CN108760408A - 一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器及采集方法,包括撞击式采样头和旋风切割采样头，撞击式采样头包括采集头和撞击器，采集头的底部设置有喷嘴，撞击器包括撞击段和出气管，撞击段和出气管一体成型连接并相通，在撞击段内分布有多个撞击管，喷嘴插入撞击段内并与撞击段密封连接，在出气管的侧壁上向外延伸设置有大粒径雾滴存储管，大粒径雾滴存储管连接大粒径雾滴存储瓶，出气管的底部与旋风切割采样头连接并相通。本发明的收集器能有效的采集细颗粒物同时收集大、小两级不同粒径的雾滴，实现云雾‑大气的分离和同时采样，消除了溶解性气态污染物对云雾水样品的影响，达到了两级式对气态污染物采样的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器及采集方法，属于环保设备的技术领域。
背景技术
云雾是由大气、云凝结核(气溶胶)、液态或固态水所组成的复杂系统，通常是指小水滴或小冰晶悬浮于大气中使水平能见度降低至1公里以下时的一种天气现象。当空气相对湿度大于100％、温度突然降低时，空气中的水蒸气易凝结成小水滴或凝华成小冰晶，从而出现云雾。随着我国城市化的推进和工业的快速发展，人为源(如工业生产、机动车尾气、冬季取暖烧煤等)污染物的大量排放及其二次转化，提供更多的云凝结核，影响云雾的形成，改变云雾的化学成分及其酸碱性，尤其导致了降水的酸化，进一步影响甚至破坏生态环境。在此背景下，我们需要采集云雾水样品，深入研究云雾水的粒径分布、液态水含量、化学组成及其变化规律，研究气态污染物、颗粒物、云雾以及降水之间的相互作用，为缓解大气污染、减轻其气候及生态环境影响提供科学支撑。
目前已有单级或多级雾水采样器，利用特氟龙绳或特氟龙棒截留雾滴，从而收集云雾水样品。然而，现有的雾采样器需要单独的采样装置和抽气装置，无法分离云雾中的细颗粒物，难以消除溶解性气态污染物对云雾水样品的影响，同时无法分级式对气态污染物采样。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器及采集方法，本发明的收集器用于采集或测量颗粒物的同时收集大、小粒径的雾滴，能分离云雾中的细颗粒物，消除了溶解性气态污染物对云雾水样品的影响，达到了两级式对气态污染物采样的目的。
本发明的技术方案为：
一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,包括可拆卸连接在一起并相连通的撞击式采样头和旋风切割采样头，撞击式采样头包括采集头和撞击器，采集头的底部设置有喷嘴，撞击器包括撞击段和出气管，撞击段和出气管一体成型连接并相通，在撞击段内分布有多个撞击管，喷嘴插入撞击段内并与撞击段密封连接，在出气管的侧壁上向外延伸设置有大粒径雾滴存储管，大粒径雾滴存储管连接大粒径雾滴存储瓶，出气管的底部与旋风切割采样头连接并相通。
根据本发明优选的，大粒径雾滴存储管与大粒径雾滴存储瓶为可拆式连接。
根据本发明优选的，所述的采集头包括采集头壳体和位于采集头壳体内的采集管，采集管与喷嘴连通。
根据本发明优选的，在撞击段内分布有3-5根上下连通的撞击管。
根据本发明优选的，所述的撞击式采样头为PM13碰撞式切割头，喷嘴尺寸大于现有 PM10撞击式切割头的喷嘴尺寸。
根据本发明优选的，旋风切割采样头的侧壁上设置有小粒径雾滴采集口，小粒径雾滴采集口通过铝合金接头与小粒径雾滴存储瓶密封连接，旋风分离后的小粒径雾滴通过小粒径雾滴采集口进入小粒径雾滴存储瓶。
根据本发明优选的，小粒径雾滴存储瓶为特氟龙瓶，小粒径雾滴存储瓶与与铝合金接头之间设置有密封垫圈。
根据本发明优选的，旋风切割采样头为PM2.5旋风切割采样头。
根据本发明优选的，大粒径雾滴存储瓶、小粒径雾滴存储瓶的容量分别为100-300ml。
根据本发明优选的，撞击式采样头的出气管与旋风切割采样头的入口相连。
根据本发明优选的，撞击式采样头的采集管的管径为1.581cm。
利用上述两级云雾水收集器进行收集云雾水的方法，包括步骤如下：
1)将两级云雾水收集器置于户外，将两级云雾水收集器旋风切割采样头的出口通过采样管与大气测量仪连接；
2)撞击式采样头的采集头用于采集云雾，云雾通过采集头的采集管、喷嘴，进入撞击器，通过撞击器内的撞击管进入出气管，粒径大于13μm的雾滴进入大粒径雾滴存储瓶，粒径小于13μm的雾滴通过出气管进入旋风切割采样头；
3)旋风切割采样头采用PM2.5旋风切割采样头，通过旋风切割采样头的分离，粒径小于13μm大于2.5μm的雾滴进入小粒径雾滴存储瓶密，分离后的气体通过旋风切割采样头出口进入大气测量仪。
