輕工業(yè)企業(yè)TSP在線粉塵監(jiān)測儀研究

劉文凱 高芳 李志偉

（河北省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河北石家莊 050000）

顆粒物粒徑小于100 μm的稱為總懸浮物顆粒物（TSP）；粒徑小于10 μm的稱為可吸入顆粒物（PM10）；粒徑小于2.5 μm的稱為細(xì)顆粒物（PM2.5）。大氣中TSP的組成非常復(fù)雜，而且變化大[1,2]。TSP是大氣環(huán)境中主要污染物，中國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按不同功能區(qū)分為3級，規(guī)定了TSP年平均濃度限值和日平均濃度限值。TSP的來源分為人為源和自然源，人為源主要為燃煤、燃油、工業(yè)生產(chǎn)過程等人為活動(dòng)排放出來的；自然源主要為土壤、揚(yáng)塵、沙塵經(jīng)風(fēng)力的作用輸送到空氣中形成的。TSP對人體的危害程度主要取決定于顆粒物粒度大小及化學(xué)組成，粒徑越小的顆粒物對人體危害越大，粒徑超過10 μm的顆粒物可被鼻毛吸留，也會(huì)隨氣流附著皮膚引起皮膚炎，或進(jìn)入眼睛引發(fā)眼結(jié)膜炎或造成角膜損傷。而粒徑小于10 μm的可吸入顆粒物可隨人的呼吸沉積在肺部，甚至可以進(jìn)入肺泡、血液[3]。粒徑為1 μm左右的顆粒物可在肺泡上沉積下來，引起肺組織的慢性纖維化，導(dǎo)致肺心病，加重哮喘病，引起慢性鼻咽炎、慢性支氣管炎等一系列病變，嚴(yán)重的可危及生命。鑒于大氣顆粒物監(jiān)測的必要性和緊迫性，準(zhǔn)確地采集大氣顆粒物十分重要。了解當(dāng)今大氣顆粒物的監(jiān)測方法和手段，有助于大氣環(huán)境科學(xué)更快更好地發(fā)展。

1 TSP在線粉塵監(jiān)測儀工作原理

按檢測原理分類，輕工業(yè)企業(yè)主流TSP在線粉塵監(jiān)測儀（以下簡稱TSP監(jiān)測儀）主要分為兩種，分別為激光散射法和β射線吸收法?；诠馍⑸湓淼腡SP 粉塵在線監(jiān)測儀受環(huán)境溫度、顆粒物大小形狀、密度及成分等因素的影響較大，使其不適合用于質(zhì)量濃度檢測（適用于顆粒物粒徑檢測）[4]。

1.1 激光散射法（后散射）

激光散射法（后散射）TSP監(jiān)測儀工作原理是當(dāng)光照射在空氣中懸浮的顆粒物上時(shí)產(chǎn)生散射光，在顆粒物性質(zhì)一定的條件下，顆粒物的散射光強(qiáng)度與其質(zhì)量濃度成正比，通過測量散射光強(qiáng)度，求得顆粒物質(zhì)量濃度[5]。

1.2 β射線吸收法TSP監(jiān)測儀工作原理

β射線吸收法TSP監(jiān)測儀的工作原理為采用低活度14C放射源自然衰變放射的β射線電子流，當(dāng)它穿過顆粒物時(shí)部分能量被顆粒物吸收導(dǎo)致強(qiáng)度衰減[6]。低能量β射線的衰減量大小僅與吸收物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，而與吸收物質(zhì)的其他物理特性（如顆粒物分散度、顏色、光澤、形狀等）無關(guān)，通過測量β射線的衰減量大小來計(jì)算大氣中顆粒物的質(zhì)量濃度。

2 兩種TSP在線粉塵監(jiān)測儀相關(guān)規(guī)定概述

針對不同型號TSP在線粉塵監(jiān)測儀的監(jiān)測原理，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其做了不同的規(guī)定，本文從計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)三方面進(jìn)行分析。

2.1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

JJG 846-2015《粉塵濃度測量儀檢定規(guī)程》的適用范圍為光散射式數(shù)字粉塵測量儀及其他原理的粉塵濃度測量儀。即光散射法監(jiān)測儀、β射線法監(jiān)測儀均適用于本檢定規(guī)程。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定示值誤差應(yīng)不超過20%；示值重復(fù)性應(yīng)不大于10%，對光學(xué)原理的粉塵儀，若采用標(biāo)準(zhǔn)透光膜板測試，其示值重復(fù)性應(yīng)不大于2%。

2.2 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

HJ653-2013《環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》，規(guī)定其所配備監(jiān)測儀器的測量方法為β射線吸收法或者微量震蕩天平法。由于TSP和PM10、PM2.5同屬于大氣顆粒物，β射線吸收法TSP監(jiān)測儀參考此方法標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求、性能指標(biāo)和檢測方法都作了詳細(xì)的規(guī)定（如表1所示），通過與參比方法測試結(jié)果的斜率、截距和相關(guān)性對性能指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范，可在較大程度上保證數(shù)據(jù)的可靠性。

表1 標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境空氣顆粒物連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)所作規(guī)定

