固定污染源中低浓度颗粒物监测方法及分析

薛 睿, 端 允

（1.太原理工大学环境科学与工程学院,山西 太原 030024；2.太原市环境监测中心站,山西 太原 030002）

近几年,随着雾霾现象的频发,人们越来越意识到空气质量对人类生存有着重要的影响。而固定污染源作为首要污染源,其排放对环境空气有直接作用。这里说到的固定污染源,是指燃煤、燃油、燃气的锅炉和工业炉窑以及石油化工、冶金、建材等生产过程中产生的废气通过排气筒向空气中排放的污染源［1］。

通观各大城市周边,重点高浓度固定污染源已经陆续被关停或搬迁至其他地区。可见,城市周边现有重点固定污染源对城市空气的污染有着直接影响。随着环保部“气十条”的发布,固定污染源的低浓度排放已经在改造进行中,但对此相应的监测方法我国还一直在论证研究中。鉴于此,通过日常固定污染源的监测,对我们现有试行的低浓度颗粒物监测方法进行简单阐述。

1 低浓度颗粒物监测方法

1.1 原理

按等速采样原理,选择烟道内过滤的方式,从烟道内代表性的采样点上抽取一定体积的含颗粒物气体,气体中的颗粒物被截留在采样头中的滤膜上,通过称量采样头采样前、后增加的重量,结合采集样品的标况体积,得到采集时间内废气中颗粒物的浓度。

1.2 仪器设备及配件

TH－880W型微电脑平行等速采样仪（采气流量≥60L/min）及其配件,带加热装置的低浓度采样枪,低浓度采样头。

1.3 监测程序

1.3.1 采样前准备

1.3.1.1 设备和材料

低浓度采样弯管、47mm石英滤膜、滤膜拖网、铝箔圈、自动压膜机、烘干箱、超声波清洗机、干燥皿、锡纸、防静电无粉尘手套、橡胶手套、隔热防护手套、防静电镊子、实验室工作服、无绒实验室抹布。

去离子水、丙酮。

1.3.1.2 采样头配件预处理

清洗低浓度采样头配件采样弯管、滤膜拖网、铝箔圈；烘干并干燥冷却清洗后的低浓度采样头弯管。1.3.1.3 采样滤膜的处理

设置烘箱温度180℃,当烘箱温度达到设定温度时,将采样滤膜放置于铺了锡纸的托盘内,然后放入烘箱,设定烘干时间1h。烘干完成后,取出滤膜放置于干燥皿,干燥冷却至室温。1.3.1.4 低浓度采样头的制作

现有实验室采样头的制作机器有手动和自动2种。为了保证工作效率和成品率,我们选用自动压膜机。

经对太原某电厂10号锅炉现场勘察,根据在线连续监测系统监测数据,选定用8mm采样嘴的低浓度采样头。具体制作步骤如下：

1）穿工作服,戴防静电无粉尘手套,用实验用无绒抹布蘸丙酮擦洗压膜机凹槽部位及成型低浓度采样头位置。

2）用防静电镊子先后夹取预处理过的铝箔圈、滤膜拖网,放置到压膜机凹槽位置。然后,夹取预处理过的滤膜1张,毛面（采集面）向上放置在滤膜拖网上。

3）拿一个预处理过的8mm采样嘴的低浓度采样头弯管,平压在滤膜上面,并且微微下压,保证4个配件放正。

4）压膜机缩紧,低浓度采样头的4个部件即被组装在一起。将制作好的采样头放倒铺锡纸的托盘上,待平衡称重。

5）重复步骤1）～4）,将本次监测所需的7个低浓度采样头（3个样品采集,2个全程空白,2个标准采样头）全部制作完毕,并且平衡待称重。1.3.1.5 低浓度采样头的平衡及称重［2］

在天平室温度21℃、湿度48%RH条件下,进行了完成平衡的低浓度采样头称重。所用称量仪器为十万分之一电子天平。

标准低浓度采样头的制作：取预处理过并完成平衡的8mm采样嘴的采样头2个,分别称量10次,取其平均值,作为此种型号的标准低浓度采样头。其他采样头,每个称量2次,取其平均值,并作称量记录。称重完毕,将采样头放入防静电盒中,准备带现场采集样品。

1.3.2 采样过程（以10号锅炉为例）1.3.2.1 填写现场调查表

现场调查表主要是收集该电厂基本信息,包括工况条件、采样位置、采样孔、采样点、污染设施信息,环保设施信息等。1.3.2.2 现场监测

此次监测,我们采用的是TH－880W型微电脑烟尘平行采样仪及其配件,采样管采用的是低浓度带加热3m采样枪。

1）检查仪器的气密性。

2）按GB/T－16157的相关规定,根据现场调查表,我们确定了5个监测孔、每个孔监测4个点、一个样品采集时间为60min的监测方案。

3）安装低浓度采样头,连接干燥器、低浓度采样管和采样主机（包括气路连接、皮托管连接和烟温线连接）。

4）当采样管温度达到设定温度时,将采样管小心无触碰地插入烟道中的第一采样点处,并将采样嘴背对气流方向,将采样孔用抹布密封。

5）启动采样主机。与此同时,转动采样管,使采样嘴对准气流方向,并与气流方向偏差不大于10°。第1采样点结束后,立即将采样管按顺序移动到第2采样点,其他采样点依次类推。

