毕业论文-微环境空气持久性有机污染物主动采样装置研发.docx

学号：200910411069上海海事大学本科毕业论文（设计）题 目： 微环境空气持久性有机污染物主动采样装置研发 姓 名： 学 院： 海 洋 与 环 境 工 程 学 院 专 业： 环 境 工 程 班 级： 环 境 092 学 号： 指导老师： 摘 要持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，简称POPs）是指人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链（网）累积、并对人类健康造成有害影响的化学物质。为履行斯德哥尔摩公约，查明POPs在空气中的存在水平，研究主要利用静电除尘原理设计POPs主动采样装置。通过研究气象条件、人为条件等因素对设计装置的影响，获得最优设计方案。且通过设计装置所采集的大气样品，经实验证明比普通被动大气采样装置能获得更显著的实验数据，相比原有被动采样装置能够更好的运用于大气POPs的监测。关键词：持久性有机污染物（POPs）；主动采样装置；大气；目 录第一章、绪论31、持久性有机污染物POPs32、多溴联苯醚（Poly Brominated Di-phenyl Ethers）53、国内外研究现状65、主动采样装置设计研究的提出8第二章、微环境大气持久性有机污染物主动采样原理与装置设计91、采样装置设计原理及研究内容92、采样仪器103、实验流程12第三章、实验内容及数据分析151、前期参数研究15第一章、绪论1、持久性有机污染物POPs持久性有机污染物（ Persistent Organic Pollutants，简称POPs)是指通过各种环境介质（大气、水、生物体等）能够长距离迁移并长期存在于环境，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，对人类健康和环境具有严重危害的天然或人工合成的有机污染物质。1.1、持久性有机污染物的分类国际上为了推动POPs的淘汰和消减、保护人类健康和环境免受POPs的危害，在联合国环境规划署(UNEP）主持下，2001年5月23日包括中国政府在内的92个国家和区域经济一体化组织签署了斯德哥尔摩公约，其全称是关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约，又称POPs公约。根据国际公约将POPs分为三大类：杀虫剂：艾氏剂( Aldrine)、狄氏剂(Dieldrine)、异狄氏剂( Endrine)、滴滴涕( DDT)、氯丹(Chlordane)、六氯苯( HCB)、灭蚁灵( Mirex)、毒杀芬(Toxa-phene)、七氯(Heptachlore)；工业化学品：多氯联苯（PCBs）和六氯苯（HCB）；生产中的副产品：二恶英（PCDDs)和呋喃( PCDFs)。【1】1.2、持久性有机污染物的基本性质持久性有机污染物是一种半挥发有机物，水溶性较低而脂溶性高。在环境中降解缓慢、滞留时间长，可以通过生物放大和食物链积累的输送作用对动物和人体健康构成直接威胁，并且可通过大气、水的输送而影响到区域和全球环境。【2、3】一般可将POPs的性质概括为以下四点：1.2.1、持久性（Persistence）POPs具有抗光解性、化学分解和生物降解性。在自然环境中极难降解，极难溶于水，不易分解，不与酸、碱、氧化剂等化学物质反应。【4】1.2.2、生物积累性（Bio-accumulation）POPs具有高亲油性和高憎水性，极易在生物体的脂肪内富集，通过食物链危害人类健康。【5】1.2.3、远距离环境迁移性（Potential for long-range environmental transport）POPs可以通过风和水流传播到很远的距离。POPs物质一般是半挥发性物质，在室温下就能挥发进入大气层。