低浓度烟尘颗粒物监测标准的必要性分析

白鸽 陈照国

摘要：介绍了固定污染源颗粒物对生活环境的危害，结合相关环保标准和环保工作的需要，针对现行环境监测分析方法标准中的实施问题，对比国内外相关检测方法和标准，对低浓度颗粒物测定技术的发展与实行进行必要性分析。

关键词：低浓度;烟尘;颗粒物;标准

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：This artical introduces the harm of particulate matter from fixed pollution sources to living environment The implementation of monitoring and analysis method standards， compared with the domestic and foreign testing methods and standards， the necessity of the development and implementation of low-concentration particulate matter measurement technology was analyzed.

Key words：Low concentration; Dust; Particulate matter; Standard

1 项目背景

1.1 固定污染源颗粒物污染的危害

颗粒物或尘（Particulate Matter， Dust），是指在采样条件下，以任何形状、结构或密度分散于气相中的固态物质。测量烟尘浓度在标准状态下，1m3干排气中烟尘的质量，单位为g/m3（引 JIS Z 8808-1995）[1]。城市中的细颗粒物绝大来自燃烧和工业生产等人为污染，颗粒物由于比表面积大，吸附能力强，是大气中各种反应的良好场所。尤其是可吸入颗粒物特别是粒径小于2.5μm以下的部分，可直接达到人类肺部进入肺泡，并可能进入血液通往全身，颗粒物富集大量有毒重金属和有害有机物，并且粘附细菌和病毒。颗粒物作为水汽凝结结核和降水对其的冲刷作用，可使颗粒物进入降水和云中，对形成酸雨也有非常重要的影响。火电厂排放的颗粒物对周围大气化学成分也有重要影响，曾有Querol.Xavier等[2]研究了某电厂周围大气颗粒物和静电沉淀法收集粉煤灰的矿物特征和形态特征，利用粉煤灰的一些理化特性，分析了电厂排放的迁移和演变过程，研究电厂排放物的示踪特征。此外火电厂烟尘对农作物也会产生危害，傅嘉媛等[3]根据某电厂扩建工程预计降尘量，通过模拟试验研究了烟尘对大白菜的生物学特性、生理功能、产量和品质均有不同伤害程度。

1.2 相关环境标准及环保工作需要

固定污染源颗粒物监测是我国节能减排的关键污染物指标，火电厂执行GB13223-2011.

《火电厂大气污染物排放标准》[4]、锅炉执行GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》[5]、工业炉窑执行GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》[6]、炼焦炉执行GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》[7]、水泥厂执行GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》[8]及各种固定污染源排放标准中都对颗粒物的标准限值作了明确的规定。

由表1可以看出，目前标准中规定的颗粒物排放限值，火电厂执行GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中颗粒物排放限值最低为5mg/m3， 最高为30mg/m3，锅炉执行GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》中其中燃油锅炉的颗粒物排放限值最高为50mg/m3，炼焦炉执行GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》中新建企业颗粒物排放限值为15-50mg/m3，水泥厂执行GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》中自2010年1月1日起，现有生产线各生产设备（设施）排气筒中的颗粒物以及自2005年1月1日起，新建生产线各生产设备（设施）排气筒中的颗粒物允许排放的最高浓度在不同生产过程及不同生产设备中为30mg/m3或50mg/m3，因此本标准确定的测量范围满足对现有工业颗粒物排放的监测要求及环境管理的需要。

1.3 现行环境监测分析方法标准的实施情况和存在的问题

随着环境管理的日益严格和环境污染控制技术的不断进步，特别是国家对大气污染源的自动监测已全面展开。针对脱硫后管道内颗粒物浓度低、温度低、湿度高的“两低一高”情况，现有的采样分析标准方法无法对监测仪器进行准确的校准和检定。此外，近年来，企业对环境保护的重视程度越来越高。除尘设备的除尘效率逐步提高。固定污染源排气管内颗粒物质量浓度可小于50mg/m3。30万千瓦时机组的大多数电厂都采用了静电除尘器和脱硫除尘技术。颗粒物的质量浓度已降至约30 mg/m3，有些甚至低于10 mg/m3。

