低濃度煙塵顆粒物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的必要性分析

白鴿 陳照國

摘要：介紹了固定污染源顆粒物對生活環(huán)境的危害，結(jié)合相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保工作的需要，針對現(xiàn)行環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)施問題，對比國內(nèi)外相關(guān)檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)，對低濃度顆粒物測定技術(shù)的發(fā)展與實(shí)行進(jìn)行必要性分析。

關(guān)鍵詞：低濃度;煙塵;顆粒物;標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：This artical introduces the harm of particulate matter from fixed pollution sources to living environment The implementation of monitoring and analysis method standards， compared with the domestic and foreign testing methods and standards， the necessity of the development and implementation of low-concentration particulate matter measurement technology was analyzed.

Key words：Low concentration; Dust; Particulate matter; Standard

1 項(xiàng)目背景

1.1 固定污染源顆粒物污染的危害

顆粒物或塵（Particulate Matter， Dust），是指在采樣條件下，以任何形狀、結(jié)構(gòu)或密度分散于氣相中的固態(tài)物質(zhì)。測量煙塵濃度在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1m3干排氣中煙塵的質(zhì)量，單位為g/m3（引 JIS Z 8808-1995）[1]。城市中的細(xì)顆粒物絕大來自燃燒和工業(yè)生產(chǎn)等人為污染，顆粒物由于比表面積大，吸附能力強(qiáng)，是大氣中各種反應(yīng)的良好場所。尤其是可吸入顆粒物特別是粒徑小于2.5μm以下的部分，可直接達(dá)到人類肺部進(jìn)入肺泡，并可能進(jìn)入血液通往全身，顆粒物富集大量有毒重金屬和有害有機(jī)物，并且粘附細(xì)菌和病毒。顆粒物作為水汽凝結(jié)結(jié)核和降水對其的沖刷作用，可使顆粒物進(jìn)入降水和云中，對形成酸雨也有非常重要的影響?；痣姀S排放的顆粒物對周圍大氣化學(xué)成分也有重要影響，曾有Querol.Xavier等[2]研究了某電廠周圍大氣顆粒物和靜電沉淀法收集粉煤灰的礦物特征和形態(tài)特征，利用粉煤灰的一些理化特性，分析了電廠排放的遷移和演變過程，研究電廠排放物的示蹤特征。此外火電廠煙塵對農(nóng)作物也會(huì)產(chǎn)生危害，傅嘉媛等[3]根據(jù)某電廠擴(kuò)建工程預(yù)計(jì)降塵量，通過模擬試驗(yàn)研究了煙塵對大白菜的生物學(xué)特性、生理功能、產(chǎn)量和品質(zhì)均有不同傷害程度。

1.2 相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)保工作需要

固定污染源顆粒物監(jiān)測是我國節(jié)能減排的關(guān)鍵污染物指標(biāo)，火電廠執(zhí)行GB13223-2011.

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[4]、鍋爐執(zhí)行GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]、工業(yè)爐窯執(zhí)行GB9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[6]、煉焦?fàn)t執(zhí)行GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[7]、水泥廠執(zhí)行GB4915-1996《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[8]及各種固定污染源排放標(biāo)準(zhǔn)中都對顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)限值作了明確的規(guī)定。

由表1可以看出，目前標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的顆粒物排放限值，火電廠執(zhí)行GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中顆粒物排放限值最低為5mg/m3， 最高為30mg/m3，鍋爐執(zhí)行GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中其中燃油鍋爐的顆粒物排放限值最高為50mg/m3，煉焦?fàn)t執(zhí)行GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中新建企業(yè)顆粒物排放限值為15-50mg/m3，水泥廠執(zhí)行GB4915-1996《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中自2010年1月1日起，現(xiàn)有生產(chǎn)線各生產(chǎn)設(shè)備（設(shè)施）排氣筒中的顆粒物以及自2005年1月1日起，新建生產(chǎn)線各生產(chǎn)設(shè)備（設(shè)施）排氣筒中的顆粒物允許排放的最高濃度在不同生產(chǎn)過程及不同生產(chǎn)設(shè)備中為30mg/m3或50mg/m3，因此本標(biāo)準(zhǔn)確定的測量范圍滿足對現(xiàn)有工業(yè)顆粒物排放的監(jiān)測要求及環(huán)境管理的需要。