因此，它们能从水体或土壤中以蒸气形式进入大气环境或者附在大气中的颗粒物上，由于其具持久性，所以能在大气环境中远距离迁移而不会全部被降解，但半挥发性又使得它们不会永久停留在大气层中，它们会在一定条件下沉降下来，然后又在某些条件下挥发。这样的挥发和沉降重复多次就可以导致POPs分散到地球上各个地方。【5、6】因此，这种性质POPs容易从比较暖和的地方迁移到比较冷的地方，像北极圈这种远离污染源的地方都已发现了POPs的污染。1.2.4、毒性（Adverse effects）POPs对人类健康和生态系统产生毒性影响，对肝、肾等脏器和神经系统、内分泌系统、生殖系统等有急性和慢性毒性。POPs还具有致癌性、生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰特性等，并且由于其持久性，这种危害一般都会持续一段时间。1.3、持久性有机污染物的来源1.3.1、杀虫剂关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约（POPs公约）中提到的禁止使用的杀虫剂都会对大气、水体、土壤、生物体甚至人体造成危害。1.3.2、工业化学品包括多氯联苯（PCBs）和六氯苯（HCB）, 多氯联苯（PCBs）一般用作电器设备如变压器、电容器、充液高压电缆和荧光照明整流以及油漆和塑料中，是一种热交流介质；六氯苯（HCB）是一种化工生产的中间体。我国大气中PCBs主要来自于退役和在役的含PCBs设备的拆解排放和泄露。【7】1.3.3、工业污染物及机动车尾气排放由于汽车尾气排放及工业污染等会产生的有机氯污染物，是大气有机氯污染物的主要来源，对环境污染严重且持久。【8】1.3.4、垃圾焚烧城市垃圾、医疗废弃物，石油、煤等化石燃料及木材、烟草等物质在不完全燃烧过程中会产生多环芳烃（PAHs）这种副产物，还有极小一部分PAHs来源于火山爆发、自然燃烧和生物合成，它们以气态和颗粒状态进入大气中，并通过大气传输与沉降作用到离污染源远近不同的地表和水体中，形成持久性的污染。【9、10】2、多溴联苯醚（Poly Brominated Di-phenyl Ethers）多溴联苯醚（PBDEs）作为一种添加型助燃剂，被广泛应用于日常生活各个领域中。由于缺少化合键的约束，各种产品中天假的PBDEs易在一定条件下扩散进入到环境中，如加热过程。PBDEs具有化学稳定性、高疏水性和生物富集性，被认为是一种在环境中广泛存在的新型持久性有机污染物。【11】PBDEs化学通式为C12H(0-9)Br(1-10)O（图1.1），两个苯环通过氧原子相连，本还上的氢原子被溴原子不同程度的取代,根据溴原子取代氢的数量及位置的不同，可以分为209种同系物。 图1.1、多溴联苯醚结构图 PBDEs作为助燃剂被大量生产并用于聚合物中，主要通过生产过程中废物、废水的排放进入环境中，含有PBDEs的电子产品在拆卸及最终处理过程中、使用过程中因温度上升也会释放PBDEs。【12】空气是PBDEs在环境中进行传输的的一个重要介质，对于大气持久性有机物的微环境空气采样，是分析PBDEs在环境介质中含量的有效手段。3、国内外研究现状POPs由于其蒸汽压较低，在大气中易以气态及颗粒态两种形式存在并在两相间进行动态分配，因此大气POPs的采集需针对研究目的选择适当的采样方法以选择性地或同时采集气态或颗粒态POPs。【13】目前，大气POPs的采样方法主要有：主动大气采样器，即通过大流量气泵采样的主动采样器；被动大气采样器，分为以化学合成材料为POPs吸附剂的被动采样器、以及以土壤和植物等天然环境材料为采样介质的间接大气采样器。3.1、主动大气采样又称为大流量采样器（图1.2），主要使用聚氨酯泡沫（PUF）吸附气态POPs使用石英或玻璃滤膜拦截大气颗粒物以手机大气颗粒物和大气气象样品。采样通过大流量的气泵，流量一般为每分钟数百升，可以再很短时间内就能获得数千立方米的大气样品。【8、14】这种主动采样器采样时间较短可以很大程度上避免POPs的降解，可以进行瞬时浓度的测定，但费用较高，电力需求大，采样过程中噪音大，会改变采样点附近的气流、干扰污染物的分布，不能很客观的反映大气污染的实际情况。