試論PM2.5 監測技術及防控技術

姜楠

（遼寧綠海森源環境檢測有限公司，遼寧 沈陽110000）

空氣中PM2.5 的含量與當地工業規模和排污情況有直接關系。隨著我國工業體系的逐步完善，以及產業結構的深化調整，關于PM2.5 防控的技術研究也越來越多。特別是高精度傳感元件和智能化檢測裝置的推廣使用，實現了空氣中PM2.5 含量的動態監控，同時也為下一步采取防控策略提供了必要的參考。應當認識到，PM2.5 的防控是一項長期、艱巨和持續的工作，不斷嘗試監測技術、防控技術的研究、應用和推廣，才能徹底打贏這場“藍天保衛戰”。

1 PM2.5 的監測技術

1.1 重量法

PM2.5 是直徑小于2.5μm的大氣顆粒物，可以使用一些孔徑在微米級以下的濾膜，將其固定在中空的采樣管內，啟動采樣管一端的吸氣設備，以恒定速度抽取空氣，使空氣定向流動并通過濾膜，這樣就可以從空氣中捕捉這些微小顆粒，然后使用實驗室內專門的稱量工具，獲得這些顆粒的重量，由此來評估和監測空氣中PM2.5 的含量，即為重量法。在運用該方法時，顆粒物的采集方法、實驗室稱量操作、重量計算公式等，均應符合《環境空氣顆粒物（PM2.5）手工檢測方法（重量法）技術規范》（HJ656-2013）中的相關規定。

1.2 β 射線吸收法

研究表明，顆粒物對β 射線有一定的吸收作用。利用這一特性，我們可以通過計算β 射線的吸收量，判斷空氣中PM2.5 的濃度。操作方法為：選取一個中空的采樣管，采樣管中間使用微米級以下的濾膜將其隔開。在采樣管的另一端使用采樣泵抽取空氣，當空氣流過濾膜時，可以在濾膜上獲取一定量的顆粒物。然后在實驗室環境下，使用β 射線分別照射空白濾膜和采樣濾膜，然后對比兩片濾膜對β 射線吸收量的多少，由此得到了空氣中PM2.5 的質量濃度。

1.3 微量振蕩天平法

此種監測方法中核心設備是一臺高精度的質量傳感器。質量傳感器內部有一個空心振蕩錐形管，錐形管的頂部為固定端，下部為振蕩端。振蕩端有一處納米級的濾膜。在實驗室內，使用采樣泵制造出1m3/h 的空氣流量，空氣流經濾膜時，顆粒物因為粒徑過大，會被截留在濾膜上。這樣一來，濾膜的總重量就會增加，原來的平衡狀態被打破，產生振蕩。此時質量傳感器會根據振蕩頻率，進而推算出空氣中PM2.5 的含量。相比于重量法，微量振蕩天平法雖然在操作流程和具體細節上更加繁瑣，但是監測精度也有了明顯提升，適用于對PM2.5 監測有更高要求情況。

2 PM2.5 的防控技術

對于室外空氣中PM2.5 的防控，主要是從源頭上采取措施，例如對于高排放的工業企業，要求其必須將廢氣處理達標后方可排放。本文探討的PM2.5 防控技術，主要針對室內密閉環境。室內PM2.5 的防控也有很多方法可供選擇，比較簡單有效的是選擇空氣較好的天氣開窗通風，或是在室內使用空氣凈化器、適當種植一些綠植等。除了上述常規措施外，還可以嘗試以下幾種除塵技術:

2.1 吸附技術

使用活性炭可以對空氣中的PM2.5 進行有效的吸附，進而達到降低空氣中PM2.5 含量的效果。但是作為一種被動防控措施，使用吸附技術防控PM2.5 也有諸多條件限制。首先，在活性炭的材料選擇上，要注意材料的孔徑必須小于顆粒物的直徑，才能發揮截留效果；其次是活性炭的飽和能力。根據質量的優劣，有的活性炭飽和能力強，有效吸附時間更長。在活性炭達到吸附飽和后，必須更換材料，才能繼續發揮對PM2.5 的吸附效果。最后，空氣必須要適當的流動，讓空氣吹過活性炭，才能達到很好的吸附效果。如果室內密閉環境下空氣流動性差，那么吸附效果也會大打折扣。

