固定污染源中低濃度顆粒物監(jiān)測方法及分析

薛 睿, 端 允

（1.太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山西 太原 030024；2.太原市環(huán)境監(jiān)測中心站,山西 太原 030002）

近幾年,隨著霧霾現(xiàn)象的頻發(fā),人們越來越意識到空氣質(zhì)量對人類生存有著重要的影響。而固定污染源作為首要污染源,其排放對環(huán)境空氣有直接作用。這里說到的固定污染源,是指燃煤、燃油、燃?xì)獾腻仩t和工業(yè)爐窯以及石油化工、冶金、建材等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣通過排氣筒向空氣中排放的污染源［1］。

通觀各大城市周邊,重點(diǎn)高濃度固定污染源已經(jīng)陸續(xù)被關(guān)?；虬徇w至其他地區(qū)?？梢?城市周邊現(xiàn)有重點(diǎn)固定污染源對城市空氣的污染有著直接影響。隨著環(huán)保部“氣十條”的發(fā)布,固定污染源的低濃度排放已經(jīng)在改造進(jìn)行中,但對此相應(yīng)的監(jiān)測方法我國還一直在論證研究中。鑒于此,通過日常固定污染源的監(jiān)測,對我們現(xiàn)有試行的低濃度顆粒物監(jiān)測方法進(jìn)行簡單闡述。

1 低濃度顆粒物監(jiān)測方法

1.1 原理

按等速采樣原理,選擇煙道內(nèi)過濾的方式,從煙道內(nèi)代表性的采樣點(diǎn)上抽取一定體積的含顆粒物氣體,氣體中的顆粒物被截留在采樣頭中的濾膜上,通過稱量采樣頭采樣前、后增加的重量,結(jié)合采集樣品的標(biāo)況體積,得到采集時間內(nèi)廢氣中顆粒物的濃度。

1.2 儀器設(shè)備及配件

TH－880W型微電腦平行等速采樣儀（采氣流量≥60L/min）及其配件,帶加熱裝置的低濃度采樣槍,低濃度采樣頭。

1.3 監(jiān)測程序

1.3.1 采樣前準(zhǔn)備

1.3.1.1 設(shè)備和材料

低濃度采樣彎管、47mm石英濾膜、濾膜拖網(wǎng)、鋁箔圈、自動壓膜機(jī)、烘干箱、超聲波清洗機(jī)、干燥皿、錫紙、防靜電無粉塵手套、橡膠手套、隔熱防護(hù)手套、防靜電鑷子、實(shí)驗(yàn)室工作服、無絨實(shí)驗(yàn)室抹布。

去離子水、丙酮。

1.3.1.2 采樣頭配件預(yù)處理

清洗低濃度采樣頭配件采樣彎管、濾膜拖網(wǎng)、鋁箔圈；烘干并干燥冷卻清洗后的低濃度采樣頭彎管。1.3.1.3 采樣濾膜的處理

設(shè)置烘箱溫度180℃,當(dāng)烘箱溫度達(dá)到設(shè)定溫度時,將采樣濾膜放置于鋪了錫紙的托盤內(nèi),然后放入烘箱,設(shè)定烘干時間1h。烘干完成后,取出濾膜放置于干燥皿,干燥冷卻至室溫。1.3.1.4 低濃度采樣頭的制作

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室采樣頭的制作機(jī)器有手動和自動2種。為了保證工作效率和成品率,我們選用自動壓膜機(jī)。

經(jīng)對太原某電廠10號鍋爐現(xiàn)場勘察,根據(jù)在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù),選定用8mm采樣嘴的低濃度采樣頭。具體制作步驟如下：

1）穿工作服,戴防靜電無粉塵手套,用實(shí)驗(yàn)用無絨抹布蘸丙酮擦洗壓膜機(jī)凹槽部位及成型低濃度采樣頭位置。

2）用防靜電鑷子先后夾取預(yù)處理過的鋁箔圈、濾膜拖網(wǎng),放置到壓膜機(jī)凹槽位置。然后,夾取預(yù)處理過的濾膜1張,毛面（采集面）向上放置在濾膜拖網(wǎng)上。

3）拿一個預(yù)處理過的8mm采樣嘴的低濃度采樣頭彎管,平壓在濾膜上面,并且微微下壓,保證4個配件放正。

4）壓膜機(jī)縮緊,低濃度采樣頭的4個部件即被組裝在一起。將制作好的采樣頭放倒鋪錫紙的托盤上,待平衡稱重。

5）重復(fù)步驟1）～4）,將本次監(jiān)測所需的7個低濃度采樣頭（3個樣品采集,2個全程空白,2個標(biāo)準(zhǔn)采樣頭）全部制作完畢,并且平衡待稱重。1.3.1.5 低濃度采樣頭的平衡及稱重［2］