【15】图1.2、大流量大气采样器3.2、间接大气采样器3.2.1、化学被动被动采样器常被使用在野外采样，目前国际上通用的被动采样器主要有2种：（1）聚氨酯泡沫采样(图1.3)；（2）苯乙烯-二乙烯基苯树脂采样器XAD-2。【16】加拿大多伦多大学wania F研究组开发的XAD- 2树脂为吸附介质的大气被动采样器(PAS), 可以提供长达一年的平均大气质量浓度数据，且采样速率与风速、风向等气象条件无关, 在对比实验中, 从PAS推算的POPs大气质量浓度和大流量采样器的结果有良好的一致性。这种大气被动采样器应用在北美洲( 53W-125W, 10N-82N) 范围内的40个点位的同步观测中获得成功。【17、18】该采样装置结构简单、操作方便、无需特别维护，热别适于大范围区域内大气POPs污染状况的长时间观测。【19、20】但被动采样器对于流量的测定没有主动采样器准确；在长时间的采样过程中，POPs可能会发生降解，影响测定的结果，因此采样所得数据仅能反应一段时间内污染物的平均浓度，对于瞬时浓度无法表征。【8】图1.3、被动采样装置示意图3.2.2、环境介质简介采样器大气POPs在环境循环过程中，因其性质会在不同的环境介质中富集，鉴于植物对其生长环境具有高度依赖性，20世纪80年代后，地衣、苔藓、草、树叶等植物组织先后开始用作大气POPs被动采样介质,以评价典型污染地区POPs的污染水平、监测POPs的区域和全球分布状况、以及调查POPs的时间变化趋势。该方法是利用了大气POPs通过气体交换和干、湿沉积向植物地上组织富集这一特性，通过分析测定植物组织中污染物的种类和浓度来评价大气POPs的污染状况。【13、21、22】由于环境介质采样方便且成本费用较低，能够客观反映大气POPs长期平均污染水平，因此通过对环境介质中的污染物含量分布来反映大气POPs的污染水平和识别污染来源是目前测量大气POPs的重要手段之一。【23】 4、主动采样装置设计研究的提出现在我国POPs的污染现状还是十分严峻的， POPs的研究领域目前还存在其局限性，对大气POPs与其他环境介质和生命体间的相互作用、在整个环境中的迁移转化规律和在生命体中的代谢规律以及其毒理学研究成为热点。【24】对于大气POPs的采样装置，现已广泛采用的主要是上述介绍的三种：大流量采样器、被动采样器以及间接环境介质采样。但都存在一定的局限性，大流量采样器采样时间较短，很大程度上避免POPs的降解，可以进行瞬时浓度的测定，但费用较高，电力需求大，采样过程中噪音大，会改变采样点附近的气流、干扰污染物的分布，不能很客观的反映大气污染的实际情况；被动采样器结构简单、操作方便、无需特别维护，但对于流量的测定没有主动采样器准确，采样时间长，POPs可能会发生降解，影响测定的结果，所得数据仅能反应一段时间内污染物的平均浓度；间接环境介质采样需要采集在该地区生长时间较久的植物为样品进行分析，采样比较被动。针对如电子垃圾处理场所、室内环境、社区环境、职业暴露环境等微环境空气中的POPs采样方法及装置尚属空白。对于这一情况，提出设计微环境大气持久性有机污染物主动采样装置设计，根据静电除尘原理，利用高电压与接地材料间产生的静电场来吸附通过的空气并吸附其中的颗粒，已达到对大气中持久性有机污染物的采集。第二章、微环境大气持久性有机污染物主动采样原理与装置设计1、采样装置设计原理及研究内容1.1、采样装置的设计原理大气中的颗粒物具有较大的比表面积并含有大量有机质、半挥发性化合物和持久性有机污染物容易附在颗粒物表面并进一步分配到其有机质中。在气体和颗粒物间发生着受温度控制动力学吸附、解吸附、分离和转换等过程，并随着颗粒物的飘动而发生迁移，通过湿沉降等作用进入到其它环境介质，影响化合物的长距离迁移能力。装置设计理念源于静电除尘原理，即大气除尘装置中的电除尘器原理，其原理设计悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内迁移和捕集等。其中高压直流电晕是使粒子荷电的最有效办法，并广泛应用于静电除尘过程中。