水泥生產(chǎn)線污染源PM2.5排放的監(jiān)測

穆璐瑩，毛志偉，沈玉祥，曹宗平

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

水泥生產(chǎn)線污染源PM2.5排放的監(jiān)測

穆璐瑩，毛志偉，沈玉祥，曹宗平

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

水泥工業(yè)是重要的PM2.5排放源之一，因此有必要對水泥生產(chǎn)線污染源PM2.5排放進(jìn)行監(jiān)測。介紹了水泥生產(chǎn)線污染源PM2.5監(jiān)測的主要儀器和方法，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

水泥生產(chǎn)線；細(xì)微顆粒物；監(jiān)測技術(shù)

1 前言

空氣中顆粒物的水平和人體的健康存在一定的關(guān)系。由于PM2.5更易進(jìn)入人體，在環(huán)境中滯留的時間更長，以及吸附的重金屬和有毒有害的物質(zhì)較多，因而對人體的危害也更大。2012年2月29日環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中新增了PM2.5指標(biāo)，并給出了明確的濃度標(biāo)準(zhǔn)值。此標(biāo)準(zhǔn)修訂后已與世界衛(wèi)生組織（WHO）過渡期第1階段的目標(biāo)值相同，但與美國、日本、歐盟等仍存在很大的差距。水泥工業(yè)是我國重要的PM2.5排放源之一。但國內(nèi)對水泥行業(yè)目前存在PM2.5排放現(xiàn)狀不清、法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)缺失等問題，因此對水泥行業(yè)PM2.5細(xì)顆粒物開展監(jiān)測和研究具有非常重要的意義。

2 監(jiān)測技術(shù)路線（如圖1）

圖1 技術(shù)路線圖

3 采樣設(shè)備

采用匈牙利的煙道氣多級顆粒物采樣儀對水泥生產(chǎn)線的細(xì)顆粒物排放濃度進(jìn)行測量，KALMAN KS220型+ KS400型的切割粒徑為：10μm、2.5μm、1.0μm。采樣頭內(nèi)部切割器構(gòu)造如圖2。

圖2 采樣頭內(nèi)部切割器構(gòu)造

設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)：額定采樣流量1.5～2.3m3/h；帶清潔過濾器時的氣動阻力42mbar；碰撞器級數(shù)3×2（三級雙級板）；切割粒徑為10μm2.5μm1.0μm；采樣嘴直徑為4.5mm5.6mm7.6mm10.7mm14mm17mm；末端直徑為43mm。

煙氣等速追蹤采樣時軟件截面圖如圖3。

圖3 煙氣等速追蹤采樣時軟件截面圖

4 采樣步驟

（1）采樣前，先將煙槍旋開，在切割器七個不同切割層裝上相應(yīng)切割粒徑的經(jīng)過恒溫恒濕預(yù)處理后的濾膜；

（2）采樣時，將干燥器、采樣泵、煙槍、溫度計(jì)、電腦等與KS-404主機(jī)連接好，打開電腦軟件，進(jìn)行測試，檢查是否連接正確；

（3）輸入煙囪直徑大小，電腦能通過煙槍所測煙氣動靜壓與溫度針反饋的實(shí)時溫度推算煙氣流速，通過一段時間的測量，得出應(yīng)選用的煙槍采樣頭大小與后續(xù)采樣時煙槍所需插入煙囪的點(diǎn)位；

（4）取出煙槍，將切割器裝入煙槍，再插入煙囪相應(yīng)位置，注意煙槍采樣頭要正對煙氣流向，然后根據(jù)測試經(jīng)驗(yàn)設(shè)定相應(yīng)的采樣時間，采樣時一般一個煙囪要插入至少兩個不同深度進(jìn)行采樣；

（5）一個采樣深度測完后，進(jìn)行下一個深度的連續(xù)測量，直至測完；由于本研究主要用此設(shè)備測量粉塵中不同粒徑的顆粒在粉塵中的占比，如果所測煙囪內(nèi)煙氣濃度非常小，可通過延長采樣時間或不采用等流速采樣，直接人工控制采樣泵流速，將其速度調(diào)大。相應(yīng)的，如果所測點(diǎn)粉塵量較大，可相應(yīng)縮短采樣時間或?qū)⑶袚Q泵工作模式，改為人工控制，例如高濃度煙氣流速過大可調(diào)小泵采速；

（6）測量結(jié)束時，將切割頭內(nèi)的濾膜取出進(jìn)行稱量；

（7）將采樣后的濾膜進(jìn)行與采樣前一樣的恒溫恒濕處理，然后進(jìn)行稱量計(jì)算。

5 采樣的質(zhì)量保證

5.1 膜前處理

（1）膜盒的處理：去離子水超聲清洗30min后，置于清潔平臺自然晾干；酒精擦拭膜盒內(nèi)壁，晾干后將盒置于密封袋備用。

（2）聚四氟乙烯（Teflon）膜前處理：用鋁箔紙包好放到干燥器中衡重48小時稱重，記錄重量W1；第一次稱重完后，干燥器中衡重24小時后，再次進(jìn)行稱量，記錄重量W2。最后以W2作為采樣前膜重量。