目前，我国颗粒物监测方法采用GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物的测定及气态污染物采样方法》[9]。严格来说，本方法仅适用于质量浓度大于50mg/m3的颗粒物，质量浓度小于50mg/m3的颗粒物测量误差较大。本方法规定了颗粒物捕集介质。由于滤筒自重大，在低浓度颗粒物的取样分析中无法准确定量，由此产生的误差降低了颗粒物取样的准确度，对测量结果影响很大。而最新标准固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法（HJ 836-2017）[10]的出臺克服了GB/T 16157-1996标准中的部分问题，尤其是对低于30mg/m3的颗粒物的采样测定方法进行详细的概述。

随着固定污染源颗粒物排放允许限值的不断降低，人工取样-重量法测定颗粒物逐渐暴露出测量不准确、低浓度测定不适应的缺点。因此，研究固定污染源排放的低浓度颗粒物的采样分析技术具有十分重要的意义。

1.4 低浓度颗粒物测定技术的最新进展

自2011年修订《火力发电厂大气污染排放标准》以来，烟尘排放限值已定为30 mg/m3。原GB/T 16157-1996测定低浓度颗粒物的方法有局限性。在我国，对低浓度颗粒物的测定采用了用称重法代替过滤筒的方法。现在大多数不采用整体称重（滤膜）的方法，克服了滤管测量自重造成玻璃纤维损失的大误差。国外的方法规定了收集颗粒物到滤膜的最小质量比。低浓度颗粒物的清洗和称重方法在很大程度上减少了取样和分析中的误差。另外有红外散射法、浊度法以及电荷探针法等。

2 国内外相关检测方法标准研究

2.1 主要国家、地区及国际组织相关標准研究

国外发达国家对低浓度颗粒物的取样分析技术进行了研究[11]。检测方法主要是人工称重法，但国内HJ 836-2017也对低浓度颗粒物检测进行标准化规范。国外关于低浓度颗粒物的检测标准主要为方法标准：（ISO12141-2002）[12]、（ISO9096-2003）[13]、（ANSI/ASTM D 6331-98 （Re-approvered 2005））[14]、（USEPA method 5I ）[13]、BS EN 13284-1：2002）[15]、JIS Z 8808-1995、ANSI、ISO和BS EN均采用批量取样技术测定低浓度颗粒物;ANSI方法规定了收集颗粒物到滤膜的最小质量比，采用空白滤膜和专业称重技术。该方法提出在测定低浓度颗粒物的整个试验过程中，只需使用一个滤膜进行累积采样，以提高测量精度;ISO和BS EN方法对低浓度颗粒物采用清洗和专业称重方法，可大大减少取样和分析过程中的误差。该方法规定，在测量标准条件下，烟气中颗粒物的质量浓度小于50mg/m3。为了使试验结果有效，取样过程中收集的颗粒物质量必须比滤膜总空白值大5倍。在这种情况下，通常采用大流量采样技术或延长采样时间。USEPA法适用于测量小于50mg/m3的颗粒物浓度。该方法用47mm玻璃纤维滤膜收集颗粒物，并将过滤器固定在过滤器上。过滤器的重量不超过35g，通过过滤器的整体称重方法，得到测量结果。该方法同时使用两个采样通道和两个采样通道。相对标准差保证了采样数据的高精度。因此，保证该方法准确度的关键步骤是双采样装置、低浓度颗粒物的清洗和专业的称重过程。

取样后，小颗粒物可能在滤膜上游的取样设备中堆积。研究发现，当垃圾焚烧炉收集的颗粒物质量浓度约为5 mg/m3时，滤膜上游的颗粒物通常占总颗粒物的10-30%。颗粒物的积累可能与采样设备的设计和烟气颗粒物的性质有关，但目前还没有有效的方法将颗粒物的积累降低到可忽略的水平。根据ISO12141、BS EN和ANSI方法，在测定低浓度颗粒物时，必须回收和称重滤膜上游收集设备上堆积的颗粒物[12，14，16]。滤膜的附加质量和从取样设备收集的累积颗粒物的总和是烟气样品中的颗粒物质量。

