低濃度煙塵顆粒物監測標準的必要性分析

白鴿 陳照國

摘要：介紹了固定污染源顆粒物對生活環境的危害，結合相關環保標準和環保工作的需要，針對現行環境監測分析方法標準中的實施問題，對比國內外相關檢測方法和標準，對低濃度顆粒物測定技術的發展與實行進行必要性分析。

關鍵詞：低濃度;煙塵;顆粒物;標準

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：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 項目背景

1.1 固定污染源顆粒物污染的危害

顆粒物或塵（Particulate Matter， Dust），是指在采樣條件下，以任何形狀、結構或密度分散于氣相中的固態物質。測量煙塵濃度在標準狀態下，1m3干排氣中煙塵的質量，單位為g/m3（引 JIS Z 8808-1995）[1]。城市中的細顆粒物絕大來自燃燒和工業生產等人為污染，顆粒物由于比表面積大，吸附能力強，是大氣中各種反應的良好場所。尤其是可吸入顆粒物特別是粒徑小于2.5μm以下的部分，可直接達到人類肺部進入肺泡，并可能進入血液通往全身，顆粒物富集大量有毒重金屬和有害有機物，并且粘附細菌和病毒。顆粒物作為水汽凝結結核和降水對其的沖刷作用，可使顆粒物進入降水和云中，對形成酸雨也有非常重要的影響。火電廠排放的顆粒物對周圍大氣化學成分也有重要影響，曾有Querol.Xavier等[2]研究了某電廠周圍大氣顆粒物和靜電沉淀法收集粉煤灰的礦物特征和形態特征，利用粉煤灰的一些理化特性，分析了電廠排放的遷移和演變過程，研究電廠排放物的示蹤特征。此外火電廠煙塵對農作物也會產生危害，傅嘉媛等[3]根據某電廠擴建工程預計降塵量，通過模擬試驗研究了煙塵對大白菜的生物學特性、生理功能、產量和品質均有不同傷害程度。

1.2 相關環境標準及環保工作需要

固定污染源顆粒物監測是我國節能減排的關鍵污染物指標，火電廠執行GB13223-2011.

《火電廠大氣污染物排放標準》[4]、鍋爐執行GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標準》[5]、工業爐窯執行GB9078-1996《工業爐窯大氣污染物排放標準》[6]、煉焦爐執行GB16171-2012《煉焦化學工業污染物排放標準》[7]、水泥廠執行GB4915-1996《水泥廠大氣污染物排放標準》[8]及各種固定污染源排放標準中都對顆粒物的標準限值作了明確的規定。

由表1可以看出，目前標準中規定的顆粒物排放限值，火電廠執行GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》中顆粒物排放限值最低為5mg/m3， 最高為30mg/m3，鍋爐執行GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標準》中其中燃油鍋爐的顆粒物排放限值最高為50mg/m3，煉焦爐執行GB16171-2012《煉焦化學工業污染物排放標準》中新建企業顆粒物排放限值為15-50mg/m3，水泥廠執行GB4915-1996《水泥廠大氣污染物排放標準》中自2010年1月1日起，現有生產線各生產設備（設施）排氣筒中的顆粒物以及自2005年1月1日起，新建生產線各生產設備（設施）排氣筒中的顆粒物允許排放的最高濃度在不同生產過程及不同生產設備中為30mg/m3或50mg/m3，因此本標準確定的測量范圍滿足對現有工業顆粒物排放的監測要求及環境管理的需要。

1.3 現行環境監測分析方法標準的實施情況和存在的問題

隨著環境管理的日益嚴格和環境污染控制技術的不斷進步，特別是國家對大氣污染源的自動監測已全面展開。針對脫硫后管道內顆粒物濃度低、溫度低、濕度高的“兩低一高”情況，現有的采樣分析標準方法無法對監測儀器進行準確的校準和檢定。此外，近年來，企業對環境保護的重視程度越來越高。除塵設備的除塵效率逐步提高。固定污染源排氣管內顆粒物質量濃度可小于50mg/m3。30萬千瓦時機組的大多數電廠都采用了靜電除塵器和脫硫除塵技術。顆粒物的質量濃度已降至約30 mg/m3，有些甚至低于10 mg/m3。

目前，我國顆粒物監測方法采用GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物的測定及氣態污染物采樣方法》[9]。嚴格來說，本方法僅適用于質量濃度大于50mg/m3的顆粒物，質量濃度小于50mg/m3的顆粒物測量誤差較大。本方法規定了顆粒物捕集介質。由于濾筒自重大，在低濃度顆粒物的取樣分析中無法準確定量，由此產生的誤差降低了顆粒物取樣的準確度，對測量結果影響很大。而最新標準固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法（HJ 836-2017）[10]的出臺克服了GB/T 16157-1996標準中的部分問題，尤其是對低于30mg/m3的顆粒物的采樣測定方法進行詳細的概述。

隨著固定污染源顆粒物排放允許限值的不斷降低，人工取樣-重量法測定顆粒物逐漸暴露出測量不準確、低濃度測定不適應的缺點。因此，研究固定污染源排放的低濃度顆粒物的采樣分析技術具有十分重要的意義。

1.4 低濃度顆粒物測定技術的最新進展

自2011年修訂《火力發電廠大氣污染排放標準》以來，煙塵排放限值已定為30 mg/m3。原GB/T 16157-1996測定低濃度顆粒物的方法有局限性。在我國，對低濃度顆粒物的測定采用了用稱重法代替過濾筒的方法。現在大多數不采用整體稱重（濾膜）的方法，克服了濾管測量自重造成玻璃纖維損失的大誤差。國外的方法規定了收集顆粒物到濾膜的最小質量比。低濃度顆粒物的清洗和稱重方法在很大程度上減少了取樣和分析中的誤差。另外有紅外散射法、濁度法以及電荷探針法等。

