基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪的研制

煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提。传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐,直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响。鉴于此,自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪。通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响,并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状,制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管,其频率温度系数为3×10^(-5)Hz/℃,受温度影响极小,保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量。开发了振荡天平质量传感器,设计了数字化自激振荡闭环控制电路,实现了谐振频率的自动控制以及实时输出,传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz,质量检测限约为2μg。最终,通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件,研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪,粉尘平均质量浓度检测限为0.035 mg/m^(3)。该仪器能够连续提供监测信息,包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度。该仪器已在某煤矿现场应用,与传统滤膜采样称重法同步对比,2者相对误差仅为5%,表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量,有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪。

基于显微拉曼光谱的微塑料定量分析研究

微塑料在环境中分布广泛,具有潜在的健康暴露风险,开发一种准确可靠的监测方法十分必要。研究了两种基于拉曼光谱的微塑料定量分析方法。一是悬浮液中微塑料质量浓度的定量分析,通过拉曼光谱测定加入定量二氧化硅进行标定后的不同浓度微塑料悬浮液特征峰强度,探究微塑料悬浮液特征峰强度与质量浓度之间的关系,结果表明微塑料质量浓度与标定后的特征峰强度具有良好的相关性(R^(2)=0.96),但此方法需要提前收集环境中的微塑料并采用搅拌与超声振荡等方法进行处理以制备测量所需的悬浮液样品,测量前需采用定标物质对悬浮液特征峰强度进行标定,以及在微塑料浓度高时无法完全悬浮所有的微塑料从而导致测量效果不佳等问题均会降低该方法的实用性。二是滤膜表面上微塑料质量的定量分析,通过气溶胶发生器产生微塑料气溶胶,并将其收集在滤膜表面,通过拉曼光谱面扫描模式测定滤膜上微塑料样品的特征峰以确定微塑料样品的存在状态,从而探究沉积在滤膜表面的微塑料气溶胶样品的峰识别频率与微塑料质量之间的相关性,结果表明微塑料气溶胶样品的峰识别频率与质量之间具有较好的相关性(R^(2)=0.95)。传统采样方法使得微塑料样品在滤膜上大面积分布且分布不均匀,以及测量区域占比太小导致较大相对测量误差(2%~6%)的出现。该研究在保持样品表面沉积密度不变的情况下采用气溶胶微浓缩技术采样,缩小样品沉积面积,减少微塑料样品的收集量,提高测量区域占比。结果表明,采用气溶胶微浓缩技术可以有效提高微塑料气溶胶样品的峰识别频率与质量之间的相关性(R^(2)=0.97),相对测量误差也降低至2%~4%。该方法不需要微塑料悬浮液制备与定标等繁琐的操作,可将空气中的微塑料直接收集到滤膜表面进行微塑料的定量分析,减少测量所需的时间,有望应用于环境中微塑料颗粒的实时监测。

河北部分农户冬季采暖现状的考察

入户调研考察了河北省迁安市等地20个行政村用土炕农户的人口、供暖面积、冬季采暖方式(用散煤、用型煤、用电、用气)及其相应用量,取得了各种采暖方式所占比例、人均供暖面积等基层数据,为国家积极推广使用型煤、兰炭等洁净煤进行替代散煤相关政策提供科学依据;类比了散煤、型煤污染物排放情况,分析民用煤和型煤燃烧对环境的影响;梳理了使用型煤、兰炭等洁净煤替代散煤直面的两个难题,并提出了可行的解决途径。