微环境空气中持久性有机污染物主动采集装置设计的主要采集手段就是利用高压直流电晕产生的直流电，使通过采集通道的空气中的颗粒由荷电作用被接地材料吸附已达到采集的目的。电晕过程发生于火花的高压电机和接地极之间，电极之间的空间内形成高浓度的气体粒子，含尘气流通过这个空间时，尘粒在百分之几秒的时间内因碰撞俘获气体粒子而导致荷电。粒子获得的点核对离子大小而异，在装置研发过程中，我们对设计装置的捕集情况也做了具体的研究和分析，将于后面的论文中作详细的讨论。微环境POPs主动采样装置的设计基于静电除尘原理，在采集通道内形成高压直流电场使大气颗粒物被吸附到接地材料上。采集的颗粒物是微环境空气中持久性有机污染物含量的代表性物质，因此采集空气中的颗粒物，经过后期处理并利用气相色谱仪GC-MS分析颗粒物表面所含物质，分析微环境空气中持久性有机污染物的含量等情况。1.2、采样装置研究内容微环境空气持久性有机污染物主动采样装置设计的研究内容分为三大部分：1) 首先，对仪器参数进行研究，对气候条件、采样用高电压、采样用风机电压、采样用接地材料四大方面进行平行试验，分析设定一个不变条件、观察其他条件下的伏安特性曲线，以寻求最佳的采样条件；2) 其次，用颗粒捕集计数器对不同条件下装置捕集不同粒径颗粒情况进行试验，计算出不同粒径颗粒的捕集效率，通过德意希公式反推出颗粒的有效驱进速度，用以获得各条件下不同粒径颗粒的最佳捕集接地材料面积以及其他理论数据；3) 最后，通过之前参数的分析和计算选取较有说服力的参数进行大气采样试验，并与主动大气采样器在同等情况下的采样结果，通过GC-MS气相色谱进行分析比较。本文主要针对天气条件如温度、湿度对采样装置的采样用电压电流的影响，以及不同接地材料对于采样电压电流的影响。2、采样仪器实验用装置可分为三个方面：采样装置、采样参数测量所用仪器以及对样品处理分析所用仪器。2.1、采样装置自制采样管道，一端接高电压、一端接地。高电压端用针阵列不锈钢电极，接地端采用三种接地材料用以分析不同材料的采样能力，采样管道末端装配风机一台，风机背面朝向管道起吸风作用，使空气进入采样管道。风机使用独立电源，高电压端接有高压直流电源，高压直流电源上有电流电压读数显示屏，是本实验所需伏安特性曲线的数据读数来源。图2.1为设计装置示意图，在高电压端接高压负电，颗粒进入电场，由于电晕放电带电，在风机的作用下向管道内运动。由于受到荷电所用仪器：、高频直流高压发生器：将标准220V标准电压转换为上千伏高电压，用以连接高电压端提供电场；、TDGC2-0.5KVA接触调压器：作为风机的独立电源，可调节电压大小；、风机：（性能参数：220V240V，50/60Hz,0.14A）；、ITO导电玻璃（型号：ITO-P002、规格：100mm*100mm*1.1mm、面电阻：15、透光率85%）；、镀锌铁板（表面积：100mm*100mm）；、自制导电玻璃（表面积100mm*100mm）：通过在玻璃表面镀上一层导电膜，使其具备导电性能，即在普通玻璃上溅射氧化铟锡导电薄膜镀层。氧化铟锡 (或掺有锡氧化铟)是一种铟（III族）氧化物 (In2O3) 和锡（IV族）氧化物 (SnO2)的混合物，通常质量比为90%In2O3，10%SnO2，它在薄膜状时，为透明无色，在块状态时，呈灰黄色。图3.1、装置示意图2.2、装置参数测量仪器采样装置参数测量用仪器，包括测量风速、温度、湿度、装置产生氮氧化物含量、对不同粒径颗粒捕集情况等因素测量；采样装置采样的同时还根据风速计算其同等流量进行主动大气采样器采样，通过结果比对证明微环境空气主动采样装置的可行性。所用仪器：、Testo热敏风速仪：风速仪热敏风速探头，带内置温度和湿度测量传感器探头可以测量风速、空气湿度和空气温度；、Testo350加强型便携式烟气分析仪：烟气分析仪工作原理是结合电化学工作原理和红外工作原理。电化学气体传感器工作原理：将待测气体经过除尘、去湿后进入传感器室，经由渗透膜进入电解槽，使在电解液中被扩散吸收的气体在规定的氧化电位下进行电位电解，根据耗用的电解电流求出其气体的浓度。