低濃度顆粒物監測方法應用及問題研究

朱磊 何明偉

摘要：生態環境為人們提供賴以生存的物資保障，如果被持續污染，將會給人們的生存帶來威脅。固定污染源向外界排放廢氣等有害物質，直接對空氣產生作用，給自然環境和人們的生存空間帶來危害。對此，需要利用一定的方法監測固定污染源中的低濃度顆粒物，尋找能夠解決問題的方法。

關鍵詞：低濃度顆粒物；監測方法；固定污染源

中圖分類號：X830.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0181-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.108

Abstract： The ecological environment provides people with material guarantees for survival. If it is continuously polluted， it will threaten peoples survival. Fixed sources emit harmful substances such as exhaust gases to the outside world， which directly affect the air and cause damage to the natural environment and peoples living space. In this regard， certain methods need to be used to monitor the low concentration of particulate matter in stationary sources to find solutions to the problem.

Keywords： low concentration particulate；monitoring method；fixed pollution source

1 現有顆粒物監測方法的比較

在國內，現有對顆粒物濃度進行監測的方法主要有重量法、電荷探針法、紅外散射法、濁度法等。這些方法適用于不同情況下的固體顆粒物濃度監測，因此各具優缺點。

1.1 重量法

重量法是監測固體顆粒物濃度的主要方法，因為監測的數據結果精確度較高，而且受到顆粒物的形狀、顏色、分布等的影響較小，同時投入成本較低，并不需要太過精密的實驗儀器設備，對監測的技術手段要求都較低。但重量法也有其缺點，在采樣時，容易受到一些外在因素的影響，如現場測孔的位置的改變、煙道濕度的不同等，都會讓重量法監測的精度出現偏差。另外，重量法需要對污染源進行采樣收集、稱重等步驟，其過程較為繁瑣。

1.2 電荷探針法

電荷探針法也是國內現有的對固體顆粒物濃度進行測量的方法，這種方法通過對固體顆粒產生的電荷進行測量，以測定顆粒物的濃度。測量過程中，如果電荷的產生都是固體顆粒相互碰撞產生的，則測量精度會更高，如果測量的電荷還有其他來源，則測量精度會降低。電荷探針測量法的測量精度容易受到空氣濕度、溫度、氣壓等的影響，一旦空氣溫濕度和氣壓發生改變，則電荷探針測量顆粒物濃度的精確度會相應發生偏差。由于使用電荷探針，探頭不能進行任何防腐保護措施，探頭一旦受到腐蝕或者有煙塵粘附到探頭上，將會對探頭的測量精確度造成干擾，測量結果自然不夠準確。

1.3 紅外散射法

紅外散射法在探測顆粒物濃度時較為方便，利用顆粒物對紅外線的散射進行測量，測量工具的安裝簡單易行，測量過程中不會受到空氣濕度和氣壓變化的影響。但紅外散射的測量精度容易受到顆粒物的分布、形狀、顏色等影響。如果在測量過程中產生二次散射，則測量的精度會有所下降。另外，長時間處于光源下工作，一旦出現光強衰減，也將對測量的精度造成干擾。

1.4 濁度法

對固體顆粒物濃度測量使用濁度法，需要將收集到的測試品處理后同樣品進行濁度對比，根據濁度分析固體顆粒物的濃度。這種監測方法不會受到空氣溫度和氣壓改變的影響，而且當顆粒物分布均勻時，測量精確度會得到提升，也能消除水分對測量結果的影響。但濁度法監測固體顆粒物濃度時，容易受到光線的干擾：一旦光程太長，發生振動會降低光路的準直度，測量精度有所下降；而測量時光強的衰減也會對測量精度造成干擾。顆粒物的濃度太高或太低，顆粒物的分布不夠均勻等，都會影響測量的結果，很容易導致測量精度和標準有極大偏差。另外，如果煙氣中存在水蒸氣，也會影響到測量的精度。

2 重量法中影響測量精度的常見問題

由于重量法在測量固定污染源顆粒物濃度時不會受到顆粒物的形狀、顏色、分布等的影響，對實驗設備、監測工藝等的要求也較低，投入成本比較少，因此是多數監測站使用的監測方法。并且這種測量方法有較高的精確度，對監測結果影響較小。但在使用重量法監測顆粒物濃度過程中，由于各種因素，依然會導致一些問題的出現，影響測量的精度。

2.1 在采樣中出現影響測量精度問題

由于重量法的采樣需要利用濾筒，因此在使用濾筒時容易出現問題。目前使用的濾筒多用剛玉、石英纖維、混合纖維素、玻璃纖維、四氟乙烯等材料制成，使用過程中，由于材料的原因，將會出現熱損失，給測量結果帶來不利影響；也有因為煙氣中的成分與濾筒材料發生化學反應，影響了測量結果的精確性。另外，濾筒的機械強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、耐壓、耐濕等特性并不滿足濾筒負載量變化在重量法中的要求，以至對測量精度產生影響。如采集的濃度較低，需要加大采氣量，此時濾筒的機械強度如果不夠，將會因顆粒物速度過快而穿破濾筒。

