扩散场声压测量法声功率

Dynamics of ammonia volatilisation measured by eddy covariance during slurry spreading in north ItalyRossana Monica Ferraraa, Marco Carozzib,*, Paul Di Tommasic, David D. Nelsond, Gerardo Fratinie, Teresa Bertolinif, Vincenzo Magliuloc, Marco Acutisg, Gianfranco Ranaaa Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria—CREA, Research Unit for Cropping Systems in Dry Environments, via C. Ulpiani 5, 70125 Bari, Italy b INRA, INRA-AgroParisTech, UMR 1402 ECOSYS, Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes, 78850 Thiverval-Grignon, Francec National Research Council of Italy, Institute for Mediterranean Agriculture and Forest Systems (CNR-ISAFoM), 80056 Ercolano, Italy d Aerodyne Research Inc., Billerica, MA 01821, United States e LI-COR Biosciences GmbH, Siemens Str. 25a, 61352 Bad Homburg, Germany f Euro-Mediterranean Center on Climate Change (CMCC), Via Augusto Imperatore 16, 73100 Lecce, Italy g University of Milan, Department of Agricultural and Environmental Sciences, via G. Celoria 2, 20133 Milan, Italy摘要2009和2011年春在意大利北部农田两次测量污泥施肥后氨气排放扩散试验，从施肥、耕地作业至排放现象结束用窝动相关法EC测量氨气通量变化。涡动相关法系统配备Aerodyne氨气快速测量仪能持续监测施肥后氨气挥发情况，分别在24h和30h后耕地作业监测到氨气挥发量突然降低。其中两次试验最大氨气排放为138.3和243.5ugm-2s-1，施肥7天后NH4-N总损失为19.4%和28.5%。试验发现涡动相关法和反向拉格朗日随机模型在动态排放量化结果一致，同时由于排放扩散和气象条件关系因素造成两次试验氨损失不同。结果表明为了提高施肥后氮效率耕地作业最好接近24h内进行，气候条件限制氨气排放（如多云、低温）。概述氨气在气候化学和许多与之相关排放和沉降环境问题扮演重要角色。在欧盟27个成员国中90%氨气来源农业肥料的储存和扩散，畜牧业和合成肥料使用。评估施肥作业中氨气损失与田野和农场氮平衡关系提高农业氮效率合适技术。试验地点试验地点时间为2009（SI-09）3.9ha和2011（SI-11）4.3位于意大利北部Po Valley，两块试验田相邻且农业管理相近。SI-09试验时间为2009.3.26-4.3污泥施肥为87m3/ha,8：00am开始，24h后耕地作业深25cm,持续时间分别为7和1.5h,氨态氮总量为95kg/ha NH4-N。