Измерение PM2.5: старые и новые методы

ТЧ или загрязнение частицами представляют собой микроскопические аэрозоли, частицы пыли и капли воды, взвешенные в воздухе или атмосфере. Известно, что они наносят различный вред, вызывая различные сердечно-респираторные расстройства и обострение респираторных заболеваний, таких как астма, бронхит, пневмония и т. д. Вдыхание воздуха, загрязненного PM2.5, может вызвать раздражение глаз, носа, горла и дыхательных путей. . Поэтому нам необходимо знать различные методы измерения PM2.5, особенно в районах с повышенной восприимчивостью к выбросам пыли.

«PM2,5 определяется IARC и ВОЗ как канцероген группы 1. Следовательно, считается наиболее опасной формой загрязнения воздуха».

— IARC а также WHO

Введение

Твердые частицы – это мелкие микроскопические или наночастицы, взвешенные в воздухе. Они могут быть летучими, полулетучими, нелетучими, жидкими или твердыми. Эти частицы способны проникать глубоко в наши легкие при дыхании, а затем попадать в кровоток. Всемирная организация здравоохранения установила некоторые пределы концентрации PM2.5. Следовательно, качество воздуха, превышающее эти пределы, считается вредным для вдыхания. Точно так же различные органы власти в Индии установили некоторые стандарты для измерения и контроля избыточной концентрации PM2.5, особенно на электростанциях, производственных предприятиях, строительных и сносных работах и ​​во многих других подобных видах деятельности. Таким образом, измерение PM2.5 становится необходимым для соблюдения стандартов. Мониторинг и измерение PM2.5 также важны для поддержания здоровья рабочих и персонала.

Агентство по охране окружающей среды определяет мелкие твердые частицы как частицы диаметром менее или равные 2.5 мкм, которые можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

• Строительные площадки, пожары, фабрики, электростанции, дымовые трубы, грунтовые дороги и автомобили — все это выбросы PM2.5.
• Из-за проникающей способности микроскопических частиц опасность для здоровья возрастает по мере уменьшения размера частиц.
• Внедрение руководящих принципов и стандартов качества воздуха во всем мире для мониторинга и контроля PM2.5.
• Этот анализ проводится OSHA, EPA, ASTM и NIOSH.

Что такое отбор проб воздуха?

Отбор проб воздуха — это любой метод отбора репрезентативного объема воздуха и анализа его химического, твердофазного или радиоактивного загрязнения. Этот репрезентативный объем воздуха -> для расчета концентрации загрязнения на единицу объема. Сравните это значение с различными рекомендациями и стандартами. Мы количественно оцениваем загрязнение воздуха путем отбора проб воздуха и мониторинга.

Какая потребность в отборе проб воздуха, мониторинге и измерении PM2,5 и других загрязнителей воздуха?

• Для выявления и анализа источников загрязнения воздуха.
• Для оценки воздействия на окружающую среду электростанций и производственных выбросов.
• Для обнаружения опасных частиц и загрязняющих веществ в воздухе на работе.
• Изучить выбросы от транспортных средств и продуктов.
• За соблюдение всех вышеупомянутых государственных стандартов и правил.

Критерии тестирования для измерения PM2,5 и PM10 (пыль) Агентства по охране окружающей среды США

Рабочий процесс мониторинга воздуха

Образцы собираются в вакууме на фильтре или смоле, далее обрабатываются путем очистки фильтра, экстракции или озоления, а затем оцениваются с использованием гравиметрических методов, микроскопии или оборудования.

Здесь показан типичный подход для различных аналитических методов с использованием проб воздуха.

1. Сбор/подготовка проб – пробы собираются на фильтре с помощью смолы или вакуума.

• Гравиметрический анализ — использует фильтры с предварительно взвешенными или согласованными весами.
• Mouldvac через СМИ. Другими словами, используйте альтернативную технику тампона, салфетки, ленты, чашки с агаром.

2. Базовые приготовления

• Гравиметрический – это наиболее широко используемый метод измерения и, следовательно, анализа концентраций ТЧ. Кроме того, он использует сушку (MCE), ПВХ, стекловолокно, кварц и т. Д.
• Микроскопические. Микроскопические частицы, такие как частицы размером от долей микрона до сотен микрон, имеют решающее значение для ряда процессов, включая промышленное управление производством аэрозолей и контроль примесей. Твердые частицы с меньшим средним диаметром более 10 мкг/м3 (также известные как частицы PM10) могут оказывать серьезное негативное воздействие на здоровье человека, вызывая дополнительные проблемы со здоровьем и вызывая такие заболевания, как астма.

3. Анализ

• Анализ данных, измеренных различными ручными методами. Анализ для дальнейшего сравнения.
• Предварительное и последующее взвешивание фильтров до и после отбора проб.
• Размер и подсчет частиц

Методы измерения PM2.5

По данным ВОЗ, загрязнение воздуха ежегодно убивает 7 миллионов человек. К счастью, большинства респираторных заболеваний можно избежать, улучшив качество воздуха. Однако для обеспечения соблюдения ограничений и требований к чистоте воздуха необходимо проверять и контролировать качество воздуха. Все нижеперечисленные методы измерения пыли традиционно используются CAAQMS, которые до сих пор используются в различных отраслях промышленности и государственных учреждениях.

1. Гравиметрический метод-

Сбор и измерение PM2.5 (твердых частиц) путем гидратации с последующим гравиметрическим анализом и количественным определением является одним из наиболее широко используемых методов измерения загрязнения воздуха. Такие испытательные станции можно найти у поставщиков двигателей внутреннего сгорания, двигателей автомобилей, самолетов, кораблей и грузовиков, среди прочего. Есть также экологические испытательные станции, которые фильтруют воздух для определения уровня загрязнения. Изучение этих фильтров необходимо, независимо от того, где выполняется фильтрация. Это означает, что твердые частицы на фильтрах должны быть правильно взвешены. Для этого требуются максимально точные балансы. Образцы собираются вручную, а затем доставляются в лаборатории для дальнейшего анализа.