2.2 負離子技術

負離子是一種帶有電荷的原子，帶有電荷后能夠對周圍微小的顆粒物產生凝聚，這些原本因為質量較小而在空氣中漂浮的顆粒物，在負離子的凝聚下，質量增加，進而沉降下來。這樣空氣中的PM2.5 含量就會降低。使用負離子技術防控PM2.5，并沒有將這些顆粒物直接清除掉，而是轉換了位置狀態，即從空氣中沉降到了地面或物體表面。當我們走過地面，或是物體被快速移動時，原本沉降的PM2.5 可能會再次飄散到空氣中。因此，使用負離子技術雖然能夠在短時間內將空氣中PM2.5 的濃度降下來，但是很難做到完全的凈化空氣。

2.3 靜電集塵技術

在一些工業企業的生產車間，可能會產生較多的PM2.5。利用靜電吸附作用，可以對空氣中的細小粉塵產生強力吸附，達到凈化效果。原理是在車間內放置一臺靜電除塵器，設備啟動后會在一定場域內釋放出高壓靜電。當含有一定濃度PM2.5 的空氣從該場域流過后，微小顆粒物帶上了電荷，然后被吸附在除塵板上。相比于上述的負離子技術，靜電除塵的優點在于可以將除塵板拆下并清理表面的顆粒物，然后反復多次使用。另外從凈化效果、操作難度上來看，也有一定的優勢。

2.4 HEPA過濾技術

HEPA（高效空氣過濾器）是目前較為常用的室內PM2.5 防控措施之一。其濾紙采用超細玻璃纖維等多種新型高分子材料組成，直徑最小可達0.05μm，因此可以過濾掉大部分PM2.5。根據組成型式的不同，目前市場上可以選擇的HEPA包括V型密褶式過濾器、有/無隔板高效過濾器等幾種。另外，按照我國的《高效空氣過濾器性能試驗方法 透過率和阻力》（GB/T6165-2008）中的相關要求，HEPA有2 種規格的過濾器。其中高級別的過濾器應滿足對0.1μm的濾除率得到99.9%以上，在防控PM2.5 方面效果明顯。

3 一種PM2.5 監測和防治系統的設計

3.1 系統結構組成

該系統主要包含5 個模塊，分別是：（1）PM2.5 傳感器，用于感知空氣中PM2.5 的含量，并將信號反饋給控制中心；（2）單片機。主要負責信號的運算處理，同時根據設定程序，結合預算結果下達相應的控制指令；（3）執行單元。在接收單片機下達的控制指令后，通電并進行噴淋，達到凈化效果。（4）電源。外接220V直流電，然后使用變壓器降壓為5V，為單片機提供穩定運行電壓；（5）顯示屏。可以顯示傳感器反饋的PM2.5 濃度參數，以及執行后空氣中PM2.5 的濃度參數。系統結構組成如圖1 所示。

圖1 PM2.5 監測與防治系統結構圖

3.2 電子設備的選擇

采用GP2Y1010AU0F 光學監測傳感器模塊。其特點是：（1）傳感器在檢測如香煙煙霧等非常細的顆粒時，是特別有效的。（2）該裝置中，一個紅外發光二極管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。（3）該傳感器具有極低的電流消耗，可以搭載7VDC的傳感器。（4）輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3。（5）精度高。傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，定向發射LED光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。

3.3 系統運作流程

（1）根據具體空氣環境設定任意的報警最大值和二分之一最大值。（2）實時、快速檢測空氣中粉塵濃度（即PM2.5 濃度）。（3）當濃度超出報警二分之一最大值發出光亮警示、超出最大值時發出聲光報警。（4）超過最大值時驅動噴灑淋浴裝置（小水泵）工作，并啟動直流電機正轉關閉哨位門窗（電機關閉門窗后即停轉）。（5）待空氣環境恢復正常PM2.5 值后，淋浴裝置關閉。

結束語

在公眾環保意識增強的背景下，對于PM2.5 的危害有了更加深刻的認識，采取必要而有效的防控措施，在改善空氣質量和保護人體健康等方面有積極作用。特別是在一些工業園區附近，或是霧霾天氣較多的地方，必須要動態的做好PM2.5 的監測工作，利用微量振蕩天平法或β 射線吸收法，精準的獲取空氣中PM2.5 的含量。如果含量超標，則需要采取相應的防控措施，通過源頭治理與技術防控相結合，營造干凈、健康的環境。