CN104655804B - 植物吸附颗粒再悬浮的分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置及方法，其中该装置包括：鼓风机、转子流量计、空气过滤器、空气干燥器、湿度传感器、气室、SMPS和手持式环境粉尘检测仪；转子流量计的一端与鼓风机的出气口连接、另一端与空气过滤器的进气口连接，空气过滤器的出气口与空气干燥器的进气口连接，空气干燥器的出气口与气室的进气口连接，气室的出气口与SMPS和手持式环境粉尘检测仪同时连接，湿度传感器设置在气室内，湿度传感器与处理器连接；SMPS包括：DMA和CPC。上述装置能够寻找滞尘能力最佳的树种，操作过程简单，检测结果高效便捷、精确度高、更接近实际情况、可测颗粒物大小范围广。
Description
技术领域
本发明涉及植物吸附颗粒再悬浮问题技术领域，尤其涉及一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置及方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人口数量和能源消耗显著增长，导致排放到大气中的污染物大量增加，形成了比较严重的大气污染问题。大气中细颗粒物的浓度居高不下，严重影响居民生活，威胁身体健康。对于大气细颗粒物的理化性质及其形成机制的研究已成为目前环保领域中一个令人关注的重要课题。治理雾霾天气除了从源头控制污染物的排放外，利用植物滞尘也是也是一种行之有效的方法，这已被国内外许多研究者证实：树木能有效吸附和移除空气中的固体颗粒物，加速颗粒物的沉降过程；由于植物叶片表面湿润度和粗糙度等特征，更有利于固体颗粒物的沉积。植被滞尘的方法主要为拦截沉降和滞留吸附。但植被枝叶对粉尘的吸附是暂时的，且滞尘达到饱和后滞尘量便不再增加，只有经过雨水淋洗，枝叶才再次具有吸附粉尘的能力。
随着时间的积累，植物滞尘量不断增加。树种每一周的滞尘量不是线性增加而是增幅减小，当滞尘达到饱和，滞尘量便不再增加或增加幅度较小，直到下次大雨过后植物叶片再重新滞尘。然而，停滞在植物表面的颗粒物并不稳定，部分沉积物在累积过程中会产生再悬浮问题。颗粒物通过再悬浮过程重新回到大气中，影响大气环境。目前，已有多篇文献提及再悬浮问题，但对于颗粒物再悬浮问题的相关具体研究较少，不同树种的再悬浮差异也有待进一步研究。
植物阻滞的PM2.5可能通过再悬浮对大气造成二次污染，影响再悬浮的因素主要有：一定风速、大于15mm的降雨、人为扰动、气流活动变化等，其中风是主要的影响因子之一。而目前关于植物吸附颗粒物再悬浮能力的研究较少，展开这方面研究将可有助于完善常见绿色植物的滞尘能力机理和滞尘能力评价标准。
鉴于此，如何对植物吸附的PM2.5等不同颗粒的再悬浮问题进行研究成为成为当前需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置及方法，能够通过计算得到待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮量程度，比较不同树种叶片表面不同颗粒物的再悬浮能力大小，从而能够寻找滞尘能力最佳的树种，且操作过程简单，检测结果高效便捷、精确度高、更接近实际情况、可测颗粒物大小范围广。
第一方面，本发明提供一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置，包括：鼓风机、转子流量计、空气过滤器、空气干燥器、湿度传感器、气室、扫描电迁移率粒径谱仪SMPS和手持式环境粉尘检测仪；
所述转子流量计的一端与所述鼓风机的出气口连接、另一端与所述空气过滤器的进气口连接，所述空气过滤器的出气口与所述空气干燥器的进气口连接，所述空气干燥器的出气口与所述气室的进气口连接，所述气室的出气口与SMPS和所述手持式环境粉尘检测仪同时连接，所述湿度传感器设置在所述气室内，所述湿度传感器与处理器连接；
SMPS包括：电迁移分级器DMA和凝聚核粒子计数器CPC。
可选地，所述空气过滤器为高效空气过滤器。
可选地，所述高效空气过滤器的形状为圆柱型。
可选地，所述气室的体积为：400mm×400mm×400mm。
可选地，所述气室的材质为亚克力板材质。
第二方面，本发明提供一种植物吸附颗粒再悬浮的分析方法，包括：
获取未使用植物吸附颗粒再悬浮的分析装置时固定在花泥上的待测植物叶片的单位叶面积原滞尘量W；
在使用鼓风机、空气过滤器和空气干燥器更新气室原有的空气，将固定在花泥上的待测植物设置在所述装置的气室内部的中央位置，并将花泥整体裹上不透膜，向气室内通入气流，转子流量计与鼓风机控制鼓风机所产生的气流的流量和风速，空气干燥器调节气室内的湿度之后，读取预设时间段后电迁移分级器DMA、凝聚核粒子计数器CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值；