SI-11试验时间为2011.4.6-4.13污泥施肥为75m3/ha,8：30am开始，30h后耕地作业深25cm,持续时间分别为5和2h,氨态氮总量为109kg/ha NH4-N。测量方法01两种氨气浓度测量方法ALPHA被动式扩散采样器位于逆风向距离试验田2.3km测量氨气环境背景值，柠檬酸滤纸捕获氨气比色法测量，。Aerodyne QC-TILDAS氨气快速分析仪监测分子在967cm-1处对辐射的吸收测量每摩尔湿空气摩尔氨气，为了保证数据可靠性每6h用标准化氨气罐进行自动校正。02涡动相关法(EC)测量氨气通量把垂直方向的瞬时风速和氨气浓度的协方差定义为氨气垂直方向通量，采样间隔为30分钟，并考虑到空气密度改变WPL对其结果的影响，WPL作用通常取决于气体背景浓度和通量的等级。EC系统放置在试验田中间，离边界SI-09为78m和SI-11为93m，配备Gill-R2 Sonic Anemometer三维声波风速仪和Aerodyne QC-TILDAS氨气浓度测量仪， 模拟信号从QC-TILDAS传导至Sonic Anemometer，通过EddySoft 软件同时将模拟信号和风速数据进行整合，使用EddyPro软件线下计算每半小时氨气通量。在湍流通量计算失效后系统对试验数据自动进行筛选，同时由于EC系统光谱衰减不可避免性使用频率响应修正系数法对通量损失进行校准。03分散模型反向拉格朗日随机模型（bLS）推测氨气的扩散，使用三维声波风速仪的湍流参数u*,L和Aerodyne QC-TILDAS测量的氨气浓度，ALPHA背景浓度值结合GPS记录排放源区进行建模。数据分析01气象数据对SI-09和SI-11气象数据和微气候数据进行整理（雨量、温度、湿度、风速、太阳辐射、摩擦速度u*和稳定参数z/L）对比，总体SI-09比SI-11气候条件更稳定不利于氨气扩散。02通量源区SI-09试验中白天和晚上89和87%通量来源于试验田中，在SI-11试验中白天和晚上96和94%通量来源于试验田中。SI-09白天(40m比61m)和晚上(76m比164m)的通量源区最大峰值都小于SI-11，主要归结于SI-11更高的大气稳定性。03氨气浓度和氨气通量氨气浓度分析：如图Fig.6由ALPHA被动式采样器和Aerodyne QC-TILDAS测量氨气浓度对比结果看出两种测量结果趋势相似，证实了采集数据的有效性，SI-09和SI-11的RMSE为114.3和102.5ugNH3m-3，R2为0.89和0.9，斜率为1.21和0.95，CRM为-0.04和-0.06。在SI-09中ALPHA和QC-TILDAS浓度有明显差别，周围环境条件是实质因素如高湿度97.7%、低温11.7℃和低风速0.88m/s。氨气通量分析：如图Fig7a-d显示两次试验氨气浓度值和通量表以及空气土表温度湿度总辐射和降雨量。两次试验氨气通量巨大差异主要由于天气条件，特别是SI-11空气温度比SI-09高有利于挥发，同时SI-09降雨和空气温度降低减少了氨气挥发；虽然两次试验耕地作业时间不同，但从标准化氨气累计损失看时间动态非常相似，天气条件是影响氨气浓度和通量主要因素。下图Fig.9显示EC系统和bLS对两次试验通量对比，bLS对于SI-09通量数值稍有高估，对于SI-11有些低估。但显出两种试验方法在两次试验的一致性。结论Aerodyne QC-TILDAS气体监测仪在测量粘性气体NH3优势原理：Aerodyne痕量温室气体&同位素气体监测仪使用可调谐红外激光直接吸收光谱(TILDAS)，在中红红外波长段，来探测分子最显著的指纹跃迁频率。直接吸收光谱法，可以实现痕量气体浓度的快速测量（1s）；采用像散型多光程吸收池技术实现激光可控通道数大于200个,有效测量光程可达76m甚至更长，有效的提高氨气分子的测量精度。NH3、HONO等粘性分子测量优势：粘性气体NH3化学性质活跃，粘性非常大，易于附着在器壁或固体颗粒上，且其易于在气相和颗粒相之间相互转化，这些特性造成了其测量的困难性。