基于便携式检测仪的空气PM2.5浓度监测与分析 |
引言
随着目前电力、石油、汽车、化工等高感染、高耗能行业的飞速发展，越来越多的二氧(Oxygen)化碳、二氧化（oxidation)硫、粉尘等排放物注入到大气中，造成空气质量的急剧下降[1-2]。目前关注最多的，影响最大的就是PM2.5的问题。PM2.5是指直径小于或等于2.5微米的细颗粒物，其最大的特性是可以进入人体的肺泡细胞，进入血液循环，对人体健康可以造成巨大的威胁。最近两影响最大的就是的PM2.5的问题，曾经一度爆表，对首都的空气质量、交通、各个行业的正常运转造成了巨大的负面影响。目前全国各大城市无一幸免，都或多或少的存在着PM2.5的威胁问题。如何对PM2.5进行有效的监测以及基于监测数据分析PM2.5的特点和规律，对于将来了解及治理PM2.5问题是非常重要和关键的[3]。
目前国内外对于PM2.5的研究起于初始阶段，很多概念和方法仍在初步的探索当中，各个国家工业发展的历史不同，对于PM2.5的认识尽相同，随着民众健康和环保意识的增强对空气质量越发关注，PM2.5话题迅速升温。常州环境检测中心是指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。环境监测的主要手段包括物理手段、化学手段、生物手段。在世界一些发达国家和地区，得益于成熟的大气环境监测（Food Monitor)网络和健全的大气环境信息公开制度，改善空气质量的成效显著。美国在1997率先提出监测PM2.5标准。截至底，美国和欧洲联盟(European Union)等主要发达国家已将PM2.5纳入空气质量标准并进行强制性标准限制。如今，在伦敦、纽约、洛杉矶、东京和墨西哥城等大城市，地方政府都会监测 PM2.5数据，相关(related)数据都会及时向民众公布[4-6]。
因此本文主要研究PM2.5浓度监测方法以及基于监测数据（data)得出的一些分析结论。
1、PM2.5基本介绍
1.1基本概念
PM2.5就是细颗粒物。在空气动力学的概念(Idea)当中，细颗粒物是指的直径小于或者等于2.5微米颗粒物体。它的特征就是能长时间悬浮于空气当中，它的感染程度是与其浓度成正比的。PM2.5在空气中的含量不大，但是对空气能见度和质量却有着十分重要的影响。它活性强，容易携带有害物质，因此能对人体健康造成巨大威胁[7-8]。20132月，全国的科学技术名词审定委员会正式将PM2.5的中文名称定为细颗粒物。细颗粒物在化学成分上主要包括以下部分：有机碳(C)（OC）、元素碳（EC）、以及硫酸（化学式：H2SO4）盐。铵盐、钠盐和氨氮水(Nitric acid)盐等盐类[9-10]。
1.2PM2.5的空气质量新标准
目前采用最为广泛的就是PM2.5检测网公布空气质量新标准，24小时平均值标准分布如是84.5，雨天检测的结果是48，阴天的检测结果是111，而风天的检测结果是63。虽然风天检测的结果与风的大小相关，雨天的检测结果与雨的大小相关，晴天的检测结果与太阳的照射程度相关，但是总体趋势是雨天的PM2.5浓度最小，其次是风天，再就是晴天，浓度最大的是阴天。其原因是，雨天下雨的时候有利于空气的清洁，能带走一部分细颗粒物，风天的时候，刮风能带走一部分颗粒物，最明显的就是地区每次大风之后，颗粒物的浓度下降非常多。晴天条件下，因为没有雨水的洗刷作用以及风的作用，所以PM2.5的浓度比雨天和风天下大一些。PM2.5浓度最大的就是阴天，主要是因为阴天条件下，空气湿度比较大，不利于PM2.5的扩散，容易使PM2.5形成和沉积。
3.2不同环境下PM2.5的浓度
针对某个城市的不同环境状况下的PM2.5浓度进行检测，假设其它的因素都相同，包括季节、周边环境、温度、时段等等都相同，单纯考虑不同的气候状况下PM2.5的浓度。其考虑的场所主要为火电厂，公园，马路三处场所。公园里面树木较多，马路上车辆较多。下面比较几组测量结果，其测量结果如表4所示：（单位ug/m3）