根据本发明优选的，大气测量仪上设置有流量计，通过两级云雾水收集器的样品空气的流量取决于大气测量仪的流量。
根据本发明优选的，大气测量仪为现有常规大气测量仪，可以为黑碳仪上。
本发明的PM13碰撞式切割头是根据云雾雾滴的粒径谱(粒径分布曲线)确定的。
根据云雾雾滴的粒径分布，撞击式采样头的切割粒径确定为13μm，同时收集粒径大于13μm的雾滴，旋风切割采样头收集粒径在2.5μm到13μm之间的雾滴。铝合金接头的管径要大于该接头与PM2.5旋风切割采样头连接处的管径，确保采集的雾水能顺利流入存储瓶中。PM13碰撞式切割头喷嘴的孔径根据如下计算：
由公式：
其中，为斯托克数平方根；W为喷嘴直径；η为空气粘度；L为喷嘴长度；C为坎安宁修正因子；PP为粒子质量密度；Q为样品气体流量。
当喷嘴的长度不变，根据切割粒径为10μm的喷嘴直径W1、喷嘴长度L1,不改变采样头的喷嘴长度，计算出切割粒径为13μm时采样头喷嘴直径W2。前期在泰山大气观测实验中验证了该收集器收集大、小粒径雾滴的有效性，验证方法如下：在云雾天气时将黑碳仪的PM2.5采样切割头换成本发明的两级雾水收集器，当云雾消失时，大粒径雾滴存储瓶、小粒径雾滴存储瓶中分别获得一定量的有效雾水样品，同时通过对比前后的黑炭数据，发现该收集器对颗粒物的采样和测量无影响。以上试验充分地证明了两级雾水收集器能够用于采集或测量细颗粒物的同时收集大、小粒径的雾滴。
本发明的有益效果为：
1、本发明的收集器能有效的采集细颗粒物同时收集大、小两级不同粒径的雾滴，实现云雾-大气的分离和同时采样，操作简便，提高了工作效率。
2、本发明的收集器能分离云雾中的细颗粒物，消除了溶解性气态污染物对云雾水样品的影响，达到了两级式对气态污染物采样的目的。
3、本发明的收集器采集或测量颗粒物的同时收集大、小粒径的雾滴的两级雾水收集器与大气颗粒物测量仪器直接连接，不需要单独提供采样装置和抽气装置。
附图说明
图1为本发明的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器的结构示意图；
其中，1、撞击式采样头；2、喷嘴；3、大粒径雾滴存储玻璃瓶；4、旋风切割采样头；5、小粒径雾滴存储瓶；6、铝合金接头，7、采集头，8、撞击段，9、出气管，10、撞击管，11、出口。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
本发明的旋风切割采样头在现有旋风切割器改进得到的，现有旋风切割器旋风分离后直接进入出口，本发明的旋风切割采样头在侧壁上开小粒径雾滴采集口，小粒径雾滴采集口与旋风分离后的管路连通，小粒径雾滴采集口通过铝合金接头与小粒径雾滴存储瓶密封连接，旋风分离后的小粒径雾滴通过小粒径雾滴采集口进入小粒径雾滴存储瓶。现有旋风切割器为美国URG公司的URG-2000-30EN，流量为10L/min时的切割粒径为2.5μm。
现有PM10撞击式切割头为常规市购产品。
实施例1
一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,结构如图1所示，包括可拆卸连接在一起并相连通的撞击式采样头1和旋风切割采样头4，撞击式采样头1包括采集头7和撞击器，采集头7的底部设置有喷嘴2，采集头7包括采集头壳体和位于采集头壳体内的采集管，采集管与喷嘴2连通，撞击器包括撞击段8和出气管9，撞击段8和出气管9一体成型连接并相通，在撞击段8内分布有3根上下连通的撞击管10，喷嘴2插入撞击段8内并与撞击段密封连接，在出气管9的侧壁上向外延伸设置有大粒径雾滴存储管，大粒径雾滴存储管可拆式连接大粒径雾滴存储瓶3，出气管9的底部与旋风切割采样头4的入口连接并相通。
所述的撞击式采样头1为PM13碰撞式切割头，喷嘴尺寸大于现有PM10撞击式切割头的喷嘴尺寸。
旋风切割采样头4的侧壁上设置有小粒径雾滴采集口，小粒径雾滴采集口通过铝合金接头与小粒径雾滴存储瓶5密封连接，旋风分离后的小粒径雾滴通过小粒径雾滴采集口进入小粒径雾滴存储瓶，旋风切割采样头为PM2.5旋风切割采样头。
实施例2
同实施例1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,不同之处在于；
大粒径雾滴存储瓶、小粒径雾滴存储瓶的容量分别为200ml。
实施例3
同实施例1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,不同之处在于；
大粒径雾滴存储瓶、小粒径雾滴存储瓶的容量分别为300ml。
实施例4
