水泥生产线污染源PM2.5排放的监测

穆璐莹，毛志伟，沈玉祥，曹宗平

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

水泥生产线污染源PM2.5排放的监测

穆璐莹，毛志伟，沈玉祥，曹宗平

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

水泥工业是重要的PM2.5排放源之一，因此有必要对水泥生产线污染源PM2.5排放进行监测。介绍了水泥生产线污染源PM2.5监测的主要仪器和方法，并对监测数据进行了分析。

水泥生产线；细微颗粒物；监测技术

1 前言

空气中颗粒物的水平和人体的健康存在一定的关系。由于PM2.5更易进入人体，在环境中滞留的时间更长，以及吸附的重金属和有毒有害的物质较多，因而对人体的危害也更大。2012年2月29日环境保护部和国家质检总局联合发布的《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中新增了PM2.5指标，并给出了明确的浓度标准值。此标准修订后已与世界卫生组织（WHO）过渡期第1阶段的目标值相同，但与美国、日本、欧盟等仍存在很大的差距。水泥工业是我国重要的PM2.5排放源之一。但国内对水泥行业目前存在PM2.5排放现状不清、法律法规及标准缺失等问题，因此对水泥行业PM2.5细颗粒物开展监测和研究具有非常重要的意义。

2 监测技术路线（如图1）

图1 技术路线图

3 采样设备

采用匈牙利的烟道气多级颗粒物采样仪对水泥生产线的细颗粒物排放浓度进行测量，KALMAN KS220型+ KS400型的切割粒径为：10μm、2.5μm、1.0μm。采样头内部切割器构造如图2。

图2 采样头内部切割器构造

设备的主要技术参数：额定采样流量1.5～2.3m3/h；带清洁过滤器时的气动阻力42mbar；碰撞器级数3×2（三级双级板）；切割粒径为10μm2.5μm1.0μm；采样嘴直径为4.5mm5.6mm7.6mm10.7mm14mm17mm；末端直径为43mm。

烟气等速追踪采样时软件截面图如图3。

图3 烟气等速追踪采样时软件截面图

4 采样步骤

（1）采样前，先将烟枪旋开，在切割器七个不同切割层装上相应切割粒径的经过恒温恒湿预处理后的滤膜；

（2）采样时，将干燥器、采样泵、烟枪、温度计、电脑等与KS-404主机连接好，打开电脑软件，进行测试，检查是否连接正确；

（3）输入烟囱直径大小，电脑能通过烟枪所测烟气动静压与温度针反馈的实时温度推算烟气流速，通过一段时间的测量，得出应选用的烟枪采样头大小与后续采样时烟枪所需插入烟囱的点位；

（4）取出烟枪，将切割器装入烟枪，再插入烟囱相应位置，注意烟枪采样头要正对烟气流向，然后根据测试经验设定相应的采样时间，采样时一般一个烟囱要插入至少两个不同深度进行采样；

（5）一个采样深度测完后，进行下一个深度的连续测量，直至测完；由于本研究主要用此设备测量粉尘中不同粒径的颗粒在粉尘中的占比，如果所测烟囱内烟气浓度非常小，可通过延长采样时间或不采用等流速采样，直接人工控制采样泵流速，将其速度调大。相应的，如果所测点粉尘量较大，可相应缩短采样时间或将切换泵工作模式，改为人工控制，例如高浓度烟气流速过大可调小泵采速；

（6）测量结束时，将切割头内的滤膜取出进行称量；

（7）将采样后的滤膜进行与采样前一样的恒温恒湿处理，然后进行称量计算。

5 采样的质量保证

5.1 膜前处理

（1）膜盒的处理：去离子水超声清洗30min后，置于清洁平台自然晾干；酒精擦拭膜盒内壁，晾干后将盒置于密封袋备用。

（2）聚四氟乙烯（Teflon）膜前处理：用铝箔纸包好放到干燥器中衡重48小时称重，记录重量W1；第一次称重完后，干燥器中衡重24小时后，再次进行称量，记录重量W2。最后以W2作为采样前膜重量。