气体在电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。可测量SO2、NO、NO2、CO、H2S等气体，但这些气体传感器灵敏度却不相同，灵敏度从高到低的顺序是H2S、NO、NO2、SO2、CO，响应时间一般为几秒至几十秒，一般小于1min。红外传感器工作原理:利用不同气体对红外波长的电磁波能量具有特殊吸收特性的原理而进行气体成分和含量分析。、LPC-301型激光尘埃粒子计数器：用于测量洁净环境中单位体积空气内尘埃粒子数目和粒径大小分布的仪器，可直接检测洁净度等级为十万级至十级的洁净空气。 其基本原理是光散射原理，当空气中悬浮粒子经过光敏区时，散射出与其粒径成一定比例的光通量，经光电转换、脉冲信号被输出并放大，然后进行数字信号处理，通过与标准粒子信号进行比较得到被采集粒子当量直径和数量；、KB-120F型智能TSP-PM10中流量采样器：利用采气泵, 形成负压使空气通过采样器的捕集装置, 吸附在颗粒物上的样品收集在玻璃纤维滤膜上, 气态样品收集在PUF上。通过的气体体积通过内置流量计获得。采集的样品通过前处理和仪器分析进行定性定量, 从而完成样品中POPs 的测定。【25】2.3、样品处理分析仪器设计装置采样用导电玻璃（接地材料）在采样完成之后，用经处理过的脱脂棉蘸取1:1丙酮：正己烷擦拭导电玻璃采样面，用索氏提取对大气采样器采样用膜及擦拭采样导电玻璃的脱脂棉进行处理，再经过旋转蒸发、层析、氮吹等环节处理后，通过GC-MS气相色谱仪进行含量分析获得采样效果数据。所用仪器：、RE-52AA型旋转蒸发仪；、TTL-DCI型氮吹仪；、DK型恒温水浴锅；、气相色谱/质谱联用仪；、KQ-1500B超声波清洗器；、DZG-6050SAD真空干燥箱。所用试剂：、正己烷；、二氯甲烷；、异辛烷；、丙酮；、硅胶；、无水硫酸钠。3、实验流程实验整体分为三个阶段来进行，首先是前期对仪器参数测量部分，通过对仪器的各种参数的测定与分析选取相对有说服力的参数进行实际采样；然后对采样所获得的样品处理；最后用GC-MS气相色谱联用仪进行样品分析。3.1、采样流程1) 、装置拼搭2) 、设定参考因素（接地材料、天气条件、风机电压等）3) 、设计实验方案a) 假设气候条件分别从温度、湿度两个方面对起晕电压、击穿电压及电流造成影响，挑选温湿度差别较为明显的时候进行装置运行时伏安特性曲线测量b) 假设不同的接地材料对装置所能接受电压电流有一定影响，选择三种接地材料：ITO导电玻璃、镀锌铁板、自制导电玻璃，在不同条件下测量运行时伏安特性曲线。4)、装置产生影响及性能测试a) 对于装置放电情况下，是否会是空气中的N2与O2电离形成对环境有危害的NOx。在装置外部搭建密封罩，对于90*90*90cm3的密封环境下测量装置运行是密封外壳内部NOx含量。b) 对接地材料（导电玻璃、镀锌铁板）对不同粒径颗粒的捕集情况测量，以选取捕集情况较好的装置运行条件。5)、平行实验 对于设计装置材料的情况，选取进行与主动大流量采样器采样情况进行比较。利用风速仪测得的不同风机电压风速，计算采样时间内的总流量，用大流量采样器进行同等流量的实验。3.2、样品处理步骤3.2.1、预处理 先对之后样品处理，采样用脱脂棉等所需额玻璃仪器进行清洗。先用五洁粉刷洗仪器表面及内部，冲洗完后用超声微波清洗用水和洗洁精对仪器超声清洗15分钟，自来水冲洗。取超纯水对仪器再次仔细冲洗，放入烘箱设置110烘2小时，取出冷却。待冷却后用丙酮清洗，晾干，以锡纸封口放置在干燥的地方。使用前再用丙酮清洗一下，晾干后方可使用。对采样用膜和脱脂棉用索氏提取进行预处理，用丙酮：正己烷=2:1（120ml：60ml）索氏提取12小时后，换正己烷：丙酮=2：1（120ml：60ml）索氏提取12小时。将脱脂棉和膜放入真空干燥箱干燥，密封存放。