固定源廢氣中細顆粒物數濃度測試研究及應用

周美姣 趙艷 蔣年君 李松濤 俞晨

摘 要：細顆粒物指環境空氣中空氣動力學當量直徑≤2.5μm的顆粒物，本文通過采用數量濃度法研究固定污染廢氣中細顆粒物的排放情況。數濃度監測法基于電子低壓撞擊器（ELPI）法與稀釋采樣法聯用技術測試固定污染源廢氣中細顆粒物的排放情況。采取本方法測試結果相對標準偏差為0.7～2.8%，方法的精密度和穩定性良好。試驗進一步證明隨著企業生產負荷增加，有組織排放的細顆粒物數濃度也隨之增加，并且滿負荷生產相比停產時企業周邊環境空氣中細顆粒物數濃度含量明顯增加，試驗結果說明工業企業生產活動對環境空氣中細顆粒物的污染有著直接的影響，對環境空氣中細顆粒物污染防控提供一定建議。

關鍵詞：細顆粒物;數濃度;ELPI法;稀釋采樣法;生產負荷

中圖分類號：X513 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0011-02

0引言

細顆粒物指空氣中空氣動力學當量直徑≤2.5μm的顆粒物。細顆粒物的來源主要有自然源和人為源兩種[1]，但后者危害更大。人為源包括固定源和流動源，固定源包括各種燃料燃燒源，如發電、鋼鐵、石化、印染、建材等各種工業生產過程中燃煤與燃氣或燃油排放的細顆粒物。細顆粒物指數已經成為一個重要的測控空氣污染程度的指數[2]。

目前國內有關固定污染源中細顆粒物數濃度監測的相關研究還非常少[3，4]。本文通過查閱文獻，發現采用新興的ELPI[5]法與稀釋采樣法[6]聯用技術對固定污染源細顆粒物數濃度的測定有一定的適用性。本文選擇常州市某建材生產企業作為研究對象，通過試驗研究證實了所選方法對固定污染源排放的細顆粒物數濃度的測定非常有效。并且通過試驗結果得出了工業企業固定源有組織排放廢氣中細顆粒物數濃度含量和企業生產負荷之間存在一定的相關性。

1基于ELPI法與稀釋采樣法的細顆粒物數濃度測定

電子低壓撞擊器法與稀釋采樣法聯用技術：煙氣在稀釋采樣系統中經歷了模擬煙氣排放到大氣中的稀釋、冷卻、凝結等過程后，進入ELPI系統中，不同粒徑的細顆粒物被收集在不同級，在計算機上反映出實時顆粒物濃度的粒徑分布，采樣時將煙氣加熱到120℃以上（通常為200℃）以保證煙氣不含有液滴。

本文使用儀器為芬蘭DEKATI公司研發的靜電低壓撞擊器（ELPI，Electrical Low-Pressure Impaction），包括撞擊器、荷電器、溫度傳感器、沖洗泵等構件。其測量范圍分14級，前13級測量17nm～10μm顆粒，最后一級為過濾段，測量6nm～17nm顆粒。因此，本文研究的細顆粒物（空氣動力學當量直徑≤2.5μm）是指后12級范圍內的細顆粒。本文研究的細顆粒物數濃度法以單位體積空氣中含有的細顆粒個數表示，單位以“個/cm3”表示。

2試驗結果與討論

2.1研究對象及條件

本文研究對象為常州市某建材生產企業，被研究生產工段，主要有兩條生產線。本文選擇該工段生產負荷分別為半負荷生產、滿負荷生產及停產時在有組織廢氣測試點進行現場測試，同時在該生產工段周邊設定環境空氣測試點。

本文現場測試周期為連續三天，采取相同時間段、相同生產負荷的情況下，安排現場測試工作，以獲取有可比性的試驗數據。

2.2相同條件下細顆粒物數濃度排放情況

本文選擇被測生產工段滿負荷生產期間、連續三天測試固定污染源有組織廢氣中細顆粒物數濃度排放情況， 每天選擇15個測試時間點的數據進行了數據比對分析，并以測試時間點為橫坐標（X軸）、測試數濃度作為縱坐標（Y軸），繪制了數濃度結果變化趨勢圖（見圖1）。從圖1中可以看出，同一天的不同時間點的細顆粒物數濃度測試結果波動較小，趨于穩定。而連續三天的測試結果受整體測試環境的影響，存在一定的波動，但是三天的測試結果相對標準偏差為0.7～2.8%，說明電子低壓撞擊器（ELPI）法與稀釋采樣法聯用技術適用于固定污染源廢氣中的細顆粒物數濃度測定，方法的精密度良好，穩定性很好。

2.3不同生產負荷時細顆粒物數濃度排放情況

本文選擇被測試生產工段停產時、半負荷生產時及滿負荷生產時、連續三天測試固定污染源有組織廢氣中細顆粒物數濃度排放情況，每天選擇不同生產負荷下測定的15個測試時間點的數據，分別求平均值，結果見圖2，從測定結果可以看出，停生產時細顆粒物數濃度測定結果范圍為0.76×104～0.84×104，半負荷生產時細顆粒物數濃度測定結果范圍為2.1×104～2.4×104，滿負荷生產時細顆粒物數濃度測定結果范圍為3.2×104～4.2×104。當生產負荷從停產到滿負荷生產過程中，有組織細顆粒物數濃度的排放呈明顯增長趨勢。說明工業企業的生產負荷對細顆粒物數濃度的排放濃度有直接影響，隨著生產負荷增加，細顆粒數濃度也隨之增加，二者呈正相關趨勢。

2.4不同生產負荷時周邊環境空氣中細顆粒物數濃度含量

（1）停產時有組織測試點和周邊環境空氣測試點測試結果比對。本文選擇被測試生產工段停產時連續三天測試有組織測試點和周邊環境空氣測試點中細顆粒物數濃度情況，每天選擇15個測試時間點的數據進行數據比對分析。停產時有組織測試點細顆粒物數濃度測試結果整體高于周邊環境空氣測試點的測試結果，原因為有組織測試點中細顆粒受周邊環境影響擴散較小，而周邊環境空氣測試點中細顆粒擴散較快。

（2）滿負荷生產、停產時有組織測試點和周邊環境空氣測試點測試結果比對。本文選擇被測試生產工段滿負荷生產、停產時連續三天測試有組織測試點和周邊環境空氣測試點中細顆粒物數濃度情況，每天選擇15個測試時間點的數據，分別求平均值，結果見圖3，從測定結果可以看出，企業滿負荷生產較停產時周邊環境空氣數濃度結果增加比例為12.7～20.9%，說明企業滿負荷生產時相比停產時對周邊環境中細顆粒物數濃度的測定有明顯影響——呈明顯增加趨勢。