★测量精度为ppt级 1S 100SNH3 50ppt 10pptHONO 210 ppt 75 ppt★活性钝化系统（Aerodyne Active Passivation system），提高粘性分子的响应时间，且对高频10HZ测量有着很小的损失量（如图）采用活性钝化系统后，NH3测量的时间常数和高频通量变化（时间常数更快，高频通量损失修正更少）★惰性颗粒分离装置（Aerodyne Inertial Inlet），有效减小颗粒对粘性分子的影响，保证进样口及内部镜片的整洁★特殊渗透管路（permeation tube），减小管路壁的黏着，并有效减小管路中的水凝结及压力★针对全自动动态箱测量，采用特殊telflon材料，具备critical orifice装置，多通路同时进气，并采取气压式控制方式，降低能耗。★采用全新中红外光谱范围，可以测量更多分子，并保证精度，如NH3、O3和CO2；HONO、N2O可在一个激光下测得，如果采用双激光，可测量更多的气体分子。★与普通气体分子具备一致的快速响应时间（10HZ）★适配于涡度协方差测量和全自动箱自动测量，并可通过独特采样系统实现自由切换。活性钝化系统 Aerodyne 双激光直接吸收法分析仪在N2O、NH3、HONO、COS等痕量温室气体及含N同位素气体δ15Nα /δ15Nβ /δ18O；含C同位素气体δ13C/δ18O、H16OH/H18OH/H16O；12C17O16O/13C18O16O 及δ13C/δD/CH4 的应用文献和观测方案，请来电垂询。

扩散泵的一个主要特点是皮实耐用，如果使用保养得当，可以正常工作很多年。在安捷伦举办的“寻找最长寿安捷伦扩散泵”活动中，我们发现了好多装机20年以上还在正常工作的的安捷伦（原Varian）扩散泵。结合安捷伦技术支持团队众多工程师的多年经验， 本文总结了安捷伦扩散泵使用时的一些比较容易忽略的注意事项，使用其它品牌扩散泵的用户也可以参考。一定要使用原厂泵油安捷伦扩散泵的喷塔、加热功率等是针对特种油品设计的，其抽速、极限真空等性能参数也都是在使用安捷伦官方油品时测试的，使用非安捷伦官方油品会影响我们对扩散泵的质量保证，也不利于安捷伦工程师进行故障排查，因为不同品牌或批次的第三方泵油组分可能会有较大的差异，可能会带来抽速/极限真空不够、结晶、焦化、返油等问题，严重时甚至会在不当操作时引发爆炸等危险。注意观察油位和油的颜色冷态/热态的时候分别应该接近但不要超过Cold Full/Hot Full的标线；油的颜色应该是无色或透明度很高的红棕色，当油的颜色变深、发黑时，要及时更换。如果工艺中会产生大量的粉尘，特别是放出的泵油中能观察到大量颗粒物时，扩散泵的油池内很可能会有大量的沉积物，这些沉积物将会对泵的正常工作产生严重影响，请在每次换油时清除这些沉积物并对扩散泵进行彻底的清洗。温度保护开关一定要接入控制系统安捷伦大部分型号的扩散泵都在泵体上设置了温度保护开关，当由于冷却不足、油位不够等原因造成扩散泵温度异常时，可以及时的给出信号。在设计控制系统时，一定要把温度保护开关（常闭的干接点）接入系统，并与扩散泵加热器的供电进行互锁，以保护扩散泵。加热器不要频繁通断电扩散泵是靠泵油持续大量的汽化所产生的油蒸气来工作的，泵油的汽化量和喷射动能，跟加热器功率成正比。扩散泵正常工作时的油温是油自身的物理特性（沸点）决定的， 泵应该持续工作在沸点温度下，若停止泵油的加热意味着扩散泵将很快失去气载能力，造成抽速下降和返油量增大；因此，切勿通过加热器频繁通断电来控制油温。另外，频繁通断电将使加热器忽冷忽热，会严重影响其寿命。注意监控加热器的状态当有某根加热器烧坏时，可能会出现抽速、真空度下降，返油等问题，需要注意监控扩散泵加热器的工作状态（电流/功率），以便及时发现异常。