3.2.2、样品提取将采样后的导电玻璃用处理过的脱脂棉蘸取丙酮：正己烷=1:1溶液擦拭，放入索氏提取器，取丙酮：正己烷=1:1(90ml:90ml)，将部分混合液先倒进索氏提取将采样滤膜全部润湿，剩余混合液倒入平底烧瓶中，并加入100L的代标（PCB155）于索氏提取筒中，700C恒温水浴22-24小时；制作一个空白（为溶剂空白，没有滤膜）在索氏前加100L的代标。3.2.3、样品浓缩待提取完成后，将索氏中所有液体都倒入平底烧瓶中，滤膜放至一边不再使用，然后加入8mL异辛烷，320C蒸发浓缩1020min至2mL左右（一元硬币大小）。3.2.4、样品层析净化层析柱安装好后，底部开关处于关闭状态，从上部往下用丙酮润洗层析柱，先倒入约1/3柱高的二氯甲烷于柱内，用约指甲盖大小的脱脂棉（同滤袋）将层析柱下面的小孔堵住，用长玻璃棒捅至细底部捣实（防止硅胶漏失），再倒入二氯甲烷至层析柱瓶口约2cm处，再加入7g硅胶。待硅胶彻底沉降后加入一大勺无水硫酸钠（完全沉淀后约有2cm高）。接着加入二氯甲烷：正己烷按体积比1：1配置的混合液30mL，使其继续流洗填充好的柱子。待液面与无水硫酸钠上层持平时关闭开关，倒掉下面的废液。将梨形瓶做好相应的标记，置于层析柱下端的下面。用玻璃移液管吸取浓缩液滴加到层析柱中，待其至与无水硫酸钠上层持平时，加入3编洗液（用正己烷淋洗3遍）分别三次加入层析柱里。用正己烷冲洗一下层析柱瓶口。再加入二氯甲烷：正己烷=1:1混合液70mL，当层析柱内液体不再无液体滴下时关闭开关，取下梨形瓶，加入4mL异辛烷，旋转蒸发蒸至1mL，移至离心管中（需用异辛烷洗梨形瓶3遍并移入离心管中），最后氮吹至600-900L，再加入100L内标用异辛烷定容至1mL。即可上机检测了。3.2.5、样品分析对采样样品分析采用定性性强、灵敏度高、检测速度快的气质联用技术对室内灰尘样品中的PBDEs进行分析，仪器采用安捷伦6890-5975 MSD型气质联用仪。气相色谱柱采用DB-5MS型柱（30m0.25mm0.25m），电离方式为负离子化学电离源NECI，进样口温度为265，压力为11.66 psi，采用不分流进样模式，进样量为0.2L。色谱柱程序升温过程为：柱温80保持3min，然后以10/min的速度升温至300，保持恒温5min。采用标准样品中各物质的色谱峰保留时间及定性离子对样品中的PBDEs进行定性，同时采用内标曲线法对其进行定量。第三章、实验内容及数据分析对于微空气持久性有机污染物主动采样装置的研究主要分为前期参数研究、 环境采样、后期样品处理及分析三部分。1、前期参数研究完成采样装置搭建之后，先对装置的性能进行了试验。首先是对风机的性能进行测试，试验证明风机最大能够承受220V左右的电压，因此后期实验采用100V、150V、200V风机电压作为实验用风机电压。测试接地材料分别为导电玻璃、自制玻璃、镀锌铁板，测试三种接地材料皆可正常使用，对于前期仪器性能参数试验时，使用了三种不同材料进行实验及比较。通过一段时间对各类参数的研究、实验及数据收集。对天气条件、接地材料对采样的影响；采样装置对环境影响；采样情况等进行分析。1.1、天气条件对采样装置的影响 对于天气条件对采样装置的参数影响，主要分接地材料不同进行数据整理。对不同接地材料在不同天气情况下实验，实验当天测量采样实验室的温湿度，挑选风机电压100V、150V、200V进行实验，同时测量不同风机电压下采样通道口的风速。1.1.1、天气条件对接地为导电玻璃的影响对导电玻璃的导电性能，分了四天进行了四次实验，实验记录当天天气、湿度、风机电压、风机风速、高压直流电源上电压电流读数。对于记录的读数，以同一风机电压为定量，将四次平行实验作图（图3.1）：a、100V风机电压b、150V风机电压c、200V风机电压图3.1、各风机电压下导电玻璃的伏安特性曲线通过对导电玻璃在不同风机电压下的伏安特性比较，对上述数据图分析得： 电流随电压增大而增大，符合欧姆定律。 伏安特性曲线都呈指数型增长，各风机电压各天气情况下，一般都在10KV左右电流增幅开始变大。 湿度较小、温度较高的情况下，装置可以接受更高的击穿电压；反之，温度较低、湿度较大的情况下，装置起晕电压较低，击穿电压也低。 