采样重量 mg
单位时间采样量 mg
比例 %
1
0. 98
0. 98
42. 4
2
1. 61
0. 63
27. 3
3
1. 83
0. 22
9. 5
4
1. 95
0. 12
5. 2
5
2. 05
0. 1
4. 3
6
2. 15
0. 1
4. 3
7
2. 24
0. 09
3. 9
8
2. 27
0. 03
1. 3
9
切割粒径的允许范围内( d50 = 10 0 5 m) 。PM10 切
割器的捕集颗粒物的粒径范围为 4 54~ 17 m, 表明
当颗粒物的粒径< 4 54 m 时, 所有颗粒物都绕过切
割器冲击板的捕集, 而最终被滤膜采集。当颗粒物的
粒径> 17 m 时, 所有颗粒物都将被切割器冲击板所
捕集, 滤膜上不会采集到任何颗粒物。
( 2) 颗粒 物 再悬 浮 采 样器 可 以 同时 对 PM10 及
PM2 5 采样, 其 PM10 和 PM2 5 切割粒径在理想切割粒径 的允许误差范围内。
( 3) 颗粒物再悬浮采样器具有较高的采样效率, 在较短的时间内, 即能完 成开放源颗粒物 的采样工 作, 用 70 min 的采样时间, 就可以取得满足化学分析 所需要的样品量。
切割器的捕集颗粒物的粒径范围为 1 78~ 3 21 m,
表明当颗粒物的粒径< 1 78 m 时, 所有颗粒物都绕
过切割器冲击板的捕集, 而最终被滤膜捕集。当颗粒
物的粒径> 3 21 m 时, 所有颗粒物都将被切割器冲
击板所捕集, 滤膜上不会采集到任何颗粒物。
2 2 采样时间
颗粒物在空气中悬浮到最终沉降需要一定的沉
将 2 g 郑州市花园路北段交通尘在 50 s 的时间 内送入再悬浮箱内, 由切割器进行 PM10 采样, 在 1~
10 min 的范围内, 每隔 1 min 进行 1 次采样, 最后进行 一次 15 min 的采样。采样结束后, 进行称重, 经过重 复实验, 得到实验数据如表 3。
表 3 采样时间实验数据
由于项目设计过程中, 缺乏自控系统, pH 值监测 和投药都为人工进行, 自动化程度不高。从整个运行 看, 运行成本仍相对较高, 需在运行中进一步摸索调 整药剂投加量, 减少运行成本。
参 考文献 [ 1 ] ∀化工环境保护设计手册# . 北京: 化学工业出版社, 1998. [ 2 ] ∀有色金属工业废水治理# . 北京: 中国环境科学出版社, 1991. [ 3 ] ∀重金属废水处理# . 北京: 化学工业出版社、环 境科学与工程出
2 1 2 PM2 5 切割器捕集效率研究
用美国 TSI 公司生产的 3050 型振动孔单分散相
粒子发生器产生标准颗粒物, 粒径分别为: 1 7、2 0、
2 3、2 5、2 7、3 0 m。将标准球 形颗粒物送 入捕集
室, 经 PM2 5切割器进行采样, 通过荧光分光光度计分
析得到 PM2 5 切割器捕集效率实验数据见表 2。
表 2 各处理单元总砷 及 pH 值监测结果
项目
调节池
pH 值
3 12~ 3 66
总砷 ( mg∃L- 1 ) 692~ 768
氧化
中和
沉淀器
过滤器
反应出水 反应出水
出水
出水
2 17~ 2 20 7 52~ 7 58 6 93~ 7 02 8 52~ 8 83 537~ 560 0 197~ 0 211 0 105~ 0 108 0 101~ 0 124
2. 29
0. 02
0. 87
10
2. 31
0. 02
0. 87
15
2. 31
0
0
表 3 中比例是单位时间采样量与总采样量的比 值, 反映了颗粒物再悬浮采样器单位时间捕集量随时 间的变化趋势。由表 3 数据可知, 采样时间为 15 min 和采样时间为 10 min 的采样量相同, 即在 10~ 15 min 这段时间内, 并没有再采集到颗粒物, 表明在 50 s 内 将 2 g 颗粒物送入再悬浮箱后, 经过 10 min 的采样时 间就已经将颗粒物完全采集干净。
表 1 PM10切割 器平均捕集效率实验数据
空气动力学 直径 m
捕集效率 %
空气动力学 直径 m
捕集效率 %
5
3. 40
13
78. 90
7
20. 00
15
88. 50
9
39. 60
17
93. 40
10
51. 40
对上述试验数据进行回归分析, 得到 PM10 切割
环境工程
68
2006 年 10 月第 24 卷第 5 期
