固定污染源中低濃度顆粒物監測方法及分析

薛 睿, 端 允

（1.太原理工大學環境科學與工程學院,山西 太原 030024；2.太原市環境監測中心站,山西 太原 030002）

近幾年,隨著霧霾現象的頻發,人們越來越意識到空氣質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、燃氣的鍋爐和工業爐窯以及石油化工、冶金、建材等生產過程中產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,重點高濃度固定污染源已經陸續被關停或搬遷至其他地區。可見,城市周邊現有重點固定污染源對城市空氣的污染有著直接影響。隨著環保部“氣十條”的發布,固定污染源的低濃度排放已經在改造進行中,但對此相應的監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測,對我們現有試行的低濃度顆粒物監測方法進行簡單闡述。

1 低濃度顆粒物監測方法

1.1 原理

按等速采樣原理,選擇煙道內過濾的方式,從煙道內代表性的采樣點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,結合采集樣品的標況體積,得到采集時間內廢氣中顆粒物的濃度。

1.2 儀器設備及配件

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 監測程序

1.3.1 采樣前準備

1.3.1.1 設備和材料

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

去離子水、丙酮。

1.3.1.2 采樣頭配件預處理

清洗低濃度采樣頭配件采樣彎管、濾膜拖網、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

設置烘箱溫度180℃,當烘箱溫度達到設定溫度時,將采樣濾膜放置于鋪了錫紙的托盤內,然后放入烘箱,設定烘干時間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

現有實驗室采樣頭的制作機器有手動和自動2種。為了保證工作效率和成品率,我們選用自動壓膜機。

經對太原某電廠10號鍋爐現場勘察,根據在線連續監測系統監測數據,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,用實驗用無絨抹布蘸丙酮擦洗壓膜機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處理過的鋁箔圈、濾膜拖網,放置到壓膜機凹槽位置。然后,夾取預處理過的濾膜1張,毛面（采集面）向上放置在濾膜拖網上。

3）拿一個預處理過的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）重復步驟1）～4）,將本次監測所需的7個低濃度采樣頭（3個樣品采集,2個全程空白,2個標準采樣頭）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。

標準低濃度采樣頭的制作：取預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,作為此種型號的標準低濃度采樣頭。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,準備帶現場采集樣品。

1.3.2 采樣過程（以10號鍋爐為例）1.3.2.1 填寫現場調查表

現場調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、污染設施信息,環保設施信息等。1.3.2.2 現場監測

此次監測,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的相關規定,根據現場調查表,我們確定了5個監測孔、每個孔監測4個點、一個樣品采集時間為60min的監測方案。

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（包括氣路連接、皮托管連接和煙溫線連接）。

4）當采樣管溫度達到設定溫度時,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。與此同時,轉動采樣管,使采樣嘴對準氣流方向,并與氣流方向偏差不大于10°。第1采樣點結束后,立即將采樣管按順序移動到第2采樣點,其他采樣點依次類推。

6）采樣結束后,翻轉采樣管,使采樣嘴背對氣流方向,并將采樣管從煙道內無觸碰煙道內壁和法蘭取出。關閉采樣管加熱電源,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。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,采樣點位、采樣時間均與實際采樣相同,并進行相同操作。

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

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,設定溫度110℃,烘干1h,然后冷卻,待平衡進行稱重。

3）稱量并作稱量記錄。

1.4 監測結果

根據現場監測儀器顯示出的動靜壓力、煙溫等相關參數,計算出每次采樣的煙氣風量、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、排放速率等結果,并填寫相應原始記錄,濾膜稱量記錄見表1。

監測結果如表2。

表1 濾膜稱量記錄

表2 監測結果

2 存在問題及解決方法

在現場監測的過程中,有諸多問題在監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荷的適時調整；企業每批次煤質的不同對應的消耗量也有不同,相應的硫分、顆粒性也各不相同,因而在監測結果中也會有較大影響。這些都是不可控因素。

2.1 監測分析人員

在每次監測中,我們姑且認定企業工況負荷保持恒定,長時間的運行中煤質保持一致。在這種情況下,監測人員對監測工作的熟悉以及相關操作的規范成為了首要因素。因此,監測、分析人員必須按照《環境監測人員持證上崗考核制度》（環發［2006］114號）的要求獲得相應的監測、分析上崗合格證,并持證上崗展開工作［3］。

2.2 采樣儀器和實驗分析環境

低濃度顆粒物監測分析中對各個儀器的要求更加嚴格,所使用的儀器必須屬于中華人民共和國強制檢定的工作計量器具明細目錄內的儀器,必須送計量部門檢定（或校準并經確認后）合格后,且在有效期內才能使用。同時,做好期間核查,保證儀器的穩定性和連續性,以確保監測數據的準確可靠。實驗室的環境必須能夠控制絕對的恒溫、恒濕,采樣后濾膜、全程序空白以及標準濾膜在實驗室稱重,恒重時的溫度、濕度都要保持穩定［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測結果都有重大影響。因此,清洗是否徹底以及再次利用的組件合格與否都應制定出相對應的標準,以確保采樣頭的規范。而濕度對采樣濾膜的影響在現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量,并且組裝時要仔細檢查濾膜有無破損,以防出現濾膜被損壞的現象。根據表1可知,采樣后增重很小,一定要盡可能避免恒重、稱量時以及樣品轉移時的誤差。

2.4 質量保證

每次監測都應做到全面質量控制和保證。每次監測前都應檢查使用儀器的工作狀態,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象,儀器流量校準是否合格。為防止在采樣后出現負增重現象,或者正增重小于全程空白濾筒衡重時質量的波動,導致修正后的結果為負值,應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量,采樣結束時,應再測試一次采樣點的流速,并與采樣前的流速相比較。如相差大于20%,則樣品作廢,應重新采樣［5］。

3 結語

低濃度顆粒物采樣及分析技術標準的制定與相應儀器的改造迫在眉睫,我國在借鑒國外發達國家低濃度顆粒物測定方法的基礎上可開展以下研究：一是利用現有在線監測數據,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行統計；二是利用統計數據,尋找數據相同點和相異點,制定出相應的低濃度監測規范；三是針對各地區現有監測條件,計算低濃度顆粒物標準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律的監測技術標準。

參考文獻：

［1］ 李春生,淺議固定污染源排氣中顆粒物采樣的現場質量控制［J］.安全與環境工程,2011,18（6）：68－70.

［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研究進展［J］.環境監測管理與技術,2008,12,20（6）：13－15.

［3］ 吳銀山,固定污染源排氣中顆粒物監測的影響因素探討［J］.低碳世界,2014（11X）：2－3.

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

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