温湿度都较小，风机电压大（即风速较快）时，装置放电电压、电流较大。 湿度较大，装置起晕电压较低，且在提高电晕放电电压的初期，产生的放电电流升幅较为平缓。 湿度小，装置起晕电压较高，但在增加高压电源电压初期，产生的放电电流升幅也较为平缓 天气条件（温度、湿度）对接地为导电玻璃的伏安特性影响较为显著。1.1.2、天气条件对接地为镀锌铁板的影响对镀锌铁板的导电性能，选取温度、湿度差异明显的三天进行了装置试验，实验记录当天天气、湿度、风机电压、风机风速、高压直流电源上电压电流读数。对于记录的读数，以同一风机电压为定量，将三次平行实验作图（图3.2）：a、100V风机电压b、150V风机电压c、200V风机电压图3.2、各风机电压下镀锌铁板的伏安特性曲线通过对导电玻璃在不同风机电压下的伏安特性比较，对上述数据图分析得： 电流随电压增大而增大，符合欧姆定律。 伏安特性曲线呈指数型增长，各风机电压、各天气情况下，一般都在9KV左右电流增幅开始变大。 湿度越小，起晕电压越高，为9.8KV左右。但击穿电压则较小，击穿电压时的电流也相对高湿度的情况下小，一般在200A左右。 温度较低，湿度较大的情况下，装置运行电流起始升幅电压较小。 湿度大的情况下，装置能接受的击穿电流随风机电压（即风速大小）增大而增大。 天气条件（温度、湿度）对接地为镀锌铁板的伏安特性影响较小。1.1.3、天气条件对接地为自制玻璃的影响对自制导电玻璃的导电性能试验，由于是在导电玻璃表面上喷洒导电膜但没有封层，多次作为接地材料，带电颗粒对其表面撞击后被吸附，用丙酮擦拭会破坏表面导电喷膜。因此只选取温度、湿度有所差异的2天进行了装置试验，实验记录当天天气、湿度、风机电压、风机风速、高压直流电源上电压电流读数。对于记录的读数，以同一风机电压为定量，将二次平行实验作图（图3.3）：a、100V风机电压b、150V风机电压c、200V风机电压图3.3、各风机电压下自制导电玻璃的伏安特性曲线通过对导电玻璃在不同风机电压下的伏安特性比较，对上述数据图分析得： 电流随电压增大而增大，符合欧姆定律。 伏安特性曲线呈指数型增长，各风机电压、各天气情况下，一般都在11KV左右电流增幅开始变大 湿度越大，温度越低，装置所能承受的击穿电压越大，击穿电压时的电流较大。 湿度大的情况下，装置能接受的击穿电流随风机电压（即风速大小）增大而增大。1.1.4、天气条件对采样装置的影响分析装置的高电压端接高压直流电源，输入电压为负电压，高电压段的针阵列不锈钢电极与接地间产生不均匀电场。当升高接入的电压时，不锈钢电极上的针尖处与接地间距离近，电荷密度较大、曲率半径小。在紧邻带点表面处，电场E与电荷密度成正比，因此针尖处场强很强。当离子被吸向导体时将获得很大的加速度，与空气碰撞后使空气中的颗粒物带电。【26】在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，被接地材料吸附。电晕放电的电流强度取决于加载电极之间的电压大小、电极的形状(绝缘子曲率半径)、极间距离、气体的性质和密度(天气湿度以及空气的流动速度)。电晕放电的电压降取决于放电迁移区域的电导，在迁移区域内存在单极性的空间电荷时，它妨碍着放电电流的通过，此时电晕放电的压降大部分落在迁移区域上。Akishev和Callebaut等较详细研究了针板放电伏安特性，得到快速气流通过放电区提高放电稳定性；同时将放电分成电晕、辉光和火花阶段，并得到在电晕区Iu同u成正比，在电晕区向辉光区过渡中IU同u成指数关系【27、28、29】。证明起晕电压到击穿电压的伏安特性曲线呈指数型增长，曲线平直部分电流变化不明显，表明装置虽然已处于放电阶段但还未形成电晕放电。我们认为伏安特性曲线上电流随电压增幅变大的转折点为装置已形成电晕放电，且随外电压继续升高，电晕放电向辉光发电（击穿电压）变化。迁移区域内电荷（带电颗粒物）数量多少表现为电晕放电的电压大小，而同一时间内通过的电荷数量影响放电电流大小。在湿度较大的天气，颗粒接触空气中的水分体积增大，运动能力减弱。