同实施例1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,不同之处在于；
撞击式采样头的采集管的管径为1.581cm。
实施例5
同实施例1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,不同之处在于；
小粒径雾滴存储瓶为特氟龙瓶，小粒径雾滴存储瓶与与铝合金接头之间设置有密封垫圈。
实施例6
同实施例1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,不同之处在于；
小粒径雾滴存储瓶与与铝合金接头为可拆卸式连接。
实施例7
利用实施例1的两级云雾水收集器进行收集云雾水的方法，包括步骤如下：
1)将两级云雾水收集器置于户外，将两级云雾水收集器旋风切割采样头的出口通过采样管与大气测量仪连接；
2)撞击式采样头的采集头用于采集云雾，云雾通过采集头的采集管、喷嘴，进入撞击器，通过撞击器内的撞击管进入出气管，粒径大于13μm的雾滴进入大粒径雾滴存储瓶，粒径小于13μm的雾滴通过出气管进入旋风切割采样头；
3)旋风切割采样头采用PM2.5旋风切割采样头，通过旋风切割采样头的分离，粒径小于13μm大于2.5μm的雾滴进入小粒径雾滴存储瓶密，分离后的气体通过旋风切割采样头出口进入大气测量仪。
Claims (10)
1.一种基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,包括可拆卸连接在一起并相连通的撞击式采样头和旋风切割采样头，撞击式采样头包括采集头和撞击器，采集头的底部设置有喷嘴，撞击器包括撞击段和出气管，撞击段和出气管一体成型连接并相通，在撞击段内分布有多个撞击管，喷嘴插入撞击段内并与撞击段密封连接，在出气管的侧壁上向外延伸设置有大粒径雾滴存储管，大粒径雾滴存储管连接大粒径雾滴存储瓶，出气管的底部与旋风切割采样头连接并相通。
2.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，大粒径雾滴存储管与大粒径雾滴存储瓶为可拆式连接，所述的采集头包括采集头壳体和位于采集头壳体内的采集管，采集管与喷嘴连通。
3.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，在撞击段内分布有3-5根上下连通的撞击管。
4.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，所述的撞击式采样头为PM13碰撞式切割头，喷嘴尺寸大于现有PM10撞击式切割头的喷嘴尺寸。
5.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，旋风切割采样头的侧壁上设置有小粒径雾滴采集口，小粒径雾滴采集口通过铝合金接头与小粒径雾滴存储瓶密封连接，旋风分离后的小粒径雾滴通过小粒径雾滴采集口进入小粒径雾滴存储瓶。
6.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，小粒径雾滴存储瓶为特氟龙瓶，小粒径雾滴存储瓶与与铝合金接头之间设置有密封垫圈。
7.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，旋风切割采样头为PM2.5旋风切割采样头。
8.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，大粒径雾滴存储瓶、小粒径雾滴存储瓶的容量分别为100-300ml。
9.根据权利要求1所述的基于撞击与旋风切割的两级云雾水收集器,其特征在于，撞击式采样头的出气管与旋风切割采样头的入口相连，撞击式采样头的采集管的管径为1.581cm。
10.利用权利要求1所述两级云雾水收集器进行收集云雾水的方法，包括步骤如下：
1)将两级云雾水收集器置于户外，将两级云雾水收集器旋风切割采样头的出口通过采样管与大气测量仪连接；
2)撞击式采样头的采集头用于采集云雾，云雾通过采集头的采集管、喷嘴，进入撞击器，通过撞击器内的撞击管进入出气管，粒径大于13μm的雾滴进入大粒径雾滴存储瓶，粒径小于13μm的雾滴通过出气管进入旋风切割采样头；
3)旋风切割采样头采用PM2.5旋风切割采样头，通过旋风切割采样头的分离，粒径小于13μm大于2.5μm的雾滴进入小粒径雾滴存储瓶密，分离后的气体通过旋风切割采样头出口进入大气测量仪。
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