6）采样结束后,翻转采样管,使采样嘴背对气流方向,并将采样管从烟道内无触碰烟道内壁和法兰取出。关闭采样管加热电源,待取样管冷却后,取下采样头。采样嘴用堵帽堵好后,将采样头装入防静电盒内。然后,开始下一个样品的采集。

7）全程空白的采集

安装好空白采样头,密封采样管出气嘴,皮托管和烟温线正常连接。与正常采样同时启动采样主机,采样点位、采样时间均与实际采样相同,并进行相同操作。

样品采集全部结束后,整理采样主机,并将管路中的冷凝水倒出。通干燥清洁空气15min,去除采样主机气路中可能存在的含湿废气。然后,将仪器及配件规整,结束本次监测。

1.3.3 采样后低浓度采样头的称量

1）用丙酮溶液擦洗采集后的低浓度采样头外表面。

2）擦拭干净的采样头放入烘箱,设定温度110℃,烘干1h,然后冷却,待平衡进行称重。

3）称量并作称量记录。

1.4 监测结果

根据现场监测仪器显示出的动静压力、烟温等相关参数,计算出每次采样的烟气风量、烟气体积和采样头增重。最后,通过公式算出颗粒物排放浓度、排放速率等结果,并填写相应原始记录,滤膜称量记录见表1。

监测结果如表2。

表1 滤膜称量记录

表2 监测结果

2 存在问题及解决方法

在现场监测的过程中,有诸多问题在监测过程中是无法第一时间了解到的。比如,电厂锅炉受天气影响工况负荷的适时调整；企业每批次煤质的不同对应的消耗量也有不同,相应的硫分、颗粒性也各不相同,因而在监测结果中也会有较大影响。这些都是不可控因素。

2.1 监测分析人员

在每次监测中,我们姑且认定企业工况负荷保持恒定,长时间的运行中煤质保持一致。在这种情况下,监测人员对监测工作的熟悉以及相关操作的规范成为了首要因素。因此,监测、分析人员必须按照《环境监测人员持证上岗考核制度》（环发［2006］114号）的要求获得相应的监测、分析上岗合格证,并持证上岗展开工作［3］。

2.2 采样仪器和实验分析环境

低浓度颗粒物监测分析中对各个仪器的要求更加严格,所使用的仪器必须属于中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录内的仪器,必须送计量部门检定（或校准并经确认后）合格后,且在有效期内才能使用。同时,做好期间核查,保证仪器的稳定性和连续性,以确保监测数据的准确可靠。实验室的环境必须能够控制绝对的恒温、恒湿,采样后滤膜、全程序空白以及标准滤膜在实验室称重,恒重时的温度、湿度都要保持稳定［3］。

2.3 采样头与滤膜

在采样头的制作中,每次的清洗是否彻底、再次利用的组件是否合格、在采样中,湿度十分大时对滤膜的影响、是否会因采样泵抽力过大而使滤膜破损等对监测结果都有重大影响。因此,清洗是否彻底以及再次利用的组件合格与否都应制定出相对应的标准,以确保采样头的规范。而湿度对采样滤膜的影响在现场无法第一时间了解到,因此在采样头的组装中,一定要保证滤膜的质量,并且组装时要仔细检查滤膜有无破损,以防出现滤膜被损坏的现象。根据表1可知,采样后增重很小,一定要尽可能避免恒重、称量时以及样品转移时的误差。

2.4 质量保证

每次监测都应做到全面质量控制和保证。每次监测前都应检查使用仪器的工作状态,确保仪器可以正常工作。同时检查各个配件是否正常,如,硅胶是否变色需要更换,气路是否存在漏气现象,仪器流量校准是否合格。为防止在采样后出现负增重现象,或者正增重小于全程空白滤筒衡重时质量的波动,导致修正后的结果为负值,应注意避免或减少采样头上的物理损失［4］。为保证采集样品的质量,采样结束时,应再测试一次采样点的流速,并与采样前的流速相比较。如相差大于20%,则样品作废,应重新采样［5］。

3 结语

低浓度颗粒物采样及分析技术标准的制定与相应仪器的改造迫在眉睫,我国在借鉴国外发达国家低浓度颗粒物测定方法的基础上可开展以下研究：一是利用现有在线监测数据,对电厂、钢铁厂、燃烧清洁能源锅炉等低浓度颗粒物排放状况进行统计；二是利用统计数据,寻找数据相同点和相异点,制定出相应的低浓度监测规范；三是针对各地区现有监测条件,计算低浓度颗粒物标准采样方法的最低检出浓度,从而建立一套符合我国低浓度颗粒物排放规律的监测技术标准。

参考文献：

［1］ 李春生,浅议固定污染源排气中颗粒物采样的现场质量控制［J］.安全与环境工程,2011,18（6）：68－70.

［2］ 孙焱婧,胡敏,大气固定污染源低浓度颗粒物采样及分析技术研究进展［J］.环境监测管理与技术,2008,12,20（6）：13－15.

［3］ 吴银山,固定污染源排气中颗粒物监测的影响因素探讨［J］.低碳世界,2014（11X）：2－3.

［4］ 王丽华,固定污染源废气监测中的质量控制［J］.包钢科技,2010,36（2）：78－80.

［5］ 吴敬波,固定污染源排气监测中采样的质量保证［J］.环境研究与监测,2005,18（4）：21－22.