• Проблемы при использовании гравиметрического метода:

(i) Точное обращение и взвешивание огромного количества фильтров.

(ii) Правильная маркировка и обращение с пробами во избежание путаницы и ошибок.

(iii) Во избежание загрязнения необходима чистая комнатная среда.

(iv) Крайне важно правильно настроить фильтры.

(v) Важно правильно обрабатывать и анализировать большие объемы данных.

(vi) Меньшие размеры выборки возникают из-за более строгих правил, которые требуют более точного баланса.

2. Затухание бета-излучения-

BAM — это устройство непрерывного мониторинга качества окружающего воздуха, в котором используется метод ослабления бета-излучения, работающий в режиме реального времени. Использование этого устройства — для измерения PM2.5 и PM10 для пользователей, властей и всех, кто интересуется данными о качестве воздуха. По сути, пользователь меняет эту фильтрующую ленту внутри БАМ каждые 2-3 месяца.

• Как это работает?

Впускное отверстие для отбора частиц по размерам расположено в верхней части прибора, которая обычно выступает через крышу корпуса мониторинга. Поскольку нам необходимо количественно определить микроскопические твердые частицы, он отделяет огромные крупные частицы (меньше PM10). Затем, после активации насоса, связанного с БАМ-> проталкиванием огромного объема воздуха через входную головку. Гравиметрически нарисованные крошечные частицы (менее 10 мкм) -> на фильтрующей ленте.

BAM собирает данные за 1 час. Мы измеряем бета-затухание в конце каждого часа. Чем больше твердых частиц оседает на ленте в течение часа, тем меньше затухание сигнала. Датчик может рассчитать массовую концентрацию PM10 или PM2.5 в течение часа.

3. TEOM

TEOM означает колеблющиеся микровесы с коническим элементом. Использование. Это метод непрерывного измерения загрязнения воздуха частицами. Он имеет встроенный прибор с приводом катушки и размер селективного входа. Поэтому для отбора проб общего количества взвешенных частиц. Воздух проходит через фильтр на конце конусообразной колеблющейся стеклянной трубки. Следовательно, изменение частоты напрямую связано с массой накопленных ТЧ.

• Как это работает?

Драйвер катушки пульсирует против магнита на коническом элементе, чтобы инициировать колебательное движение. Противоположные магнитные поля поддерживают собственные колебания. Таким образом, проба воздуха начинает проходить через систему. Частицы собираются на фильтре, установленном на верхней части чирка. Со временем масса частиц увеличивается и давит на чирок, уменьшая частоту колебаний. Датчик Холла измеряет изменение частоты.

Измерение и мониторинг ТЧ (твердых частиц)

Внедрение новых технологий для преодоления недостатков традиционно используемых методов расчета ПМ.

ЛАЗЕРНЫЕ ДАТЧИКИ ТВЕРДЫХ ДАТЧИКОВ работают на основе концепции оптического рассеяния света под углом 90°. Отражение света к датчику, попадающего в апертуру зеркала под углом 90°. Пока есть отражение света, фотодиод регистрирует импульс. Преобразование полученного таким образом электрического сигнала в концентрацию твердых частиц.

Поскольку все больше и больше людей узнают о качестве воздуха. Сегодня приложения для мониторинга качества воздуха не ограничиваются только промышленным и фабричным использованием. Следовательно, они более заинтересованы в том, чтобы узнать о качестве воздуха вокруг своего дома и рабочего места.

Знакомство со многими различными методами измерения и мониторинга различных параметров качества воздуха. Например, рассеяние света под углом 90°, электрохимическое зондирование, датчики NDIR, датчики оксидов металлов (MOS) и т. д.

Это повысило спрос на доступные и точные мониторы качества воздуха. Поэтому многие компании, в том числе Prana Air, взяли на себя задачу предоставить доступные мониторы и датчики качества воздуха и удовлетворить будущие потребности клиентов.

Технология, использовавшаяся в прежние времена, является точной, но чрезвычайно дорогостоящей и, следовательно, недоступной для широкой публики. Кроме того, они требуют большой площади для развертывания, плюс затраты на обслуживание. Кроме того, данные доступны через 8-24 часа. После этого данные доступны на государственных сайтах и ​​доступны для просмотра широкой публике.

Но современные технологии преодолевают все эти недостатки. Это:

Плюсы методов нового века:

1. Маленький и удобный, следовательно, легко переносимый
2. Низкая стоимость и удобный карман
3. Доступность данных и их анализ на персонализированной приборной панели.
4. Высокая точность
5. Нет таких затрат на обслуживание
6. Различные мониторы и датчики на основе требований заказчика.
7. Мониторинг данных в режиме реального времени
8. Исторический анализ и анализ в реальном времени проще.
9. На выбранных устройствах отображается более одного параметра загрязнения воздуха.
10. Калибровка и мониторинг занимают несколько секунд.

Тестирование твердых частиц: традиционные и новые методы

Источники:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Particulate_pollution#:~:text=Particulate%20matter%20(PM)%20is%20generally,particles%202.5%20%CE%BCm%20and%20smaller.
2. https://www.cdc.gov/niosh/mining/UserFiles/works/pdfs/poalsd.pdf
3. Image sources: https://www.mdpi.com/2077-0472/12/7/1038/htm ; http://bit.ly/3Axu0LD ; http://bit.ly/3VctRp4 ; http://bit.ly/3UW0urk