环境空气降尘采样及测定方法研究进展

环境空气降尘采样及测定方法研究进展

1刘传鹏 2高艳玲

1河南中溯计量检测技术有限公司 河南郑州 450000

2河南宏达检测技术有限公司 河南郑州450000

摘要：大气降尘是指自然落到地面的空气颗粒物，大部分粒径在10μm以上。计量单位是一定时间内单位面积的地表沉降物质的量，用t/(km²·30d)表示。我国大气降尘常规监测由环保部门完成，是大气环境质量监测项目之一。1986年，国家环保总局制定的《环境监测技术规范(第二册)》大气和废气部分明确规定要测量降尘量。随着北方沙尘天气发生频率和危害程度的增加，大气降尘的研究越来越受到重视。现有环境部门使用的监测方法是否需要适当调整和改进是本文的主要内容。

关键词：环境空气降尘采样；测定方法；研究进展；

引言

我国对降尘量逐步改善有了更高要求，亟待开展环境空气采样及测定方法研究，以满足当前降尘污染成因研究及连续自动监测的需求。首先，研究国内外降尘污染现状，收集我国近30年的降尘量数据，分析降尘量年际变化和空间分布特征，对比国内外近10年降尘量，明确我国与国外的差距；其次，综述国内外降尘采样方法研究进展，寻求可初步识别降尘污染成因的降尘采样方法；第三，综述国内外降尘测定方法研究进展，探索可提高降尘量数据时间分辨率的降尘测定方法。最后，对降尘采样及测定方法进行展望，以期为开展降尘污染成因提供技术支撑。

一、降尘采样方法研究进展

（一）国内外标准降尘采样方法

降尘中包括干沉降物质和湿沉降物质。其中，干沉降指当不发生降水时，环境空气中的颗粒物受重力作用由大气自然沉降到地面的过程；湿沉降指当发生降水事件(包括雨、雪、雹、雾滴等)时，雨滴吸附并携带环境空气中颗粒物沉降到地面的过程。降尘采样方法包括干法采样和湿法采样。其中，干法采样指不在集尘缸内加液体，采样期间如遇雨雪天气，集尘缸内有水时也是湿法采样，而且容易造成降尘样品腐烂或滋生藻类；湿法采样指在集尘缸内加乙二醇或其他物质的蒸馏水溶液，提高降尘采集效率，同时防止滋生藻类和结冰。

（二）国际标准采样方法

国际标准ISODP4222-2规定的降尘采样方法也是湿法采样，集尘缸为内径20cm、深(40±0.1)cm的平底圆桶容器。采样前在缸内加入(0.5～5)L蒸馏水和5%(V/V)甲氧基乙醇溶液，空气中可沉降的颗粒物沉降在装有甲氧基乙醇水溶液做收集液的集尘缸内。集尘缸口高于地面(1.8±0.2)m。在集尘缸口上部10cm高度处安装直径40cm的防鸟环，防鸟环金属丝直径为(4～6)mm。

二、降尘采样方法创新与发展

（一）干湿降尘采样技术

粉尘沉降的主要监测方法大致可分为湿法和干法，其单位为t/(km²·30d)。诸如湿聚乙烯桶等柱子通常用作样品采集器，蒸馏水或乙二醇则用作样品介质。取样一段时间(通常为1个月)后，采用重力方法对样品进行称重，并根据测量面积将样品换算成点的单位面积和时间单位的粉尘量。干法中，飞盘或玻璃物体载体通常用作样品采集器，泡沫或玻璃球可作为飞盘中的样品介质，玻璃物体载体可直接进行测试，然后按规定方法进行称重，并可按公式计算粉尘量。将直径为12毫米或16毫米的一层或两层玻璃球放在试样的底部以固定灰尘。这种放置玻璃球的方法被认为简单便宜，因此在国外广泛使用。

（二）污染源降尘采样器

为了量化丹麦某燃煤电厂附近居民投诉的扬尘污染问题，2000年研发了1种依靠风向来测定降尘的METDUST(污染源降尘采样器)，它能够测定特定污染源产生的降尘，同时还能测定背景区域的降尘。METDUST由风向传感器、控制单元、2个集尘缸、防尘盖及电机组成，METDUST由风向传感器控制，2个集尘缸并排放置，电机根据风向水平移动防尘盖盖住其中1个集尘缸。当风从污染源吹来时，防尘盖盖住背景集尘缸(B)，污染源集尘缸(S)收集来自污染源的降尘；当风从其他方向吹来时，防尘盖盖住S，打开B收集背景降尘。风向传感器测量地面以上(8～10)m处的水平风向，当风向在新的风区稳定时间达到(5～60)s之后，启动防尘盖水平移动，可避免防尘盖受风向短时振荡的影响，用户可以自己定义风区。通过继电器开关和计时计数器，测量并记录防尘盖在S和B位置的时间。为了更好地识别污染源的影响，在污染源的上下风向各放置1台METDUST。结果表明，在被监测的9个月内有4个月电厂大型煤堆导致下风向的降尘明显增加，是背景降尘量的(2～3)倍，METDUST成为环境主管部门确定“投诉可能性”的有力工具。