以上标准都详细描述了低浓度颗粒物的测定过程和分析方法包括采样前的准备、检漏、采样、清洗、称重和校准。

2.2 国内相关标准研究

我国检测固定污染源颗粒物的方法标准有GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》，GB9079-1988《工业炉窑烟尘测试方法》[17]、GB5468-1991《锅炉烟尘测试方法》[18]、HJ/T 76-2007《固定污染源烟气排放监测系统技术要求及检测方法》[19 ]、HJ/T48-1999《烟尘采样器技术条件》[20]。

（1）GB/T16157-1996采用称重方法，它的原理将颗粒物采样枪由采样孔插入烟道，使采样嘴置于测点上，正对气流，等速取样，用玻璃纤维滤筒捕集颗粒物，抽取一定量含颗粒物的气体，计算烟气中颗粒物浓度。（2）GB9079-1988引用GB/T16157-1996采用过滤计重法测量烟尘浓度，主要适用于工业炉窑出口烟尘初始浓度及排放浓度。（3）GB5468-1991中烟尘的测定引用GB/T16157-1996等速采样过滤计重法，主要适用于锅炉烟尘排放浓度。（4）HJ/T 76-2007中测量烟尘颗粒物CEMS引用采用GB/T16157-1996对颗粒物测定要求。（5）HJ/T48-1999中对测定烟道、烟囱及排气筒等固定污染源排气中颗粒物含量的烟尘采样器的研制、生产及认定其技术要求参照了GB/T16157-1996的部分条款。

综以上内容，GB/T 16157-1996是大多数国内标准方法中测定固定源颗粒物浓度的依据，因此将修订GB/T16157-1996中对低浓度颗粒物的测定方法，颁布固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法（HJ 836-2017）对我国烟尘测量规范具有重要意义。

参考文献

[1]JIS Z 8808-1995. Method of measuring dust concentration in flue gas[S].

[2]Querol. Xavier， Alastuey. Andre， Lopea-Soler. Angel. Mantilla， etal. Mineral composition of atmospheric particulates around a large coal-fired power station[J]. Atmospheric Environment， 1996.11，30（21）： 3557-3572.

[3]付嘉媛，郑泽群. 燃煤锅炉烟尘对农作物生长环境的影响[J]. 福州大学学报（自然科学版），2002，30（6）：913-917.

[4]GB13223-2011，火电厂大气污染物排放标准[S].

[5]GB13271-2001，锅炉大气污染物排放标准[S].

[6]GB9078-1996，工业炉窑大气污染物排放标准[S].

[7]GB16171-2012，炼焦化学工业污染物排放标准[S].

[8]GB4915-1996，水泥厂大气污染物排放标准[S].

[9]GB/T 16157-1996，固定污染源排气中顆粒物测定与气态污染物采样方法[S].

[10]HJ 836-2017，固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法[S].

[11]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，2008，20（6）：13-15.

[12]ISO14121-2002：Stationary source emissions—Determination of mass concentration of particulate matter（dust） at low concentrations—Manual gravimetric method[S].

[13]ISO9096-2003 Stationary source emissions—Manual determination of mass concentration of particulate matter[S].

[14]ANSI/ASTM D 6331-98（Re-approvered 2005）： Test method for determination of mass concentration of particulate matter from stationary sources at low concentrations（Manual gravimetric method）[S].

[15]USEPA  method 5I： Determination of low level particulate matter emissions[S].

[16]BS EN 13284-1：2002-Determination of low range mass concentration of dust-Part1： Manual gravimetric method[S].

[17]GB9079-1988，工业炉窑烟尘测试方法[S].

[18]GB5468-1991，锅炉烟尘测试方法[S].

[19]HJ/T 76-2007，固定污染源烟气排放监测系统技术要求及检测方法[S].

[20]HJ/T48-1999，烟尘采样器技术条件[S].

收稿日期：2019-06-20

作者简介：白鸽（1984-），女，工程师，硕士，研究方向为大气污染防治与监测。