在天平室溫度21℃、濕度48%RH條件下,進(jìn)行了完成平衡的低濃度采樣頭稱重。所用稱量儀器為十萬分之一電子天平。

標(biāo)準(zhǔn)低濃度采樣頭的制作：取預(yù)處理過并完成平衡的8mm采樣嘴的采樣頭2個,分別稱量10次,取其平均值,作為此種型號的標(biāo)準(zhǔn)低濃度采樣頭。其他采樣頭,每個稱量2次,取其平均值,并作稱量記錄。稱重完畢,將采樣頭放入防靜電盒中,準(zhǔn)備帶現(xiàn)場采集樣品。

1.3.2 采樣過程（以10號鍋爐為例）1.3.2.1 填寫現(xiàn)場調(diào)查表

現(xiàn)場調(diào)查表主要是收集該電廠基本信息,包括工況條件、采樣位置、采樣孔、采樣點(diǎn)、污染設(shè)施信息,環(huán)保設(shè)施信息等。1.3.2.2 現(xiàn)場監(jiān)測

此次監(jiān)測,我們采用的是TH－880W型微電腦煙塵平行采樣儀及其配件,采樣管采用的是低濃度帶加熱3m采樣槍。

1）檢查儀器的氣密性。

2）按GB/T－16157的相關(guān)規(guī)定,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查表,我們確定了5個監(jiān)測孔、每個孔監(jiān)測4個點(diǎn)、一個樣品采集時間為60min的監(jiān)測方案。

3）安裝低濃度采樣頭,連接干燥器、低濃度采樣管和采樣主機(jī)（包括氣路連接、皮托管連接和煙溫線連接）。

4）當(dāng)采樣管溫度達(dá)到設(shè)定溫度時,將采樣管小心無觸碰地插入煙道中的第一采樣點(diǎn)處,并將采樣嘴背對氣流方向,將采樣孔用抹布密封。

5）啟動采樣主機(jī)。與此同時,轉(zhuǎn)動采樣管,使采樣嘴對準(zhǔn)氣流方向,并與氣流方向偏差不大于10°。第1采樣點(diǎn)結(jié)束后,立即將采樣管按順序移動到第2采樣點(diǎn),其他采樣點(diǎn)依次類推。

6）采樣結(jié)束后,翻轉(zhuǎn)采樣管,使采樣嘴背對氣流方向,并將采樣管從煙道內(nèi)無觸碰煙道內(nèi)壁和法蘭取出。關(guān)閉采樣管加熱電源,待取樣管冷卻后,取下采樣頭。采樣嘴用堵帽堵好后,將采樣頭裝入防靜電盒內(nèi)。然后,開始下一個樣品的采集。

7）全程空白的采集

安裝好空白采樣頭,密封采樣管出氣嘴,皮托管和煙溫線正常連接。與正常采樣同時啟動采樣主機(jī),采樣點(diǎn)位、采樣時間均與實(shí)際采樣相同,并進(jìn)行相同操作。

樣品采集全部結(jié)束后,整理采樣主機(jī),并將管路中的冷凝水倒出。通干燥清潔空氣15min,去除采樣主機(jī)氣路中可能存在的含濕廢氣。然后,將儀器及配件規(guī)整,結(jié)束本次監(jiān)測。

1.3.3 采樣后低濃度采樣頭的稱量

1）用丙酮溶液擦洗采集后的低濃度采樣頭外表面。

2）擦拭干凈的采樣頭放入烘箱,設(shè)定溫度110℃,烘干1h,然后冷卻,待平衡進(jìn)行稱重。

3）稱量并作稱量記錄。

1.4 監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測儀器顯示出的動靜壓力、煙溫等相關(guān)參數(shù),計算出每次采樣的煙氣風(fēng)量、煙氣體積和采樣頭增重。最后,通過公式算出顆粒物排放濃度、排放速率等結(jié)果,并填寫相應(yīng)原始記錄,濾膜稱量記錄見表1。

監(jiān)測結(jié)果如表2。

表1 濾膜稱量記錄

表2 監(jiān)測結(jié)果

2 存在問題及解決方法

在現(xiàn)場監(jiān)測的過程中,有諸多問題在監(jiān)測過程中是無法第一時間了解到的。比如,電廠鍋爐受天氣影響工況負(fù)荷的適時調(diào)整；企業(yè)每批次煤質(zhì)的不同對應(yīng)的消耗量也有不同,相應(yīng)的硫分、顆粒性也各不相同,因而在監(jiān)測結(jié)果中也會有較大影響。這些都是不可控因素。

