低濃度顆粒物監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用及問(wèn)題研究

朱磊 何明偉

摘要：生態(tài)環(huán)境為人們提供賴(lài)以生存的物資保障，如果被持續(xù)污染，將會(huì)給人們的生存帶來(lái)威脅。固定污染源向外界排放廢氣等有害物質(zhì)，直接對(duì)空氣產(chǎn)生作用，給自然環(huán)境和人們的生存空間帶來(lái)危害。對(duì)此，需要利用一定的方法監(jiān)測(cè)固定污染源中的低濃度顆粒物，尋找能夠解決問(wèn)題的方法。

關(guān)鍵詞：低濃度顆粒物；監(jiān)測(cè)方法；固定污染源

中圖分類(lèi)號(hào)：X830.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）05-0181-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.108

Abstract： The ecological environment provides people with material guarantees for survival. If it is continuously polluted， it will threaten peoples survival. Fixed sources emit harmful substances such as exhaust gases to the outside world， which directly affect the air and cause damage to the natural environment and peoples living space. In this regard， certain methods need to be used to monitor the low concentration of particulate matter in stationary sources to find solutions to the problem.

Keywords： low concentration particulate；monitoring method；fixed pollution source

1 現(xiàn)有顆粒物監(jiān)測(cè)方法的比較

在國(guó)內(nèi)，現(xiàn)有對(duì)顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法主要有重量法、電荷探針?lè)ā⒓t外散射法、濁度法等。這些方法適用于不同情況下的固體顆粒物濃度監(jiān)測(cè)，因此各具優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1 重量法

重量法是監(jiān)測(cè)固體顆粒物濃度的主要方法，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果精確度較高，而且受到顆粒物的形狀、顏色、分布等的影響較小，同時(shí)投入成本較低，并不需要太過(guò)精密的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，對(duì)監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段要求都較低。但重量法也有其缺點(diǎn)，在采樣時(shí)，容易受到一些外在因素的影響，如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)孔的位置的改變、煙道濕度的不同等，都會(huì)讓重量法監(jiān)測(cè)的精度出現(xiàn)偏差。另外，重量法需要對(duì)污染源進(jìn)行采樣收集、稱(chēng)重等步驟，其過(guò)程較為繁瑣。

1.2 電荷探針?lè)?/p>

電荷探針?lè)ㄒ彩菄?guó)內(nèi)現(xiàn)有的對(duì)固體顆粒物濃度進(jìn)行測(cè)量的方法，這種方法通過(guò)對(duì)固體顆粒產(chǎn)生的電荷進(jìn)行測(cè)量，以測(cè)定顆粒物的濃度。測(cè)量過(guò)程中，如果電荷的產(chǎn)生都是固體顆粒相互碰撞產(chǎn)生的，則測(cè)量精度會(huì)更高，如果測(cè)量的電荷還有其他來(lái)源，則測(cè)量精度會(huì)降低。電荷探針測(cè)量法的測(cè)量精度容易受到空氣濕度、溫度、氣壓等的影響，一旦空氣溫濕度和氣壓發(fā)生改變，則電荷探針測(cè)量顆粒物濃度的精確度會(huì)相應(yīng)發(fā)生偏差。由于使用電荷探針，探頭不能進(jìn)行任何防腐保護(hù)措施，探頭一旦受到腐蝕或者有煙塵粘附到探頭上，將會(huì)對(duì)探頭的測(cè)量精確度造成干擾，測(cè)量結(jié)果自然不夠準(zhǔn)確。

1.3 紅外散射法

紅外散射法在探測(cè)顆粒物濃度時(shí)較為方便，利用顆粒物對(duì)紅外線的散射進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量工具的安裝簡(jiǎn)單易行，測(cè)量過(guò)程中不會(huì)受到空氣濕度和氣壓變化的影響。但紅外散射的測(cè)量精度容易受到顆粒物的分布、形狀、顏色等影響。如果在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生二次散射，則測(cè)量的精度會(huì)有所下降。另外，長(zhǎng)時(shí)間處于光源下工作，一旦出現(xiàn)光強(qiáng)衰減，也將對(duì)測(cè)量的精度造成干擾。