根据以上结果, 对郑州市花园路北段交通尘进行 ( 下转第 81 页)
环境工程
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81
压滤, 最后送回供应砷酸的单位进行处置。 2 2 3 主要设备及构筑物
各设备及构筑物参数见表 1。
表 1 各设备及构筑物参数
项目
调节池
氧化 中和 沉淀器
反应池 反应池
池容 m3
再悬浮采样器单位时间的捕集量随采样时间的 增长在不断下降, 下降趋势可以分成 3 个阶 段, 第 1 阶段是 0~ 4 min 的采样时间段, 在此时间内, 单位时 间捕集量急剧下降, 在该段时间, 采样器的捕集量已 经达到总采样量的 84 4% 。第 2 阶段是 4~ 7 min 的 采样时间段, 在此时间段内, 单位时间内捕集量相对 稳定, 在 4% 左右变动, 颗粒物 的捕集量已经达到总 采样量的 96 9% , 经过该阶段的采样, 可以认为已基 本完成了采样工作。第 3 阶段也属于平稳采样阶段, 但由于此时的采样效率非常低, 单位时间采样效率在 1% 以下, 所以在一般情况, 可以认为采样已经结束。
表 3 其它指标监测结果
mg L
项目 进水 出水
CODCr 1 55 ! 103~ 1 67! 103
96 1~ 100
苯胺类 665~ 866
< 0 03
SS 175~ 217 93~ 111
4 结论 该项目采用 Fenton 试剂和石灰中和铁盐沉淀法,
成功地解决了含有机胂化工废水的治理, 达到了预期 目标, 成功地将水力搅拌应用于水处理中, 并将砷进 行回收, 减少了砷对环境的污染。
颗粒物再悬浮采样器包括送样系统、再悬浮箱、 切割器以及采样气路, 其中送样系统是将已干燥、筛 分好的颗粒物进行悬浮并送至再悬浮箱中和洁净空 气混合, 为颗粒物再悬浮采样器提供采集样品。再悬 浮箱是悬浮颗粒物的容纳场所, 通过顶部 4 个均匀分 布的开口向采样器提供 160 L min 的洁净空气。切割 器是进行分级采样的执行元件, 由不同切割头来完成 对 PM10 和 PM2 5 的采样。采样气路则是采样器的动力 来源, 通过一系列气动元件, 保证切割器的流量满足 准确计量 20 L min。颗粒物再悬浮采样器的结构见 图 1。 2 颗粒物再悬浮采样器应用 2 1 捕集效率研究
=
725. 36- 980. 08dp+
428.
00d
2 p
-
57.
195
d
3 p
( 2)
PM2 5 切割器的切割粒径为 2 43 m, 与理想 PM2 5
切割器所要求的 2 5 m 的切割粒径存在 一定的差
异, 切 割 粒 径 绝 对 误 差 为 0 07 m, 相 对 误 差 为
2 8% , 在其允许范围内( d50 = 2 5 0 2 m) 。PM2 5
表 2 PM2 5 切割器平均捕集效率实验数据
空气动力学 直径 m
捕集效率 %
空气动力学 直径 m
捕集效率 %
1. 7
14. 70
2. 5
51. 30
2. 0
20. 60
2. 7
77. 60
2. 3
40. 60
3. 0
92. 00
对上述试验数据进行回归分析, 得到 PM2 5 切割
器捕集效率的回归方程式( 2) 。
颗粒物再悬浮采样器通过切割器的不同尺寸设 计对不同粒径的颗粒物进行分级采样, 颗粒物再悬浮 采样器的工作性能集中表现在切割器的捕集效率曲 线上, 捕集效率曲线与颗粒物直径是一种函数关系, 捕集效率曲线描述了冲击板捕集的任一尺寸颗粒物 的百分比。
1 采样泵; 2 总流量计; 3 过滤器; 4 采样气路; 5 支架; 6 分支流量计; 7 真空表; 8 采样平台; 9 切割器; 10 再悬浮箱; 11 送样气路; 12 平板; 13 送样瓶; 14 送样泵。 图 1 颗粒物再悬浮采样器结构示意图
器捕集效率的回归方程式( 1) 。
=-
7.
45-
4.
5621 d p+
1.
6388d 2p-
ຫໍສະໝຸດ Baidu0.
0602d
3 p
( 1)
PM10 切割器的切割粒径为 9 94 m, 和标准 PM10
切割器要求的 10 m 的切割粒径有一定的误差, 其绝
对误差为 0 06 m, 相对误差为 0 6% , 在 PM10 切割器
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