根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值以及单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度；
根据不同的待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，比较不同树种叶片表面固定的不同颗粒物的再悬浮能力。
其中，DMA和CPC的数值表示测从植物叶片上脱落下来的小于1100nm颗粒物的粒径大小及其浓度；
手持式环境粉尘检测仪的数值表示在测从植物叶片上脱落下来的大于1100nm颗粒物不同粒径的浓度。
可选地，所述转子流量计与鼓风机控制鼓风机所产生的气流的流量和风速，包括：
转子流量计与鼓风机调节鼓风机所产生的气流的流量和风速。
可选地，所述根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值以及单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，包括：
根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值，采用微积分法获取待测植物叶片表面不同颗粒物的单位叶面积脱落值；
根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度。
可选地，根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，具体为：
根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，使用第一公式获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度；
所述第一公式为：
再悬浮程度＝单位叶面积脱落值/单位叶面积原滞尘量W。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置及方法，综合考虑了叶片上可能存在的所有粒径大小颗粒物的检测方法，从纳米级极细颗粒到大粒径颗粒的检测，以一定的速率向气室中通入洁净气流，模拟林内固定风速不同湿度或者不同风速固定湿度，使叶片上沉积的颗粒物发生再悬浮过程，观测并记录气室进出气流浓度，通过计算得到待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，并比较不同树种叶片表面不同颗粒物(如PM2.5等)的再悬浮能力大小，从而能够寻找滞尘能力最佳的树种，且操作过程简单，检测结果高效便捷、精确度高、更接近实际情况、可测颗粒物大小范围广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种使用图1所示装置的植物吸附颗粒再悬浮的分析方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的植物吸附颗粒再悬浮的分析装置，包括：鼓风机1、转子流量计2、空气过滤器3、空气干燥器4、湿度传感器5、气室6、扫描电迁移率粒径谱仪(ScanningMobility Particle Sizers，简称SMPS)7和手持式环境粉尘检测仪8；
所述转子流量计2的一端与所述鼓风机1的出气口连接、另一端与所述空气过滤器3的进气口连接，所述空气过滤器3的出气口与所述空气干燥器4的进气口连接，所述空气干燥器4的出气口与所述气室6的进气口连接，所述气室6的出气口与SMPS 7和所述手持式环境粉尘检测仪8同时连接，所述湿度传感器5设置在所述气室6内，所述湿度传感器5与处理器连接；
其中，所述SMPS 7包括：电迁移分级器(Differential Mobility Analyser，简称DMA)71和凝聚核粒子计数器(Condensation Particle Counters，简称CPC)72。
在具体应用中，举例来说，本实施的所述气室6的出气口与SMPS7和所述手持式环境粉尘检测仪8可以通过三通管同时连接。
在具体应用中，本实施的所述空气过滤器优选为高效空气过滤器(HighEfficiency Particulate Air，简称HEPA)，HEPA的形状有很多，常见多为立方体，在本实施例优选为圆柱型的。
在具体应用中，本实施的所述手持式环境粉尘检测仪优选为DUSTMATE型手持式环境粉尘检测仪。
在具体应用中，本实施的所述气室的体积可以优选为：400mm×400mm×400mm。
在具体应用中，本实施的所述气室的材质可以优选为亚克力板材质。
可理解的是，本实施的鼓风机1能够产生再悬浮需要的动力－风，风速大小可以调节，也可以通过转子流量计2进行测量，控制鼓风机1的电流大小可控制鼓风机所产生气流流量的大小。
可理解的是，本实施的空气干燥器4可以调节气室6的湿度，并可通过湿度传感器5及与其连接的处理器、与处理器连接的显示器、存储器获取、显示及存储湿度值。