1.4 濁度法

對(duì)固體顆粒物濃度測(cè)量使用濁度法，需要將收集到的測(cè)試品處理后同樣品進(jìn)行濁度對(duì)比，根據(jù)濁度分析固體顆粒物的濃度。這種監(jiān)測(cè)方法不會(huì)受到空氣溫度和氣壓改變的影響，而且當(dāng)顆粒物分布均勻時(shí)，測(cè)量精確度會(huì)得到提升，也能消除水分對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。但濁度法監(jiān)測(cè)固體顆粒物濃度時(shí)，容易受到光線的干擾：一旦光程太長(zhǎng)，發(fā)生振動(dòng)會(huì)降低光路的準(zhǔn)直度，測(cè)量精度有所下降；而測(cè)量時(shí)光強(qiáng)的衰減也會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成干擾。顆粒物的濃度太高或太低，顆粒物的分布不夠均勻等，都會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果，很容易導(dǎo)致測(cè)量精度和標(biāo)準(zhǔn)有極大偏差。另外，如果煙氣中存在水蒸氣，也會(huì)影響到測(cè)量的精度。

2 重量法中影響測(cè)量精度的常見(jiàn)問(wèn)題

由于重量法在測(cè)量固定污染源顆粒物濃度時(shí)不會(huì)受到顆粒物的形狀、顏色、分布等的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、監(jiān)測(cè)工藝等的要求也較低，投入成本比較少，因此是多數(shù)監(jiān)測(cè)站使用的監(jiān)測(cè)方法。并且這種測(cè)量方法有較高的精確度，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果影響較小。但在使用重量法監(jiān)測(cè)顆粒物濃度過(guò)程中，由于各種因素，依然會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題的出現(xiàn)，影響測(cè)量的精度。

2.1 在采樣中出現(xiàn)影響測(cè)量精度問(wèn)題

由于重量法的采樣需要利用濾筒，因此在使用濾筒時(shí)容易出現(xiàn)問(wèn)題。目前使用的濾筒多用剛玉、石英纖維、混合纖維素、玻璃纖維、四氟乙烯等材料制成，使用過(guò)程中，由于材料的原因，將會(huì)出現(xiàn)熱損失，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不利影響；也有因?yàn)闊煔庵械某煞峙c濾筒材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響了測(cè)量結(jié)果的精確性。另外，濾筒的機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、耐壓、耐濕等特性并不滿(mǎn)足濾筒負(fù)載量變化在重量法中的要求，以至對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。如采集的濃度較低，需要加大采氣量，此時(shí)濾筒的機(jī)械強(qiáng)度如果不夠，將會(huì)因顆粒物速度過(guò)快而穿破濾筒。

如果采樣中含有硫酸霧、氯化氫等氣體，在測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)濾筒偏硬，則可能濾筒中附著著堿液或硫酸鹽。可以對(duì)濾筒加水稀釋攪拌溶解，測(cè)量稀釋液的pH值和電導(dǎo)率。如果pH值大于7，則有說(shuō)明濾筒中有堿液存在；如果電導(dǎo)率明顯偏大，則說(shuō)明濾筒中有硫酸鹽存在。在采樣前，需要對(duì)采樣嘴進(jìn)行清潔，避免污染物附著在采樣嘴上，導(dǎo)致濾筒口被污染進(jìn)而造成測(cè)量時(shí)的誤差。但在常規(guī)監(jiān)測(cè)時(shí)，如果任務(wù)過(guò)多，采樣前不斷對(duì)采樣嘴進(jìn)行清潔，這回使采樣工作的步驟過(guò)于繁瑣，不便在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)操作。如現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有可以提供洗脫的空間，也容易帶入顆粒物，影響后續(xù)的測(cè)量結(jié)果。采樣的廢氣中如果含有大量水分，將會(huì)對(duì)采樣造成干擾。廢氣中如果水分較多，在較高的溫度下呈現(xiàn)氣體狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行采樣時(shí)，水氣會(huì)遇冷凝結(jié)，附著在采樣嘴和濾筒上，對(duì)采樣非常不利。而且附著的水分還可能融入低濃度顆粒物，對(duì)后續(xù)的稱(chēng)量造成影響。