通过检测可以发现，在同等条件下，电厂环境下的检测结果平均值（The average value)是193，马路环境下的检测结果平均值是98，公园环境下的检测结果平均值是50。因此可以看出，电厂检测的空气质量最差，马路边检测结果次之，检测结果最好的就是公园里。电厂、马路、公园三个环境是三种典型的代表。电厂代表的是工厂类，马路边代表的是汽车尾气排放的环境，公园代表的是利于空气净化的环境。由此可以看出，电厂对于PM2.5的共享程度大于汽车尾气，其原因是因为电厂排放大量的二氧化硫（化学符号：S）和粉尘。火电厂的燃料是煤，煤的不完全燃烧和肆意排放会给空气质量带来比较恶劣的影响。其次就是汽车，汽车尾气排放二氧化硫、一氧化氮等排放物，对于空气中PM2.5的贡献量也比较大。相反，森林等环境下，空气质量最好，原因就是绿色植物有利于PM2.5颗粒物的沉降和分解。
3.3不同季节条件下PM2.5的浓度
针对某个城市的不同环境状况下的PM2.5浓度进行检测(检查并测试)，假设其它的因素都相同，考虑春夏秋冬四个季节。下面比较几组测量结果，其测量结果如表5所示：（单位ug/m3）
通过检测可以发现，春季的检测结果是85，夏季的检测结果是48，秋季的检测结果是86，冬季的检测结果是114。常州环境检测中心是指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。环境监测的主要手段包括物理手段、化学手段、生物手段。可以看出夏季的空气最好，春季和秋季的空气质量次之，两者差不多；空气质量最差的是冬季。这和冬天PM2.5浓度往往较大的现象相吻合。其原因就是温度因素以及气候变化特性对PM2.5浓度的影响较大，还有一点就是冬季北方大多燃烧暖气，火电厂发电较多，因此导致(cause)大量的燃煤燃烧，使得PM2.5浓度急剧上升，这一点在我国北方表现尤为明显。此时，随着北风南下，会导致南方的PM2.5浓度也随着提高。夏季的时候，是丰水季节，一般依靠水力发电，会减少火电机组的发电，这样燃煤会减少，比较利于空气质量的提升。而春节和秋季往往是介于冬季和夏季之间的水平。
4、结论
本文利用便携式PM2.5检测装置对不同气候条件下，不同环境条件下，不同季节条件下的PM2.5浓度进行了检测，根据检测结果进行了统计对比分析。其分析的结论是PM2.5的影响因素比较多。主要的影响因素是化工厂、电厂、汽车尾气、绿化等因素有关。影响PM2.5的客观条件就是气候因素，包括雨天、风、晴天、阴天等等。
通过(tōng guò)本文的基于便携式PM2.5浓度检测(检查并测试)的结果以及对比分析的图表数据，可以分析影响PM2.5浓度本质的原因在哪里。
大气中PM2.5浓度与风速、气温、降水等因素有关。
风速：风速较大时，可以降低PM2.5浓度；反之，PM2.5容易积聚。
气温：近地面气温较高时，大气对流作用加剧，可以降低（reduce)PM2.5浓度；反之，大气出现逆温层时，PM2.5不易扩散。
降水：降水有利于降低（reduce)PM2.5浓度。利于水汽凝结，形成云雾和降水；削弱部分太阳辐射(Radiation)和阻挡地面辐射，影响气温；感染大气，降低能见度。另外风雨可降PM2.5浓度风雨会有效降低PM2.5浓度。下雨天，雨水会把空气中的PM2.5“带”下来，使空气变得干净。大风天，虽然影响出行，但有利于空气质量改善。在风的作用下，PM2.5浓度得到稀释，空气质量也会提升。
关于工厂周边以及马路边PM2.5浓度较高的原因是因为，工厂周边及马路上排放大量的二氧(Oxygen)化硫（化学符号：S）、粉尘（形态：固体微粒）等污染物，这些是导致PM2.5形成的根本因素。因此结合本文的研究（research)结论可以知道，PM2.5形成的因素是复杂的、多元化的。
本文的检测方法和检测结论对于PM2.5的研究具有十分重要的意义。常州环境检测中心是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。
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