更换加热器时，务必使用安捷伦原厂相同功率和额定电压的加热器。安装加热器时，加热器与泵底板必须紧密贴合，如果两者之间产生间隙，会造成加热器导热不良，局部温度过高，严重影响加热器的寿命。有些型号的扩散泵加热器设计了一次性的弹性压板（Crush plate），它在压紧时会产生永久变形并与加热器紧密贴合，使加热器的温度更均匀寿命更久，这些型号的扩散泵在更换加热器时，压板也要同时更换。冷却水，流量比压力更重要大型扩散泵的泵壁一般采用冷却水来进行冷却，许多客户会监控冷却水的进水压力，然而，当冷却盘管发生堵塞或部分堵塞时，即使进水压力不发生变化，冷却效果也会受到影响，而只要保证冷却水的流量，冷却水压力的变化对冷却效果的影响不大；因此，监测冷却水的流量比监测其压力更重要。另外，冷却水的连接方式，与某些设备的下进上出不同，扩散泵的冷却水是进气口处进，排气口处出，一定要按照说明书上的图示来接。减少返油，以下几点也很关键使用安捷伦扩散泵 扩散泵工作的压力越高，返油越严重。安捷伦扩散泵在刚刚开启高阀时（几帕到零点零几帕）的抽速较大，会大幅减少该压力段的抽气时间，从而减少总返油量。（请参考文章:90%的订单来自用户指定，安捷伦扩散泵口碑为什么这么好）切勿让扩散泵处理超过其最大排气量的气载 每个扩散泵都有一个最大气载的参数，扩散泵工作时处理的总气载不可以超过该数值，否则将出现严重的返油。高阀开启压力有讲究 在高阀开启的瞬间，原来由粗抽泵处理的气载将会切换至扩散泵处理，假设高阀在系统气载等于扩散泵最大气载时开启，通过公式Q=P*S就可以计算出开启压力；可以看出，使用的粗抽泵抽速越大，越需要在更低的压力开启扩散泵。排气阀门间歇关闭要不得 当前级泵切换至腔体粗抽，或者系统处于待机状态时，不要直接关闭扩散泵排气口的阀门，最好使用维持泵持续对扩散泵排气口进行抽气，保持其压力低于扩散泵可承受的最大排气压力（一般为几十帕）。增配加强型的冷帽 当需要更低的返油率时，可以增配加强型的冷帽。安捷伦提供可内置于扩散泵的加强型冷帽，可以使返油率减少90%以上，并且不增加泵的高度。原厂上门保养服务安捷伦真空提供各型号安捷伦扩散泵的上门保养服务，可以在客户现场进行扩散泵的故障排查、拆解、清洗、重新安装、换油等操作，并可以根据不同客户的具体要求订制年度保养协议，最大化的减少客户因为扩散泵故障造成的停机损失。想要了解更多，欢迎关注”安捷伦真空“公众号在线留言或者拨打下面电话联系我们。安捷伦科技中国 真空产品热线：800 820 6778 （固定电话拨打）/ 400 820 6778 （手机拨打）

PM2.5的防治问题一直备受关注，要先弄清PM2.5颗粒的来源才能有效进行防治。记者获悉，广州即将启动PM2.5在线源解析工作，该新技术可在线快速获得PM2.5单颗粒的化学物质构成，并及时判断主要污染物来源及其影响程度。据悉，日前，《广州市环境空气PM2.5在线源解析(质谱直接测量法)》项目研究工作方案已通过专家论证。　　市环境监测中心站负责人向记者介绍，大气颗粒物的污染物来源解析技术(质谱直接测量法)则是通过化学、物理学、数学等方法定性或定量识别环境受体中大气颗粒物污染的来源。对颗粒物的化学组成进行定性和定量检测，剖析其主要来源及形成机理，掌握主要污染源的排放及其影响程度，为形成区域环境空气污染综合整治提供科学依据。　　2012年6月，广州市市长陈建华曾公开透露，广州PM2.5最主要的来源是三类， 一是工业企业的燃煤，去年广州燃煤2894万吨 二是汽车尾气，这两部分在PM2.5的占比为36%~40%，是造成PM2.5浓度超标的主要原因 第三就是餐饮业的油烟，占比高达10%~12%，其他来源包括建筑工地扬尘、马路扬尘以及秸秆焚烧等。　　但是，市环保局有关负责人表示，传统污染物的源解析是以手工采样和实验室检测为基础，过程所需时间跨度较长，时效性较差，实时污染源控制目标指导能力较弱，已难以满足预防需求。