可理解的是，本实施所述装置可以检测不同粒径大小颗粒物(纳米级小粒径)的浓度，扫描电迁移率粒径谱仪SMPS 7可以检测纳米级小粒径的不同粒径大小颗粒物的浓度，手持式环境粉尘检测仪DUSTMATE 8可以检测比纳米级小粒径稍微大一些的不同粒径大小颗粒物的浓度。
本实施例的植物吸附颗粒再悬浮的分析装置，综合考虑了叶片上可能存在的所有粒径大小颗粒物的检测方法，从纳米级极细颗粒到大粒径颗粒的检测，以一定的速率向气室中通入洁净气流，模拟林内固定风速不同初始湿度或者不同风速固定初始湿度，使叶片上沉积的颗粒物发生再悬浮过程，观测并记录气室进出气流浓度，通过计算得到待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，并比较不同树种叶片表面不同颗粒物(如PM2.5等)的再悬浮能力大小，从而能够寻找滞尘能力最佳的树种；
在现有技术中评价植物滞尘能力，多是检测装置出口处的总悬浮微粒(totalsuspended particulate，简称TSP)、颗粒物(particulate matter，简称PM)PM10、PM2.5浓度等单一指标，而自然界中颗粒物粒径分布广，更复杂，本实施例所述装置操作过程简单，检测结果高效便捷、精确度高、更接近实际情况、可测颗粒物大小范围广。
图2为本发明实施例提供的一种植物吸附颗粒再悬浮的分析方法的流程示意图，本方法使用图1所示的装置，如图2所示，本实施例的植物吸附颗粒再悬浮的分析方法如下所述。
201、获取未使用植物吸附颗粒再悬浮的分析装置时固定在花泥上的待测植物叶片的单位叶面积原滞尘量W。
应说明的是，并步骤201可以用洗脱称重等方法测定待测植物叶片的单位叶面积原滞尘量W，为现有技术，这里不再赘述。
202、在使用鼓风机、空气过滤器和空气干燥器更新气室原有的空气，将固定在花泥上的待测植物设置在所述装置的气室内部的中央位置，并将花泥整体裹上不透膜，向气室内通入气流，转子流量计与鼓风机控制鼓风机所产生的气流的流量和风速，空气干燥器调节气室内的湿度之后，读取预设时间段后电迁移分级器DMA、凝聚核粒子计数器CPC和DUSTMATE手持式环境粉尘检测仪的数值。
其中，DMA和CPC的数值表示测从植物叶片上脱落下来的小于1100nm颗粒物的粒径大小及其浓度；
手持式环境粉尘检测仪的数值表示在测从植物叶片上脱落下来的大于1100nm颗粒物不同粒径的浓度。
在具体应用中，步骤202中的“鼓风机、空气过滤器和空气干燥器更新气室原有的空气”，具体为：
鼓风机产生气流后，所述气流依次通过空气过滤器和空气干燥器进行过滤和干燥，直至CPC和DUSTMATE手持式环境粉尘检测仪的数值为0。
在具体应用中，在上述步骤202中，是通过转子流量计与鼓风机调节鼓风机所产生的气流的流量和风速，通过空气干燥器控制气室内保持在预设湿度。举例来说，可以通过转子流量计与鼓风机控制鼓风机所产生的气流的流量并保持固定在预设风速和通过空气干燥器调节气室内的湿度来模拟林内的固定风速和不同湿度，从而后续可以研究模拟林内不同湿度对再悬浮能力的影响；也可以通过转子流量计与鼓风机调节鼓风机所产生的气流的流量和风速和通过空气干燥器控制气室内保持固定在预设湿度来模拟林内的固定湿度和不同风速，从而后续可以研究模拟林内不同风速对再悬浮能力的影响。
可理解的是，在上述步骤202中将花泥整体裹上不透膜是为了减少外来颗粒的对实验结果的干扰，因为市面上花泥的质量层次不齐，如果使用质量不好的花泥一碰就会脱落小颗粒；而且植物枝条插到花泥上，造成花泥的破坏，裹上不透膜插上花枝后能够明显减少从花泥上脱落的小颗粒进入气室。
在具体应用中，在上述步骤202中的“读取不同时间段后电迁移分级器DMA、凝聚核粒子计数器CPC和手持式环境粉尘检测仪DUSTMATE的数值”之后，还可包括：
通过空气过滤器对产生的尾气进行净化处理后再排向空气中。
203、根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值以及单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度。
在具体应用中，在本步骤203可包括图中未示出的步骤2031-2032：
2031、根据不同时间段后DMA、CPC和DUSTMATE的数值，采用微积分法获取待测植物叶片表面不同颗粒物的单位叶面积脱落值。
2032、根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度。
进一步地，在具体应用中，上述步骤2032可以具体为：
根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，使用第一公式获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度。
其中，所述第一公式为：
再悬浮程度＝单位叶面积脱落值/单位叶面积原滞尘量W。
204、根据不同的待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，比较不同树种叶片表面不同颗粒物的再悬浮能力。