2.2 在稱(chēng)重過(guò)程中出現(xiàn)影響測(cè)量精度的問(wèn)題

在采集樣品過(guò)程中，由于使用的濾筒并不能完全一致，導(dǎo)致濾筒之間也存在著差距；且濾筒的自重較大，在對(duì)顆粒物進(jìn)行采集時(shí)，難以確定準(zhǔn)確的采樣量，導(dǎo)致稱(chēng)量時(shí)的準(zhǔn)確度會(huì)受到一定的影響。

由于稱(chēng)重法在監(jiān)測(cè)顆粒物濃度時(shí)需要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備、采集、測(cè)量等多個(gè)階段，整個(gè)過(guò)程不能再很快完成，有時(shí)會(huì)經(jīng)歷幾天的時(shí)間，如果存在氣溫、濕度、氣壓等的影響，將會(huì)干擾到稱(chēng)重測(cè)量結(jié)果的精確性。另外，測(cè)量天平在測(cè)量時(shí)也難以做到完全精確，很容易產(chǎn)生稱(chēng)量誤差，因此低濃度顆粒物的稱(chēng)量結(jié)果會(huì)在一定程度上受到干擾。

3 有效解決重量法影響測(cè)量精度問(wèn)題的措施

根據(jù)《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測(cè)定重量法》（HJ836-2017）的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)固定污染源中低濃度顆粒物的重量法進(jìn)行了新的規(guī)定，適用于燃煤、燃油、燃?xì)獾腻仩t以及冶金化工、工業(yè)窯爐等其他固定污染源廢棄中顆粒物的測(cè)定。為了避免原有的重量法中出現(xiàn)影響測(cè)量精度的問(wèn)題，新的規(guī)定給出了一些能夠有效解決問(wèn)題的措施。

3.1 采樣頭與濾膜一體化

對(duì)固定污染源廢氣進(jìn)行采樣的采樣頭由前彎管、濾膜、不銹鋼拖網(wǎng)、密封鋁圈組成。前彎管、濾膜和不銹鋼拖網(wǎng)通過(guò)密封鋁圈裝配在一起。濾膜的材質(zhì)應(yīng)該為石英或聚四氟乙烯，不能同廢氣中的化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且熱穩(wěn)定性強(qiáng)。濾膜的直徑為47±0.25mm，在最大期望流速下，濾膜能夠?qū)χ睆綖?.3μm粒子的捕集效率在99.5%以上，對(duì)直徑為0.6μm的粒子捕集率在99.9%以上。采樣頭的前彎管表面應(yīng)該平滑，盡量沒(méi)有連接點(diǎn)，內(nèi)表面方便清潔。安裝好的采樣頭需要密封好，在存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中單獨(dú)存放，避免發(fā)生污染。由于采樣頭和濾膜一體化，代替了原有的濾筒采集，可以克服濾筒稱(chēng)重時(shí)容易出現(xiàn)的誤差，讓測(cè)量結(jié)果更精確。

3.2 采樣過(guò)程加熱

采樣時(shí)，應(yīng)該按照儀器的操作方法平行自動(dòng)采樣。采樣過(guò)程中，應(yīng)該保持采樣嘴的吸氣速度和測(cè)定點(diǎn)的氣流速度應(yīng)相等，盡量減小誤差。為了防止采樣的廢氣中含有水分對(duì)采樣的干擾，采樣全程需要進(jìn)行加熱，以清除所采樣品中的水分。開(kāi)啟采樣頭固定裝置上的加熱功能，保持均勻加熱，溫度應(yīng)該在110℃以下，避免對(duì)采樣造成干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的需求也越來(lái)越高，環(huán)保意識(shí)在逐步增強(qiáng)。對(duì)于固體顆粒污染物的監(jiān)測(cè)和分析，能夠?qū)χ卫憝h(huán)境污染起到有效的作用?，F(xiàn)階段采用的重量法對(duì)低濃度顆粒物的監(jiān)測(cè)依然存在一定的問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量精度存在一定的偏差。因此，需要采取有效手段提升重量法的監(jiān)測(cè)精度，為控制和治理環(huán)境問(wèn)題提供有效幫助。

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收稿日期：2018-05-04

作者簡(jiǎn)介：朱磊（1986-），男，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境科學(xué)。