如果采樣中含有硫酸霧、氯化氫等氣體，在測量時發現濾筒偏硬，則可能濾筒中附著著堿液或硫酸鹽。可以對濾筒加水稀釋攪拌溶解，測量稀釋液的pH值和電導率。如果pH值大于7，則有說明濾筒中有堿液存在；如果電導率明顯偏大，則說明濾筒中有硫酸鹽存在。在采樣前，需要對采樣嘴進行清潔，避免污染物附著在采樣嘴上，導致濾筒口被污染進而造成測量時的誤差。但在常規監測時，如果任務過多，采樣前不斷對采樣嘴進行清潔，這回使采樣工作的步驟過于繁瑣，不便在現場及時操作。如現場沒有可以提供洗脫的空間，也容易帶入顆粒物，影響后續的測量結果。采樣的廢氣中如果含有大量水分，將會對采樣造成干擾。廢氣中如果水分較多，在較高的溫度下呈現氣體狀態。當進行采樣時，水氣會遇冷凝結，附著在采樣嘴和濾筒上，對采樣非常不利。而且附著的水分還可能融入低濃度顆粒物，對后續的稱量造成影響。

2.2 在稱重過程中出現影響測量精度的問題

在采集樣品過程中，由于使用的濾筒并不能完全一致，導致濾筒之間也存在著差距；且濾筒的自重較大，在對顆粒物進行采集時，難以確定準確的采樣量，導致稱量時的準確度會受到一定的影響。

由于稱重法在監測顆粒物濃度時需要經過準備、采集、測量等多個階段，整個過程不能再很快完成，有時會經歷幾天的時間，如果存在氣溫、濕度、氣壓等的影響，將會干擾到稱重測量結果的精確性。另外，測量天平在測量時也難以做到完全精確，很容易產生稱量誤差，因此低濃度顆粒物的稱量結果會在一定程度上受到干擾。

3 有效解決重量法影響測量精度問題的措施

根據《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法》（HJ836-2017）的標準，對固定污染源中低濃度顆粒物的重量法進行了新的規定，適用于燃煤、燃油、燃氣的鍋爐以及冶金化工、工業窯爐等其他固定污染源廢棄中顆粒物的測定。為了避免原有的重量法中出現影響測量精度的問題，新的規定給出了一些能夠有效解決問題的措施。

3.1 采樣頭與濾膜一體化

對固定污染源廢氣進行采樣的采樣頭由前彎管、濾膜、不銹鋼拖網、密封鋁圈組成。前彎管、濾膜和不銹鋼拖網通過密封鋁圈裝配在一起。濾膜的材質應該為石英或聚四氟乙烯，不能同廢氣中的化合物發生化學反應，并且熱穩定性強。濾膜的直徑為47±0.25mm，在最大期望流速下，濾膜能夠對直徑為0.3μm粒子的捕集效率在99.5%以上，對直徑為0.6μm的粒子捕集率在99.9%以上。采樣頭的前彎管表面應該平滑，盡量沒有連接點，內表面方便清潔。安裝好的采樣頭需要密封好，在存儲和運輸的過程中單獨存放，避免發生污染。由于采樣頭和濾膜一體化，代替了原有的濾筒采集，可以克服濾筒稱重時容易出現的誤差，讓測量結果更精確。

3.2 采樣過程加熱

采樣時，應該按照儀器的操作方法平行自動采樣。采樣過程中，應該保持采樣嘴的吸氣速度和測定點的氣流速度應相等，盡量減小誤差。為了防止采樣的廢氣中含有水分對采樣的干擾，采樣全程需要進行加熱，以清除所采樣品中的水分。開啟采樣頭固定裝置上的加熱功能，保持均勻加熱，溫度應該在110℃以下，避免對采樣造成干擾。

4 結束語

隨著經濟的發展，人們對環境質量的需求也越來越高，環保意識在逐步增強。對于固體顆粒污染物的監測和分析，能夠對治理環境污染起到有效的作用。現階段采用的重量法對低濃度顆粒物的監測依然存在一定的問題，導致測量精度存在一定的偏差。因此，需要采取有效手段提升重量法的監測精度，為控制和治理環境問題提供有效幫助。

參考文獻

[1]李興華，段雷，郝吉明等.固定燃燒源顆粒物稀釋采樣系統的研制與應用[J].環境科學學報，2008，28（3）：458-463.

[2]孫炎婧，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，2008，20（6）：13-15.

[3]梁云平.固定源低濃度顆粒物檢測技術現狀與思考[J].中國環境監測，2013，29（5）：161-164.

[4]減少稱量波動 提高測定準確度[N]. 中國環境報，2018-01-22（005）.

收稿日期：2018-05-04

作者簡介：朱磊（1986-），男，本科，工程師，研究方向為環境科學。