湿度增大，带电颗粒遇水后运动能力减弱致使电荷聚集，电场电位增大，易使放电达到击穿电压。且同一时间通过的电荷数量减少，影响放电电流的升幅。对于湿度小的天气情况，风机电压越大，风速越大，同一时间内通过的电荷数量越多，导致放电电流增大。继续增加电位差，电流强度继续增加，当外加电压比阀值电压高很多时，电晕放电会转变为火花放电（发生火花的击穿），即击穿电压。针对三种不同接地材料的伏安曲线分析，导电玻璃及镀锌铁板都符合上述结论。气候条件影响对导电玻璃的伏安特性影响较大，对镀锌铁板的影响则较小。导电玻璃和自制导电玻璃电晕放电的起晕电压都为11KV左右、镀锌铁板为9KV左右。自制玻璃能承受的击穿电压最大，镀锌铁板承受击穿电压最小。自制导电玻璃的放电电压、电流在湿度大的情况下，放电电压及电流反而更大。由于不符合上述天气条件对装置的伏安特性影响，分析由于自制导电玻璃的表面导电喷漆在高湿度的条件下性能更加，且的确相比其他两种接地材料能接受相对更大的击穿电压。具体原因由于材料有限，无法进行多次试验分析，故不在此做更多的讨论。1.2、不同接地材料对采样装置的影响对于不同接地材料对采样装置的参数影响，选取两天对不同接地材料进行装置运行试验。对不同接地材料在同一天（天气情况相同）实验测量，实验当天测量采样实验室的温湿度，挑选风机电压100V、150V、200V进行实验，同时测量不同风机电压下采样通道口的风速。2012年10月25日实验实验当天天气情况温度：22.6，湿度：89.4%。2012年12月27日实验 实验当天天气情况温度：11.6，湿度：100%。a、100V风机电压b、150V风机电压c、200V风机电压图3.4、各风机电压下不同接地材料的伏安特性曲线比较实验的两天，不同接地材料在不同风机电压情况下的伏安特性曲线： 比较图片左列，2、装置对环境影响研究电晕放电还使空气发生化学反应，生成臭氧、氮氧化物等产物，臭氧、氮氧化物是强氧化剂和腐蚀剂，会对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀。正电晕中流光放电可繁衍在针板间几乎整个间隙之间，而负电晕中辉光区只局限在针电极附近参考文献1 王亚韡，蔡亚岐，江桂斌. 斯德哥尔摩公约新增持久性有机污染物的一些研究进展 J. 中国科学: 化学, 2010, 40( 2): 99-123.2 麦碧娴，林峥，张干. 珠江三角洲河流和珠江口表层沉积物中有机污染物研究一多环芳烃和有机氯农药的分布及特征J. 环境科学学报, 2000, 20(2): 192-197.3 刘瑞民，王学军. 天津表层土壤PAHs分子标志物参数的空间特征J. 中国环境科学, 2004, 24(6): 684-687.4 赵丽，艾萍. 对持久性有机污染物的研究进展J. 云南化工, 2008, 35(2): 45-47.5 谢武明，胡勇有，刘焕彬持久性有机污染物环境问题与研究进展J中国环境监测，2004，20(2):58-61.6 王东利，张晓鸣，刘玉敏持久性有机污染物的环境行为及对人体健康的危害A.国外医学卫生学分册,2003,30(3):170-173.7 于丽娜，降巧龙，张志. 中国北方大气中有机卤素污染物的污染水平 J. 核化学与放射化学,2008, 30( 3): 146-151.8 梁越，唐星华. 大气中持久性有机污染物的研究进展J. 江西科学, 2009, 27(4): 634-6389 祁士华，盛国英，傅家谟. 澳门大气气溶胶中多环芳烃的源解析尝试 J. 环境科学, 2002, 2( 2):118-122.10孙 娜，陆晨，高 翔. 青藏高原东部土壤中多环芳烃的污染特征及来源解析 J. 环境科学,2007, 28( 3): 664-668.11梁贤伟. 新型持久性有机污染物-多溴联苯醚在土壤中的生物可利用性研究D. 南开大学:南开大学研究生院, 2011. 1-1512刘宗峰、曹正梅、马启敏. 环境中多溴联苯醚（PBDEs）分布特征研究进展J. 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