1.3 現(xiàn)行環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施情況和存在的問題

隨著環(huán)境管理的日益嚴(yán)格和環(huán)境污染控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是國家對大氣污染源的自動(dòng)監(jiān)測已全面展開。針對脫硫后管道內(nèi)顆粒物濃度低、溫度低、濕度高的“兩低一高”情況，現(xiàn)有的采樣分析標(biāo)準(zhǔn)方法無法對監(jiān)測儀器進(jìn)行準(zhǔn)確的校準(zhǔn)和檢定。此外，近年來，企業(yè)對環(huán)境保護(hù)的重視程度越來越高。除塵設(shè)備的除塵效率逐步提高。固定污染源排氣管內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度可小于50mg/m3。30萬千瓦時(shí)機(jī)組的大多數(shù)電廠都采用了靜電除塵器和脫硫除塵技術(shù)。顆粒物的質(zhì)量濃度已降至約30 mg/m3，有些甚至低于10 mg/m3。

目前，我國顆粒物監(jiān)測方法采用GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物的測定及氣態(tài)污染物采樣方法》[9]。嚴(yán)格來說，本方法僅適用于質(zhì)量濃度大于50mg/m3的顆粒物，質(zhì)量濃度小于50mg/m3的顆粒物測量誤差較大。本方法規(guī)定了顆粒物捕集介質(zhì)。由于濾筒自重大，在低濃度顆粒物的取樣分析中無法準(zhǔn)確定量，由此產(chǎn)生的誤差降低了顆粒物取樣的準(zhǔn)確度，對測量結(jié)果影響很大。而最新標(biāo)準(zhǔn)固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法（HJ 836-2017）[10]的出臺克服了GB/T 16157-1996標(biāo)準(zhǔn)中的部分問題，尤其是對低于30mg/m3的顆粒物的采樣測定方法進(jìn)行詳細(xì)的概述。

隨著固定污染源顆粒物排放允許限值的不斷降低，人工取樣-重量法測定顆粒物逐漸暴露出測量不準(zhǔn)確、低濃度測定不適應(yīng)的缺點(diǎn)。因此，研究固定污染源排放的低濃度顆粒物的采樣分析技術(shù)具有十分重要的意義。

1.4 低濃度顆粒物測定技術(shù)的最新進(jìn)展

自2011年修訂《火力發(fā)電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》以來，煙塵排放限值已定為30 mg/m3。原GB/T 16157-1996測定低濃度顆粒物的方法有局限性。在我國，對低濃度顆粒物的測定采用了用稱重法代替過濾筒的方法。現(xiàn)在大多數(shù)不采用整體稱重（濾膜）的方法，克服了濾管測量自重造成玻璃纖維損失的大誤差。國外的方法規(guī)定了收集顆粒物到濾膜的最小質(zhì)量比。低濃度顆粒物的清洗和稱重方法在很大程度上減少了取樣和分析中的誤差。另外有紅外散射法、濁度法以及電荷探針法等。

2 國內(nèi)外相關(guān)檢測方法標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 主要國家、地區(qū)及國際組織相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究

國外發(fā)達(dá)國家對低濃度顆粒物的取樣分析技術(shù)進(jìn)行了研究[11]。檢測方法主要是人工稱重法，但國內(nèi)HJ 836-2017也對低濃度顆粒物檢測進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。國外關(guān)于低濃度顆粒物的檢測標(biāo)準(zhǔn)主要為方法標(biāo)準(zhǔn)：（ISO12141-2002）[12]、（ISO9096-2003）[13]、（ANSI/ASTM D 6331-98 （Re-approvered 2005））[14]、（USEPA method 5I ）[13]、BS EN 13284-1：2002）[15]、JIS Z 8808-1995、ANSI、ISO和BS EN均采用批量取樣技術(shù)測定低濃度顆粒物;ANSI方法規(guī)定了收集顆粒物到濾膜的最小質(zhì)量比，采用空白濾膜和專業(yè)稱重技術(shù)。該方法提出在測定低濃度顆粒物的整個(gè)試驗(yàn)過程中，只需使用一個(gè)濾膜進(jìn)行累積采樣，以提高測量精度;ISO和BS EN方法對低濃度顆粒物采用清洗和專業(yè)稱重方法，可大大減少取樣和分析過程中的誤差。該方法規(guī)定，在測量標(biāo)準(zhǔn)條件下，煙氣中顆粒物的質(zhì)量濃度小于50mg/m3。為了使試驗(yàn)結(jié)果有效，取樣過程中收集的顆粒物質(zhì)量必須比濾膜總空白值大5倍。在這種情況下，通常采用大流量采樣技術(shù)或延長采樣時(shí)間。USEPA法適用于測量小于50mg/m3的顆粒物濃度。該方法用47mm玻璃纖維濾膜收集顆粒物，并將過濾器固定在過濾器上。過濾器的重量不超過35g，通過過濾器的整體稱重方法，得到測量結(jié)果。該方法同時(shí)使用兩個(gè)采樣通道和兩個(gè)采樣通道。相對標(biāo)準(zhǔn)差保證了采樣數(shù)據(jù)的高精度。因此，保證該方法準(zhǔn)確度的關(guān)鍵步驟是雙采樣裝置、低濃度顆粒物的清洗和專業(yè)的稱重過程。