（3）鋁膜前處理：鋁膜直徑25mm且表面平整。用鋁箔紙包好放到干燥器中衡重48小時稱重，記錄重量W。鋁膜采樣表面需要涂一層薄脂，如高純度的阿皮松脂，以減少顆粒物反彈對測量造成的影響。

鋁膜和Teflon膜每組采樣膜均帶一個空白膜，除不進(jìn)入實(shí)際采樣外，其他操作與采樣膜一致，采完樣后，無論稱量、元素和離子分析，空白膜也同樣分析，最后扣除測定的每組空白膜相應(yīng)的分析結(jié)果，以防止操作及保存過程中的系統(tǒng)誤差。取放膜和膜盒時佩戴一次性手套，避免膜受污染。

5.2 濾筒的處理

依據(jù)《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157-1996）規(guī)定，采樣前的濾筒在105℃～110℃烘箱中烘烤1h，取出放入干燥器中冷卻至室溫，用感量0.1mg天平稱量，連續(xù)兩次重量之差不超過0.5mg為達(dá)恒重，稱重后密封裝袋備用。

5.3 膜的稱重

稱量采用梅德勒METTLER-TOLEDO MT5天平稱量，最大值：5.1g，d=1μg稱重時，要保證天平處于恒溫恒濕安靜的環(huán)境中，稱量過程中應(yīng)戴一次性手套防止膜受污染。稱重后的膜應(yīng)立即放入膜盒中。

5.4 顆粒物的采樣

每次測試前均要按規(guī)定方法徹底清洗各級撞擊器。采樣系統(tǒng)現(xiàn)場連接安裝后，應(yīng)進(jìn)行氣密性檢查；采樣嘴應(yīng)先背向氣流方向插入煙道，采樣時采樣嘴必須對準(zhǔn)氣流方向。采樣結(jié)束，應(yīng)先將采樣嘴背向氣流，迅速抽出煙道，防止煙道負(fù)壓將塵粒倒吸。

濾筒在安放和取出采樣槍時，須使用鑷子，不得直接用手接觸；濾筒安放要壓緊固定，防止漏氣；濾筒在取出和運(yùn)送過程中切不可倒置。

5.5 樣品的存儲與分析

采集的濾膜樣品密封保存于專用的濾膜盒，儲存在冰箱（0℃～4℃）中以待稱重。采樣后濾膜的稱重條件同采樣前一致。

6 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本次監(jiān)測對各大水泥集團(tuán)的不同地區(qū)不同規(guī)模的水泥生產(chǎn)線排放源進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，其中包括2條2500t/d、4條3000t/d、5條4500t/d、7條5000t/d和2條10,000t/d規(guī)模的窯尾，窯頭、水泥磨、煤磨收塵器的出口進(jìn)行了采樣監(jiān)測，具體采用結(jié)果如圖4～圖7。

圖4 窯頭收塵器出口PM10、PM2.5和PM1.0排放濃度

圖5 窯尾收塵器出口PM10、PM2.5和PM1.0排放濃度

圖6 煤磨PM10、PM2.5和PM1.0排放濃度

圖7 水泥磨PM10、PM2.5和PM1.0排放濃度

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，計(jì)算PM10中PM2.5所占的比例。窯頭、窯尾、煤磨和水泥磨等工段除塵器出口PM10中PM2.5的含量存在較大的差別。窯頭除塵器出口PM2.5在PM10的平均比例約為77.87%，最低為71.65%，最高可達(dá)88.16%；窯尾除塵器出口PM2.5在PM10的平均比例約為69.35%，最低為53.55%，最高可達(dá)79.90%；煤磨除塵器出口PM2.5在PM10的平均比例約為53.68%，最低為44.93%，最高可達(dá)84.14%；水泥磨除塵器出口PM2.5在PM10的平均比例約為85.13%，最低為54.68%，最高可達(dá)89.22%。上述結(jié)果表明，在窯頭、窯尾、煤磨和水泥磨等工段除塵器出口PM2.5在PM10中的比例基本過半，這說明PM2.5對PM10總質(zhì)量濃度的影響較大，各工段除塵器出口PM10中不同粒徑的質(zhì)量分布以細(xì)顆粒物為主。

7 結(jié)論

2013年我國修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，提高了水泥行業(yè)粉塵的排放要求，但我國還沒有出臺水泥行業(yè)PM2.5排放的標(biāo)準(zhǔn)。而從目前的監(jiān)測結(jié)果來看，水泥行業(yè)排放中，PM2.5所占的比例較高，如不能盡快出臺相關(guān)的政策以控制工業(yè)廢氣中PM2.5粉塵的排放，那我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求將難以實(shí)現(xiàn)。 ■

Monitoring of PM2.5Emissions in Pollution Sources of Cement Production Line

MU Lu-ying, MAO Zhi-wei, SHEN Yu-xiang, CAO Zong-ping
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

This paper describes the main apparatus and method of PM2.5monitoring in pollution sources of cement production line and analyzes the monitoring data.

cement production line; particulate matter; monitoring technology

X576

：A

：1006-5377（2016）04-0046-03

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，2013BAC13B01。