2 國內外相關檢測方法標準研究

2.1 主要國家、地區及國際組織相關標準研究

國外發達國家對低濃度顆粒物的取樣分析技術進行了研究[11]。檢測方法主要是人工稱重法，但國內HJ 836-2017也對低濃度顆粒物檢測進行標準化規范。國外關于低濃度顆粒物的檢測標準主要為方法標準：（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均采用批量取樣技術測定低濃度顆粒物;ANSI方法規定了收集顆粒物到濾膜的最小質量比，采用空白濾膜和專業稱重技術。該方法提出在測定低濃度顆粒物的整個試驗過程中，只需使用一個濾膜進行累積采樣，以提高測量精度;ISO和BS EN方法對低濃度顆粒物采用清洗和專業稱重方法，可大大減少取樣和分析過程中的誤差。該方法規定，在測量標準條件下，煙氣中顆粒物的質量濃度小于50mg/m3。為了使試驗結果有效，取樣過程中收集的顆粒物質量必須比濾膜總空白值大5倍。在這種情況下，通常采用大流量采樣技術或延長采樣時間。USEPA法適用于測量小于50mg/m3的顆粒物濃度。該方法用47mm玻璃纖維濾膜收集顆粒物，并將過濾器固定在過濾器上。過濾器的重量不超過35g，通過過濾器的整體稱重方法，得到測量結果。該方法同時使用兩個采樣通道和兩個采樣通道。相對標準差保證了采樣數據的高精度。因此，保證該方法準確度的關鍵步驟是雙采樣裝置、低濃度顆粒物的清洗和專業的稱重過程。

取樣后，小顆粒物可能在濾膜上游的取樣設備中堆積。研究發現，當垃圾焚燒爐收集的顆粒物質量濃度約為5 mg/m3時，濾膜上游的顆粒物通常占總顆粒物的10-30%。顆粒物的積累可能與采樣設備的設計和煙氣顆粒物的性質有關，但目前還沒有有效的方法將顆粒物的積累降低到可忽略的水平。根據ISO12141、BS EN和ANSI方法，在測定低濃度顆粒物時，必須回收和稱重濾膜上游收集設備上堆積的顆粒物[12，14，16]。濾膜的附加質量和從取樣設備收集的累積顆粒物的總和是煙氣樣品中的顆粒物質量。

以上標準都詳細描述了低濃度顆粒物的測定過程和分析方法包括采樣前的準備、檢漏、采樣、清洗、稱重和校準。

2.2 國內相關標準研究

我國檢測固定污染源顆粒物的方法標準有GB/T16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》，GB9079-1988《工業爐窯煙塵測試方法》[17]、GB5468-1991《鍋爐煙塵測試方法》[18]、HJ/T 76-2007《固定污染源煙氣排放監測系統技術要求及檢測方法》[19 ]、HJ/T48-1999《煙塵采樣器技術條件》[20]。

（1）GB/T16157-1996采用稱重方法，它的原理將顆粒物采樣槍由采樣孔插入煙道，使采樣嘴置于測點上，正對氣流，等速取樣，用玻璃纖維濾筒捕集顆粒物，抽取一定量含顆粒物的氣體，計算煙氣中顆粒物濃度。（2）GB9079-1988引用GB/T16157-1996采用過濾計重法測量煙塵濃度，主要適用于工業爐窯出口煙塵初始濃度及排放濃度。（3）GB5468-1991中煙塵的測定引用GB/T16157-1996等速采樣過濾計重法，主要適用于鍋爐煙塵排放濃度。（4）HJ/T 76-2007中測量煙塵顆粒物CEMS引用采用GB/T16157-1996對顆粒物測定要求。（5）HJ/T48-1999中對測定煙道、煙囪及排氣筒等固定污染源排氣中顆粒物含量的煙塵采樣器的研制、生產及認定其技術要求參照了GB/T16157-1996的部分條款。

綜以上內容，GB/T 16157-1996是大多數國內標準方法中測定固定源顆粒物濃度的依據，因此將修訂GB/T16157-1996中對低濃度顆粒物的測定方法，頒布固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法（HJ 836-2017）對我國煙塵測量規范具有重要意義。

參考文獻

[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，鄭澤群. 燃煤鍋爐煙塵對農作物生長環境的影響[J]. 福州大學學報（自然科學版），2002，30（6）：913-917.

[4]GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].

[5]GB13271-2001，鍋爐大氣污染物排放標準[S].

[6]GB9078-1996，工業爐窯大氣污染物排放標準[S].

[7]GB16171-2012，煉焦化學工業污染物排放標準[S].

[8]GB4915-1996，水泥廠大氣污染物排放標準[S].

[9]GB/T 16157-1996，固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法[S].

[10]HJ 836-2017，固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法[S].

[11]孫焱婧，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.

[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，工業爐窯煙塵測試方法[S].

[18]GB5468-1991，鍋爐煙塵測試方法[S].

[19]HJ/T 76-2007，固定污染源煙氣排放監測系統技術要求及檢測方法[S].

[20]HJ/T48-1999，煙塵采樣器技術條件[S].

收稿日期：2019-06-20

作者簡介：白鴿（1984-），女，工程師，碩士，研究方向為大氣污染防治與監測。