2.3 地方標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

目前，河北省揚(yáng)塵在線監(jiān)測儀執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為DB13/T 2935-2019《揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的揚(yáng)塵在線監(jiān)測儀包含符合HJ 653的β射線法監(jiān)測儀及光散射法監(jiān)測儀兩類，但其中對相關(guān)系數(shù)和平行性的要求等方面，光散射法監(jiān)測儀要低于β射線法監(jiān)測儀，如表2所示。

表2 兩種原理監(jiān)測儀的技術(shù)指標(biāo)

3 市場情況調(diào)研

3.1 部分輕工業(yè)企業(yè)TSP在線粉塵監(jiān)測儀選用情況調(diào)研

通過對河北省內(nèi)24家輕工業(yè)企業(yè)TSP在線粉塵監(jiān)測儀選用情況進(jìn)行調(diào)研，18家選用柏美迪康環(huán)境科技股份有限公司生產(chǎn)的激光粉塵儀；3家選用天津易智時(shí)代科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的TSP粉塵儀；3家選用河北先河環(huán)?？萍脊煞萦邢薰旧a(chǎn)的TSP粉塵儀。以上輕工業(yè)企業(yè)選用的TSP粉塵儀以光散射原理為主。柏美迪康環(huán)境科技股份有限公司在線粉塵監(jiān)測設(shè)備在河北省輕工業(yè)企業(yè)中市場份額占比較大。

同時(shí)調(diào)研了全國其他相關(guān)單位采購的TSP在線粉塵儀性能情況，選用的TSP粉塵儀也是以光散射原理為主，本文將不同設(shè)備廠家TSP粉塵在線檢測儀的基本特點(diǎn)進(jìn)行了匯總，如表3所示。

表3 無組織TSP粉塵在線檢測儀性能調(diào)研

3.2 結(jié)果分析

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)行市場調(diào)研，對光散射法及β射線吸收法TSP粉塵在線監(jiān)測儀的檢測原理、測量精度、價(jià)格區(qū)間、綜合性能等方面進(jìn)行對比，總結(jié)出5點(diǎn)內(nèi)容。

（1）調(diào)研可知現(xiàn)階段安裝無組織TSP粉塵在線監(jiān)測儀的分析原理以光散射（激光后散射）原理為主，少部分設(shè)備分析原理為β射線吸收法。但查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)光散射法易受顆粒物性質(zhì)、現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)影響較大，測量精度較低，只能反映環(huán)境中顆粒物濃度變化趨勢[7-9]；β射線吸收法作為環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測站國標(biāo)分析方法之一，測量精度相對較高，誤差一般在5%～10%之間，較為準(zhǔn)確。

（2）TSP粉塵在線監(jiān)測儀分析量程可以根據(jù)客戶選擇進(jìn)行配置，一般分為（0～10）mg/m3、（0～30）mg/m3、（0～50）mg/m3、（0～100）mg/m3。

（3）β射線吸收法原理TSP粉塵在線監(jiān)測儀價(jià)格高于光散射原理設(shè)備，一般品牌的光散射原理設(shè)備約1萬元～2萬元每臺，知名品牌的約2萬～3萬每臺；β射線吸收法原理設(shè)備3萬～4萬元每臺。

（4）每臺設(shè)備均可聯(lián)網(wǎng)至企業(yè)內(nèi)部無組織排放管控治一體化平臺和手機(jī)App客戶端，實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（5）目前大部分企業(yè)安裝的TSP粉塵在線監(jiān)測儀由企業(yè)自主管理運(yùn)行，還沒有委托有資質(zhì)第三方運(yùn)維公司進(jìn)行運(yùn)維，儀器運(yùn)維質(zhì)控和數(shù)據(jù)質(zhì)量無法保障。

4 結(jié)束語

本文通過研究常用的兩種TSP在線監(jiān)測儀激光散射法和β射線吸收法的原理、性能及市場使用情況，通過比較不同TSP在線監(jiān)測儀的優(yōu)缺點(diǎn)，對TSP在線粉塵監(jiān)測及監(jiān)測儀的選擇提出如下建議。

（1）建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺，將TSP粉塵在線監(jiān)測儀聯(lián)網(wǎng)，通過在線平臺監(jiān)督發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題，遠(yuǎn)程指揮第一時(shí)間整改，并限期將現(xiàn)場整改情況進(jìn)行反饋；

（2）制定TSP粉塵在線監(jiān)測儀運(yùn)維管理機(jī)制，鼓勵(lì)企業(yè)將TSP粉塵在線監(jiān)測儀委托給第三方運(yùn)維公司進(jìn)行運(yùn)維管理；

（3）基于光散射原理的TSP粉塵在線監(jiān)測儀會(huì)受環(huán)境濕度、顆粒物大小、形狀、密度及成分等因素影響，使其不適合用于質(zhì)量濃度檢測，尤其不適于大于10 μm以上的大顆粒檢測[10,11]。該方法用于TSP監(jiān)測時(shí)，數(shù)據(jù)干擾因素較多，偏差較大，不能真實(shí)反映顆粒物濃度。

目前國控點(diǎn)和省控點(diǎn)的環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)采用μg/m3的質(zhì)量濃度為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為了明確河北省的有組織及無組織顆粒物排放對環(huán)境空氣評價(jià)的影響，建議使用與國控和省控站一致的β射線吸收法原理TSP粉塵在線監(jiān)測儀，保證數(shù)據(jù)可比性，有利于實(shí)現(xiàn)有組織及無組織顆粒物排放的精準(zhǔn)管控。