水泥生產線污染源PM2.5排放的監測

穆璐瑩，毛志偉，沈玉祥，曹宗平

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

水泥生產線污染源PM2.5排放的監測

穆璐瑩，毛志偉，沈玉祥，曹宗平

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

水泥工業是重要的PM2.5排放源之一，因此有必要對水泥生產線污染源PM2.5排放進行監測。介紹了水泥生產線污染源PM2.5監測的主要儀器和方法，并對監測數據進行了分析。

水泥生產線；細微顆粒物；監測技術

1 前言

空氣中顆粒物的水平和人體的健康存在一定的關系。由于PM2.5更易進入人體，在環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較多，因而對人體的危害也更大。2012年2月29日環境保護部和國家質檢總局聯合發布的《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）中新增了PM2.5指標，并給出了明確的濃度標準值。此標準修訂后已與世界衛生組織（WHO）過渡期第1階段的目標值相同，但與美國、日本、歐盟等仍存在很大的差距。水泥工業是我國重要的PM2.5排放源之一。但國內對水泥行業目前存在PM2.5排放現狀不清、法律法規及標準缺失等問題，因此對水泥行業PM2.5細顆粒物開展監測和研究具有非常重要的意義。

2 監測技術路線（如圖1）

圖1 技術路線圖

3 采樣設備

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

圖2 采樣頭內部切割器構造

設備的主要技術參數：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切割粒徑的經過恒溫恒濕預處理后的濾膜；

（2）采樣時，將干燥器、采樣泵、煙槍、溫度計、電腦等與KS-404主機連接好，打開電腦軟件，進行測試，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時溫度推算煙氣流速，通過一段時間的測量，得出應選用的煙槍采樣頭大小與后續采樣時煙槍所需插入煙囪的點位；

（4）取出煙槍，將切割器裝入煙槍，再插入煙囪相應位置，注意煙槍采樣頭要正對煙氣流向，然后根據測試經驗設定相應的采樣時間，采樣時一般一個煙囪要插入至少兩個不同深度進行采樣；

（5）一個采樣深度測完后，進行下一個深度的連續測量，直至測完；由于本研究主要用此設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，將其速度調大。相應的，如果所測點粉塵量較大，可相應縮短采樣時間或將切換泵工作模式，改為人工控制，例如高濃度煙氣流速過大可調小泵采速；

（6）測量結束時，將切割頭內的濾膜取出進行稱量；

（7）將采樣后的濾膜進行與采樣前一樣的恒溫恒濕處理，然后進行稱量計算。

5 采樣的質量保證

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，除不進入實際采樣外，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的分析結果，以防止操作及保存過程中的系統誤差。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《固定污染源排氣中顆粒物和氣態污染物采樣方法》（GB/T16157-1996）規定，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，連續兩次重量之差不超過0.5mg為達恒重，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境中，稱量過程中應戴一次性手套防止膜受污染。稱重后的膜應立即放入膜盒中。

5.4 顆粒物的采樣

每次測試前均要按規定方法徹底清洗各級撞擊器。采樣系統現場連接安裝后，應進行氣密性檢查；采樣嘴應先背向氣流方向插入煙道，采樣時采樣嘴必須對準氣流方向。采樣結束，應先將采樣嘴背向氣流，迅速抽出煙道，防止煙道負壓將塵粒倒吸。

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 監測數據統計

本次監測對各大水泥集團的不同地區不同規模的水泥生產線排放源進行了現場監測，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規模的窯尾，窯頭、水泥磨、煤磨收塵器的出口進行了采樣監測，具體采用結果如圖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

根據監測結果，計算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89.22%。上述結果表明，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總質量濃度的影響較大，各工段除塵器出口PM10中不同粒徑的質量分布以細顆粒物為主。

7 結論

2013年我國修訂的《水泥工業大氣污染物排放標準》，提高了水泥行業粉塵的排放要求，但我國還沒有出臺水泥行業PM2.5排放的標準。而從目前的監測結果來看，水泥行業排放中，PM2.5所占的比例較高，如不能盡快出臺相關的政策以控制工業廢氣中PM2.5粉塵的排放，那我國《環境空氣質量標準》的要求將難以實現。 ■

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”國家科技支撐計劃項目，2013BAC13B01。