可理解的是，植物为什么能滞尘呢？一种是叶表面的沟壑纤毛固定的的尘埃；一种是叶表面的湿度分泌物粘附住的尘埃；第三种是颗粒物受重力飞到这个位置时恰好落在了叶片表面上，值的大小受叶面积影响很大。前两种固定尘埃的方式都比较牢，遇到大降雨时才脱落，第三种方式滞尘可能受风吹叶片间摩擦抖动就脱落了，这就是颗粒物的再悬浮。为了寻找滞尘能力最佳的树种，需要考虑的应该是经过本实施例所述方法的再悬浮考验的树种。
本实施例的植物吸附颗粒再悬浮的分析方法使用图1所示的装置，综合考虑了叶片上可能存在的所有粒径大小颗粒物的检测方法，从纳米级极细颗粒到大粒径颗粒的检测，以一定的速率向气室中通入洁净气流，模拟林内固定风速不同湿度或者不同风速固定湿度，使叶片上沉积的颗粒物发生再悬浮过程，观测并记录气室进出气流浓度，通过计算得到待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，并比较不同树种叶片表面不同颗粒物(如PM2.5等)的再悬浮能力大小，从而能够寻找滞尘能力最佳的树种，且操作过程简单，检测结果高效便捷、精确度高、更接近实际情况、可测颗粒物大小范围广。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或者部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种植物吸附颗粒再悬浮的分析装置，其特征在于，包括：鼓风机、转子流量计、空气过滤器、空气干燥器、湿度传感器、气室、扫描电迁移率粒径谱仪SMPS和手持式环境粉尘检测仪；
所述转子流量计的一端与所述鼓风机的出气口连接、另一端与所述空气过滤器的进气口连接，所述空气过滤器的出气口与所述空气干燥器的进气口连接，所述空气干燥器的出气口与所述气室的进气口连接，所述气室的出气口与SMPS和所述手持式环境粉尘检测仪同时连接，所述湿度传感器设置在所述气室内，所述湿度传感器与处理器连接；
所述SMPS包括：电迁移分级器DMA和凝聚核粒子计数器CPC。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气过滤器的形状为圆柱型。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室的体积为：400mm×400mm×400mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室的材质为亚克力板材质。
5.一种使用权利要求1-4中任一项所述的植物吸附颗粒再悬浮的分析装置的植物吸附颗粒再悬浮的分析方法，其特征在于，包括：
获取未使用植物吸附颗粒再悬浮的分析装置时固定在花泥上的待测植物叶片的单位叶面积原滞尘量W；
在使用鼓风机、空气过滤器和空气干燥器更新气室原有的空气，将固定在花泥上的待测植物设置在所述装置的气室内部的中央位置，并将花泥整体裹上不透膜，向气室内通入气流，转子流量计与鼓风机控制鼓风机所产生的气流的流量和风速，空气干燥器调节气室内的湿度之后，读取预设时间段后电迁移分级器DMA、凝聚核粒子计数器CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值；
根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值以及单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度；
根据不同的待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，比较不同树种叶片表面固定的不同颗粒物的再悬浮能力；
其中，DMA和CPC的数值表示从待测植物叶片上脱落下来的小于1100nm颗粒物的粒径大小及其浓度；
手持式环境粉尘检测仪的数值表示从待测植物叶片上脱落下来的大于1100nm颗粒物不同粒径的浓度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值以及单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，包括：
根据预设时间段后DMA、CPC和手持式环境粉尘检测仪的数值，采用微积分法获取待测植物叶片表面不同颗粒物的单位叶面积脱落值；
根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度，具体为：
根据所述单位叶面积脱落值和单位叶面积原滞尘量W，使用第一公式获取待测植物叶片表面不同颗粒物的再悬浮程度；
所述第一公式为：
再悬浮程度＝单位叶面积脱落值/单位叶面积原滞尘量W。
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Granted publication date: 20170419 Termination date: 20180203 |