环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法 HJ653-2013

Release time:

2021-07-16

本标准规定了环境空气颗粒物(PM10 和PM2.5)连续自动监测系统(以下简称PM10和PM2.5连续监测系统)的技术要求、性能指标和检测方法。

前言

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》，实施《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)，规范环境空气中颗粒物(PM₁₀和PM_2.5)连续自动监测系统的性能和质量，制定本标准。

本标准规定了环境空气颗粒物(PM₁₀ 和PM_2.5)连续自动监测系统(以下简称PM₁₀和PM_2.5连续监测系统)的技术要求、性能指标和检测方法。

本标准中附录A为规范性附录。

本标准为首次发布。

本标准由环境保护部科技标准司组织制订。

本标准主要起草单位:中国环境监测总站。

本标准环境保护部2013年7月30日批准。

本标准自2013年8月1日起实施。

本标准由环境保护部解释。

环境空气颗粒物(PM₁₀和PM_2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法

1适用范围

本标准规定了环境空气颗粒物(PM₁₀和PM_2.5)连续自动监测系统的技术要求、性能指标和检测方法。

本标准适用于环境空气颗粒物( PM₁₀和PM_2.5)连续自动监测系统的设计、生产和检测。

2规范性引用文件

本标准内容引用了下列文件中的条款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。

GB 3095-2012环境空气质量标准

GB/T 17214.1工业过程测量和控制装置工作条件第1部分:气候条件

HJ 618环境空气PM₁₀_和PM_2.5的测定重量法

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1空气动力学当量直径aerodynamic diameter

指单位密度(p_o=1g/cm³）的球体，在静止空气中作低雷诺数运动时，达到与实际粒子相同的最终沉降速度时的直径。

3.2切割器particle separate device

指具有将不同粒径粒子分离功能的装置。

3. 3 50%切割粒径 Da₅₀50% cutpoint diameter

指切割器对颗粒物的捕集效率为50%时所对应的粒子空气动力学当量直径。

3.4颗粒物(粒径小于等于10μm) particulate matter ( PM₁₀)

指环境空气中空气动力学当量直径小于等于10μm)的颗粒物，也称可吸入颗粒物。

3.5颗粒物(粒径小于等于2.5μm) particulate matter (PM_2.5)

指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2 Syum的颗粒物，也称细颗粒物。

3.6标准状态standard state

指温度为273K,压力为101.325kPa时的状态。本标准污染物浓度值均为标准状态下浓度值。

3. 7参比方法reference method

国家发布的标准方法。

3.8捕集效率的几何标准偏差(og) geometric standard deviation of sampling efficiency

切割器对颗粒物的捕集效率有以下两种表述方法:

(1)捕集效率为16%时对应的粒子空气动力学当量直径_Da16与捕集效率为50%时对应的粒子空气动力学当量直径D_a50的比值;

(2)捕集效率为50%时对应的粒子空气动力学当量直径D_a50与捕集效率为84%时对应的粒子空气动力学当量直径Da₈₄的比值。

上述两个比值均应符合σg =1.5±0.1 (PMo连续监测系统)、σg =1.2±0.1 (PM2s连续监测系统)的要求。计算公式见(1)、(2)式:

3.9仪器平行性

parallelism of monitors

指每一批次数据结果的均方根。

3.10气溶胶传输效率aerosol transport efficiency

指通过采样管进入监测仪的气溶胶量与进入采样管前气溶胶总量的百分比。

4系统组成与原理

4.1系统的组成

PM₁₀和PM_2.5连续监测系统包括样品采集单元、样品测量单元、数据采集和传输单元以及其他辅助设备。

4.1.1样品采集单元

样品采集单元由采样入口、切割器和采样管等组成。将环境空气颗粒物进行切割分离，并将目标颗粒物输送到样品测量单元。

4.1.2样品测量单元

样品测量单元对采集的环境空气PM₁₀和PM_2.5样品进行测量。

4.1.3数据采集和传输单元

数据采集和传输单元采集、处理和存储监测数据，并能按中心计算机指令传输监测数据和系统工作状态信息。

4.1.4其它辅助设备

其它辅助设备包括安装仪器设备所需要的机柜或平台、安装固定装置、采样泵等。

4.2方法原理

PM₁₀和PM_2.5连续监测系统所配置监测仪器的测量方法为β射线吸收法或微量振荡天平法。

5技术要求

5.1外观要求

5.1.1 PM₁₀和PM_2.5连续监测系统应有产品铭牌，铭牌上应标有仪器名称、型号、生产单位、出厂编号、制造日期等信息。

5.1.2 PM₁₀和PM_2.5连续监测系统外观应完好无损，无明显缺陷，各零、部件连接可靠，各操作键、按钮灵活有效。

5.2工作条件

5.2.1切割器在以下环境条件中应能正常工作:

环境温度: (-30~50) ℃；

大气压: (80~106) kPa。

5.2.2监测仪在以下环境条件中应能正常工作:

环境温度: (15~35) ℃；

相对湿度:≤85%；

大气压: (80~106) kPa。

5.2.3供电电压

AC (220±22) V，(50±1) Hz。

注:低温、低压等特殊环境条件下，仪器设备的配置应满足当地环境条件的使用要求。

5.3安全要求

5.3.1绝缘电阻

在环境温度为(15~35)℃相对湿度≤85%条件下，监测仪电源端子对地或机壳的绝缘电阻不小20MΩ。

5.3.2绝缘强度

在环境温度为(15~35) ℃，相对湿度≤85%条件下，监测仪在1500V (有效值)、50Hz正弦波实验电压下持续lmin,不应出现击穿或飞弧现象。

5.3.3 β射线源安全.

PM₁₀和PM_2.5连续监测系统所配置监测仪器的测量方法为β射线吸收法时，使用的β射线源应符合放射性安全标准。

5.4功能要求

5.4.1滤膜要求

在规定膜面流速下，PM₁₀滤膜要求对0.3μm颗粒物的截留效率≥99%，PM_2.5滤膜要求对0.3μm颗粒物的截留效率≥99.7%；

5.4.2具备显示和设置系统时间的功能及时间标签功能，数据为设置时段的平均值；

5.4.3具备记录或输出测量过程中的环境大气压、环境温度、流量和浓度等数据的功能；

5.4.4具备数字信号输出功能，数据采集和存储记录要求应符合附录A的要求；

5.4.5具备三个月以上数据的存储能力。

5.4.6仪器掉电后，能自动保存数据:恢复供电后系统可自动启动，恢复运行状态并正常开始工作。

6性能指标

6.1PM₁₀连续监测系统

6.1.1浓度测量范围

(0~1000)μg/m³或(0~ 10000)μg/m³(可选)，最小显示单位0.1μg/m³

6.1.2切割性能

50%切割粒径: Da₅₀= (10±0.5) μm；

捕集效率的几何标准偏差: σg=1 .5±0.1。

6.1.3 时钟误差

(1)在监测仪正常工作状态下测试6h，时钟误差±20s。

(2)断开监测仪的供电总计5次(各次断电的持续时间分别为20s、40s、2min、7min和20min,且在每次断电之间应保证不少于10min正常电力供应),测试6h,时钟误差±2min.

6.1.4温度测量示值误差

在(-30~50) ℃范围内，温度测量示值误差±2℃

6.1.5大气压测量示值误差

在(80~106) kPa 范围内，大气压测量示值误差≤IkPa.

6.1.6流量稳定性

24h内，每一次测试时间点流量变化±10%设定流量，24h平均流量变化±5%设定流量。

6.1.7校准膜重现性

监测仪校准膜重现性±2% (标称值)。

6.1.8电压变化稳定性

供电电压变化±10%，监测仪标准膜测:量值的变化±5% (标称值)。

6.1.9仪器平行性

三台(套)仪器平行性≤10%。

6.1.10参比方法比对测试

使用参比方法进行至少10组有效数据的比对测试，测试结果进行线性回归分析，符合

以下要求:

斜率: 1±0.15；

截距: (0±10) μg/m³；

相关系数≥093。

6.2.13有效数据率

连续运行至少90天，有效数据率不低于85%。

7检测方法

7.1 PM₁₀连续监测系统

7.1.1 切割性能

切割性能测试可使用分流测试法或静态箱测试法。

7.1.1.1分流测试法

发生单一粒径、均匀、稳定的气溶胶粒子，分别测试待测切割器上游的气溶胶浓度和切割器下游的气溶胶浓度,计算不同粒径气溶胶的捕集效率;拟合捕集效率与粒径的关系得到该切割器的50%切割粒径和捕集效率的几何标准偏差。