（三）多方位降尘采样器

20世纪60年代，英国中央电力研究实验室研发了1种4方位降尘采样器，并于1972年被列为英国标准方法，该采样器由4个塑料管组成，塑料管上有垂直向外的凹槽开口，每个塑料管上的凹槽开口与相邻塑料管的凹槽开口成直角，沉降在管道内的颗粒物被收集到管道下部的容器内。由于该采样器通过垂直面收集降尘，因此一直备受争议。该采样器与传统水平面收集降尘的采样器相比，其降尘收集率会因颗粒物粒径和重量不同而不同。此外，由于采样器结构产生的湍流可能导致颗粒物沉降到对面方向的塑料管中。

（四）不溶性降尘自动采样器

按照国外标准降尘测定方法，降尘分为不溶性降尘和可溶性降尘。2014年，法国巴黎东大学大气系统实验室的Laurent等研发了一种不溶性降尘自动采样器(CARAGA)，CARAGA可以在非人工干预的情况下获得一批降尘样品，可以对偏远地区降尘进行长时间自动采样。通过扩大采样器水平开口面积，将采样周期缩短为(1～14)d，自动采样总时长可达25d至1a，CARAGA可提高降尘量监测数据的时间分辨率，降低降尘采样及测定的工作量。CARAGA顶部是一个0.2m²的圆形开口漏斗，漏斗上沿距地面(2.5～3.0)m。当环境温度低于2℃时，加热带对漏斗壁进行加热。漏斗下端通过管子连接到旋转采样单元上，旋转采样单元上装有25个独立的滤膜收集器。在每个采样周期结束前2h和1h各振动1次漏斗壁，并用100mL纯水或20%的乙二醇水溶液(防止结冰)自动冲洗，以使漏斗上收集的降尘粒子脱落，然后用直径47mm的滤膜过滤收集。每个采样周期更换一张滤膜，滤膜通过重力来过滤漏斗收集的降尘水溶液，不溶性降尘过滤在滤膜上，水溶性物质渗漏回流到纯水桶。对采集的不溶性降尘滤膜样品进行干燥和恒重，最终得到不溶性降尘量。

三、国内外评价标准研究

（一）国内评价标准概述

我国至今没有统一的降尘标准，各省(市、区)环保部门选用的评价方法差异较大。或各地使用国家环保总局(91)089号文件《环境质量报告编制技术规定》中建议的秦岭和淮河以南地区的清洁控制点+3t/(km²·30d)。或者因地制宜制定一个评价的标准值。此外，部分地区还没有降尘的评价标准。

（二）国外评价标准概述

目前，各国(地区)推荐的防尘评估标准都是固定值，大部分都是以年平均值为目标。一些国家(地区)一般从居民的感受角度将标准分为(2 ～ 3)级。国家(地区)标准存在一定的差距，这与当地降尘的程度和当地居民对降尘负担的主观感受有关。但值得一提的是，不同地区粉尘沉降标准主要在5.0t/(km²·30d)和10.0t(/km²·30d)左右，分别表示受人类活动影响较小地区粉尘沉降的程度和城市地区的平均粉尘沉降，即最佳预期值(舒适环境)和城市的平均值(最大可接受程度)。

结束语

我国标准采用直接烘干降尘水溶液的方法来测定降尘总量，国际标准和美国标准采用过滤加烘干含尘滤纸和水溶液的方法来测定水溶性降尘量、不溶性降尘量及总降尘量，水溶性和不溶性降尘量测试方法值得我国标准借鉴。国内外借鉴颗粒物自动采样和连续监测技术对降尘测定方法做了大量创新，研发了降尘量自动采样器、不溶性降尘自动采样器、降尘量连续自动监测仪、水溶性降尘自动监测仪等，其目的都是为了提高降尘量监测结果的时间分辨率，为详细分析降尘量污染成因提供大量监测数据。

参考文献

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