2.1 監(jiān)測分析人員

在每次監(jiān)測中,我們姑且認(rèn)定企業(yè)工況負(fù)荷保持恒定,長時間的運(yùn)行中煤質(zhì)保持一致。在這種情況下,監(jiān)測人員對監(jiān)測工作的熟悉以及相關(guān)操作的規(guī)范成為了首要因素。因此,監(jiān)測、分析人員必須按照《環(huán)境監(jiān)測人員持證上崗考核制度》（環(huán)發(fā)［2006］114號）的要求獲得相應(yīng)的監(jiān)測、分析上崗合格證,并持證上崗展開工作［3］。

2.2 采樣儀器和實(shí)驗(yàn)分析環(huán)境

低濃度顆粒物監(jiān)測分析中對各個儀器的要求更加嚴(yán)格,所使用的儀器必須屬于中華人民共和國強(qiáng)制檢定的工作計量器具明細(xì)目錄內(nèi)的儀器,必須送計量部門檢定（或校準(zhǔn)并經(jīng)確認(rèn)后）合格后,且在有效期內(nèi)才能使用。同時,做好期間核查,保證儀器的穩(wěn)定性和連續(xù)性,以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境必須能夠控制絕對的恒溫、恒濕,采樣后濾膜、全程序空白以及標(biāo)準(zhǔn)濾膜在實(shí)驗(yàn)室稱重,恒重時的溫度、濕度都要保持穩(wěn)定［3］。

2.3 采樣頭與濾膜

在采樣頭的制作中,每次的清洗是否徹底、再次利用的組件是否合格、在采樣中,濕度十分大時對濾膜的影響、是否會因采樣泵抽力過大而使濾膜破損等對監(jiān)測結(jié)果都有重大影響。因此,清洗是否徹底以及再次利用的組件合格與否都應(yīng)制定出相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),以確保采樣頭的規(guī)范。而濕度對采樣濾膜的影響在現(xiàn)場無法第一時間了解到,因此在采樣頭的組裝中,一定要保證濾膜的質(zhì)量,并且組裝時要仔細(xì)檢查濾膜有無破損,以防出現(xiàn)濾膜被損壞的現(xiàn)象。根據(jù)表1可知,采樣后增重很小,一定要盡可能避免恒重、稱量時以及樣品轉(zhuǎn)移時的誤差。

2.4 質(zhì)量保證

每次監(jiān)測都應(yīng)做到全面質(zhì)量控制和保證。每次監(jiān)測前都應(yīng)檢查使用儀器的工作狀態(tài),確保儀器可以正常工作。同時檢查各個配件是否正常,如,硅膠是否變色需要更換,氣路是否存在漏氣現(xiàn)象,儀器流量校準(zhǔn)是否合格。為防止在采樣后出現(xiàn)負(fù)增重現(xiàn)象,或者正增重小于全程空白濾筒衡重時質(zhì)量的波動,導(dǎo)致修正后的結(jié)果為負(fù)值,應(yīng)注意避免或減少采樣頭上的物理損失［4］。為保證采集樣品的質(zhì)量,采樣結(jié)束時,應(yīng)再測試一次采樣點(diǎn)的流速,并與采樣前的流速相比較。如相差大于20%,則樣品作廢,應(yīng)重新采樣［5］。

3 結(jié)語

低濃度顆粒物采樣及分析技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定與相應(yīng)儀器的改造迫在眉睫,我國在借鑒國外發(fā)達(dá)國家低濃度顆粒物測定方法的基礎(chǔ)上可開展以下研究：一是利用現(xiàn)有在線監(jiān)測數(shù)據(jù),對電廠、鋼鐵廠、燃燒清潔能源鍋爐等低濃度顆粒物排放狀況進(jìn)行統(tǒng)計；二是利用統(tǒng)計數(shù)據(jù),尋找數(shù)據(jù)相同點(diǎn)和相異點(diǎn),制定出相應(yīng)的低濃度監(jiān)測規(guī)范；三是針對各地區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測條件,計算低濃度顆粒物標(biāo)準(zhǔn)采樣方法的最低檢出濃度,從而建立一套符合我國低濃度顆粒物排放規(guī)律的監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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［2］ 孫焱婧,胡敏,大氣固定污染源低濃度顆粒物采樣及分析技術(shù)研究進(jìn)展［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2008,12,20（6）：13－15.

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［4］ 王麗華,固定污染源廢氣監(jiān)測中的質(zhì)量控制［J］.包鋼科技,2010,36（2）：78－80.

［5］ 吳敬波,固定污染源排氣監(jiān)測中采樣的質(zhì)量保證［J］.環(huán)境研究與監(jiān)測,2005,18（4）：21－22.