取樣后，小顆粒物可能在濾膜上游的取樣設(shè)備中堆積。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)垃圾焚燒爐收集的顆粒物質(zhì)量濃度約為5 mg/m3時(shí)，濾膜上游的顆粒物通常占總顆粒物的10-30%。顆粒物的積累可能與采樣設(shè)備的設(shè)計(jì)和煙氣顆粒物的性質(zhì)有關(guān)，但目前還沒有有效的方法將顆粒物的積累降低到可忽略的水平。根據(jù)ISO12141、BS EN和ANSI方法，在測定低濃度顆粒物時(shí)，必須回收和稱重濾膜上游收集設(shè)備上堆積的顆粒物[12，14，16]。濾膜的附加質(zhì)量和從取樣設(shè)備收集的累積顆粒物的總和是煙氣樣品中的顆粒物質(zhì)量。

以上標(biāo)準(zhǔn)都詳細(xì)描述了低濃度顆粒物的測定過程和分析方法包括采樣前的準(zhǔn)備、檢漏、采樣、清洗、稱重和校準(zhǔn)。

2.2 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究

我國檢測固定污染源顆粒物的方法標(biāo)準(zhǔn)有GB/T16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》，GB9079-1988《工業(yè)爐窯煙塵測試方法》[17]、GB5468-1991《鍋爐煙塵測試方法》[18]、HJ/T 76-2007《固定污染源煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》[19 ]、HJ/T48-1999《煙塵采樣器技術(shù)條件》[20]。

（1）GB/T16157-1996采用稱重方法，它的原理將顆粒物采樣槍由采樣孔插入煙道，使采樣嘴置于測點(diǎn)上，正對氣流，等速取樣，用玻璃纖維濾筒捕集顆粒物，抽取一定量含顆粒物的氣體，計(jì)算煙氣中顆粒物濃度。（2）GB9079-1988引用GB/T16157-1996采用過濾計(jì)重法測量煙塵濃度，主要適用于工業(yè)爐窯出口煙塵初始濃度及排放濃度。（3）GB5468-1991中煙塵的測定引用GB/T16157-1996等速采樣過濾計(jì)重法，主要適用于鍋爐煙塵排放濃度。（4）HJ/T 76-2007中測量煙塵顆粒物CEMS引用采用GB/T16157-1996對顆粒物測定要求。（5）HJ/T48-1999中對測定煙道、煙囪及排氣筒等固定污染源排氣中顆粒物含量的煙塵采樣器的研制、生產(chǎn)及認(rèn)定其技術(shù)要求參照了GB/T16157-1996的部分條款。

綜以上內(nèi)容，GB/T 16157-1996是大多數(shù)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方法中測定固定源顆粒物濃度的依據(jù)，因此將修訂GB/T16157-1996中對低濃度顆粒物的測定方法，頒布固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法（HJ 836-2017）對我國煙塵測量規(guī)范具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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[20]HJ/T48-1999，煙塵采樣器技術(shù)條件[S].

收稿日期：2019-06-20

作者簡介：白鴿（1984-），女，工程師，碩士，研究方向?yàn)榇髿馕廴痉乐闻c監(jiān)測。