(1)气溶胶的生成

通过单分散固态气溶胶发生器发生单分散固态的气溶胶颗粒。采用气溶胶检测仪器(例如气溶胶粒径谱仪)测量单分散固态气溶胶的粒径和浓度。实验粒子的粒径要求见表1。

(2)分流法测试

a)将待测切割器去除进气部件，通过分流管连接流量适配器、待测切割器和气溶胶检测仪器，切割器应竖直放置。

b)采用单分散固态气溶胶发生器，发生表1中空气动力学当量直径(3±0.5)μm的雾化单分散固态气溶胶颗粒。

c)采用气溶胶检测仪器测量单分散固态气溶胶的粒径，确认其稳定、均匀，符合求。

d)采用气溶胶检测仪器分别测定切割器上、下游的气溶胶浓度。记录为C₁₁₁和C₂₁₁

e)分别依次生成表1中所列的8种粒径的雾化单分散固态气溶胶颗粒。重复以上c ）~d)的操作，直至8种粒径的雾化单分散固态气溶胶颗粒测试完毕，得到C_lij和C2_ij。

f)重复e)的操作三次，按公式(3)计算得到8组24个捕集效率的数据。

g)按公式(4)分别计算得到8个粒径点捕集效率的平均值。

h)按公式(5)计算每个粒径点的捕集效率相对标准偏差C_vi如果C_vi超过10%，则该粒径点的捕集效率测试无效。

(3)数据处理

将得到的8个捕集效率平均值与对应的气溶胶空气动力学粒径进行拟合,得出捕集效率与气溶胶空气动力学粒径之间的回归方程和曲线。通过回归曲线得出切割器捕集效率分别为16%、50%、84%时对应的空”动力学当量直径Da₁₆_、Da₅₀_、Da₈₄,按照公式(1)、(2)计算切割器捕集效率的几何标准偏差O_g，Da₅₀和O_g应符合6.1.2要求。

7.1.1.2静态箱测试法

将待测切割器安装到静态箱中，在静态箱中发生单一粒径、均均、稳定的气溶胶粒子，用气溶胶检测仪器测量气溶胶浓度和均匀性；确保箱内的气溶胶浓度稳定，分布均匀。用气溶胶检测仪器测量经待测切割器切割后的气溶胶浓度。计算不同粒径颗粒物的捕集效率，拟合捕集效率与粒径的关系得到该切割器50%切割粒径和捕集效率的几何标准偏差。

(1)安装待测切割器

将至少一台待测切割器安装到静态箱中，保证箱体密闭。

(2)气溶胶的生成

(3)静态箱法测试

a)将生成的空气动力学当量直径(3±0.5) μm的雾化单分散固态气溶胶颗粒通入静态箱并充分合,使用气溶胶检测仪器测量静态箱中三个以上点位抽取的气溶胶样品粒径和浓度，确保静态箱内气溶胶浓度均匀。三个点的气溶胶浓度相对标准偏差≤10%，记录三点的气溶胶平均浓度C₁₁₁

b)启动待测监测仪的采样泵，运行一段时间后，停止采样;使用气溶胶检测仪器测量待测采样器采集的气溶胶粒子浓度C₂₁₁_，按公式(3)计算该粒径下气溶胶捕集效率ƞ11。

c)分别依次生成表1中所列的8种粒径的雾化单分散固态气溶胶颗粒。重复以上a) ~b)的操作，直至8种粒径的雾化单分散固态气溶胶颗粒测试完毕，得到C_lij和C_2ij。

d)重复c)的操作三次，计算得到8组24个捕集效率的数据。

e)按公式(4)分别计算得到8个粒径点捕集效率的平均值。

f)按公式(5)计算每个空气动力学粒径点的捕集效率相对标准偏差C_vi如果C_vj超过10%，则该粒径点的捕集效率测试无效。

(4)数据处理

将得到的8个捕集效率平均值与对应的气溶胶空气动力学粒径进行拟合,得出捕集效率与气溶胶空气动力学粒径之间的回归方程和曲线。通过回归曲线得出切割器捕集效率分别为16%、50%、84%时对应的空气动力学当量直径Da₁₆、Da(4)数据处理将得到的8个捕集效率平均值与对应的气溶胶空气动力学粒径进行拟合,得出捕集效率与气溶胶空气动力学粒径之间的回归方程和曲线。通过回归曲线得出切割器捕集效率分别为16%、50%、84%时对应的空气动力学当量直径Da₁₆、Da₅₀、Da₈₄, 按照公式(1)、(2)计算切割器捕集效率的几何标准偏差σg，Da₅₀ 和σg应符合6.1.2要求。

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