（3）铝膜前处理：铝膜直径25mm且表面平整。用铝箔纸包好放到干燥器中衡重48小时称重，记录重量W。铝膜采样表面需要涂一层薄脂，如高纯度的阿皮松脂，以减少颗粒物反弹对测量造成的影响。

铝膜和Teflon膜每组采样膜均带一个空白膜，除不进入实际采样外，其他操作与采样膜一致，采完样后，无论称量、元素和离子分析，空白膜也同样分析，最后扣除测定的每组空白膜相应的分析结果，以防止操作及保存过程中的系统误差。取放膜和膜盒时佩戴一次性手套，避免膜受污染。

5.2 滤筒的处理

依据《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）规定，采样前的滤筒在105℃～110℃烘箱中烘烤1h，取出放入干燥器中冷却至室温，用感量0.1mg天平称量，连续两次重量之差不超过0.5mg为达恒重，称重后密封装袋备用。

5.3 膜的称重

称量采用梅德勒METTLER-TOLEDO MT5天平称量，最大值：5.1g，d=1μg称重时，要保证天平处于恒温恒湿安静的环境中，称量过程中应戴一次性手套防止膜受污染。称重后的膜应立即放入膜盒中。

5.4 颗粒物的采样

每次测试前均要按规定方法彻底清洗各级撞击器。采样系统现场连接安装后，应进行气密性检查；采样嘴应先背向气流方向插入烟道，采样时采样嘴必须对准气流方向。采样结束，应先将采样嘴背向气流，迅速抽出烟道，防止烟道负压将尘粒倒吸。

滤筒在安放和取出采样枪时，须使用镊子，不得直接用手接触；滤筒安放要压紧固定，防止漏气；滤筒在取出和运送过程中切不可倒置。

5.5 样品的存储与分析

采集的滤膜样品密封保存于专用的滤膜盒，储存在冰箱（0℃～4℃）中以待称重。采样后滤膜的称重条件同采样前一致。

6 监测数据统计

本次监测对各大水泥集团的不同地区不同规模的水泥生产线排放源进行了现场监测，其中包括2条2500t/d、4条3000t/d、5条4500t/d、7条5000t/d和2条10,000t/d规模的窑尾，窑头、水泥磨、煤磨收尘器的出口进行了采样监测，具体采用结果如图4～图7。

图4 窑头收尘器出口PM10、PM2.5和PM1.0排放浓度

图5 窑尾收尘器出口PM10、PM2.5和PM1.0排放浓度

图6 煤磨PM10、PM2.5和PM1.0排放浓度

图7 水泥磨PM10、PM2.5和PM1.0排放浓度

根据监测结果，计算PM10中PM2.5所占的比例。窑头、窑尾、煤磨和水泥磨等工段除尘器出口PM10中PM2.5的含量存在较大的差别。窑头除尘器出口PM2.5在PM10的平均比例约为77.87%，最低为71.65%，最高可达88.16%；窑尾除尘器出口PM2.5在PM10的平均比例约为69.35%，最低为53.55%，最高可达79.90%；煤磨除尘器出口PM2.5在PM10的平均比例约为53.68%，最低为44.93%，最高可达84.14%；水泥磨除尘器出口PM2.5在PM10的平均比例约为85.13%，最低为54.68%，最高可达89.22%。上述结果表明，在窑头、窑尾、煤磨和水泥磨等工段除尘器出口PM2.5在PM10中的比例基本过半，这说明PM2.5对PM10总质量浓度的影响较大，各工段除尘器出口PM10中不同粒径的质量分布以细颗粒物为主。

7 结论

2013年我国修订的《水泥工业大气污染物排放标准》，提高了水泥行业粉尘的排放要求，但我国还没有出台水泥行业PM2.5排放的标准。而从目前的监测结果来看，水泥行业排放中，PM2.5所占的比例较高，如不能尽快出台相关的政策以控制工业废气中PM2.5粉尘的排放，那我国《环境空气质量标准》的要求将难以实现。 ■

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”国家科技支撑计划项目，2013BAC13B01。