固定污染源顆粒物監(jiān)測中質(zhì)控和現(xiàn)場問題分析

夏齊良

(安徽省當涂縣環(huán)境保護監(jiān)測站，安徽 馬鞍山 243100)

1 引言

隨著污染源顆粒物濃度超低排放在重點地區(qū)重點行業(yè)逐漸執(zhí)行，排放標準的不斷提高，對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和質(zhì)量控制要求也越來越高，監(jiān)測分析人員不僅要掌握監(jiān)測規(guī)范和標準方法的知識，更要有一定的現(xiàn)場監(jiān)測操作經(jīng)驗，才能處理現(xiàn)場出現(xiàn)的各種問題。嘗試以筆者多年的實踐，對固定污染源常見因子顆粒物監(jiān)測過程中遇到的問題及影響監(jiān)測數(shù)據(jù)精確性的諸多因素進行探討和總結(jié)，以期提高固定污染源廢氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、代表性。

2 監(jiān)測技術(shù)的概述

國內(nèi)顆粒物主要采用現(xiàn)場采樣--實驗室稱重的監(jiān)測技術(shù)，目前通用方法有GB/T16157(文中簡稱濾筒法，適用于顆粒物濃度>20 mg/m3)和HJ836-2017(文中簡稱濾膜法，適用于顆粒物濃度≤50 mg/m3)。2018年1月8日環(huán)保部以修改單的形式，對GB/T16157的適用范圍進行了修改，緊隨其后2018年3月頒布實施了《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定 重量法》，這樣就解決了大氣污染物排放標準與低濃度顆粒物監(jiān)測方法標準的配套、銜接的問題。顆粒物監(jiān)測環(huán)節(jié)多、時間長，整個采樣分析中質(zhì)量控制顯得尤為重要。做好質(zhì)量控制，才能得到準確真實的排放數(shù)據(jù)。本研究用上述兩種方法(濾筒法、濾膜法)對3臺鍋爐測試結(jié)果進行了比對，比對結(jié)果見表1。

表1 用一套煙塵設(shè)備兩種取樣管對3臺鍋爐測試的樣品分析 mg/m3

結(jié)論為：稱重增重比較——驗證數(shù)據(jù)證實濾筒法對低濃度顆粒物表現(xiàn)出不適用性。特別對濕度高顆粒物濃度低的廢氣測量誤差較大。分體稱重(濾筒從采樣頭取出單獨稱重)較整體稱重(濾膜和采樣頭組件一起稱重)結(jié)果偏低，主要原因：①分體采樣裝置在拆卸過程中易造成濾筒纖維損失，影響稱重；②濾筒采樣嘴和前彎管中有顆粒物吸附于內(nèi)壁，濕度越大，誤差越大，即使輕輕敲打濾筒采樣頭并用毛刷將附在管內(nèi)的塵粒刷入一部分到濾筒中，濕度大時，敲打顆粒物也不能全部落入濾筒，毛刷也會被玷污，整體稱重就避免了上屬情況。綜上所說，低濃度排放用濾膜法更適合，數(shù)據(jù)更準確，更能反應(yīng)排放的真實情況。

3 顆粒物監(jiān)測主要環(huán)節(jié)的質(zhì)控技術(shù)

固定污染源顆粒物監(jiān)測全過程主要分3部分：設(shè)備調(diào)試、分析室稱重、現(xiàn)場采樣監(jiān)測。顆粒物監(jiān)測的全程質(zhì)控手段，使得到的數(shù)據(jù)溯源性更強，真實性更高，代表性更全，質(zhì)控技術(shù)總結(jié)如下。

3.1 固定污染源顆粒物監(jiān)測設(shè)備的質(zhì)量控制

設(shè)備的流量、溫度、壓力計、計時等都要定期進行檢定校準。排放濃度和廢氣流量都要這些參數(shù)參與計算，它們的準確性直接影響到廢氣的監(jiān)測結(jié)果。采樣設(shè)備的質(zhì)量控制匯總見表2。

3.2 稱重時的質(zhì)量控制

顆粒物監(jiān)測采用現(xiàn)場采樣，收集到的顆粒物質(zhì)量增重進行實驗室稱重。可以看出稱重是質(zhì)控的一個重要環(huán)節(jié)，濾膜法稱重和濾筒法稱重比較；濾筒法天平要求感量為0.1 mg，濾筒的干燥平衡是在干燥器中冷卻平衡的，干燥平衡后兩次重量之差應(yīng)不超過0.5 mg至為恒重；而濾膜法天平要求感量為0.01 mg，干燥平衡是在恒溫恒濕器冷卻平衡至少24 h。兩次重量之差應(yīng)小于 0.2 mg，如第三次平衡后稱量的質(zhì)量同上次稱量的質(zhì)量差仍大于0.2 mg，確認操作和設(shè)備正常后，此樣品作廢[4]。濾膜法稱重質(zhì)控要求更嚴格更復雜。下面以復雜的濾膜法為例進行闡述。

表2 顆粒物采樣器的主要質(zhì)控技術(shù)

(1)天平等的清洗。用抗靜電的布擦拭使用的鑷子和天平的標準砝碼及天平表面，確保干燥無塵,檢查分析天平的基準水平，采樣前、后稱重時，必須進行天平校準。

(2)采樣前、采樣后平衡及稱量時，應(yīng)保證環(huán)境溫度和濕度條件一致，應(yīng)避免靜電對稱量造成的影響[5]，稱量時應(yīng)佩戴無粉末、抗靜電、無硝酸鹽、磷酸鹽的一次性手套進行操作。

(3)為了減少系統(tǒng)誤差，采樣前、后的濾膜稱重用同一臺天平同一人操作，應(yīng)對稱重后的采樣頭進行檢查，檢查是否存在濾膜破損或其他異常情況，若存在異常情況，樣品無效。

3.3 現(xiàn)場采樣時質(zhì)量控制

(1)確保等速采樣，保證采樣嘴與煙氣流向之間的偏差不超過10度，應(yīng)避免采樣管和煙道或采樣口的碰撞，損傷皮托管或采樣頭。

(2)及時檢查干燥器的硅膠，2/3變紅時及時更換，更換后重檢氣密性，應(yīng)及時傾倒采樣管(包括軟管)內(nèi)、冷卻器的冷卻水，減少系統(tǒng)采樣阻力。

(3)測量全程空白時，應(yīng)切斷采樣管與采樣器主機的連接，密封采樣管末端接口[6]，防止空氣(煙道為負壓)或排氣(煙道為正壓)進入采樣系統(tǒng)。

(4)避免樣品轉(zhuǎn)移及運輸過程中出現(xiàn)濾膜法的整體采樣嘴(或濾筒口)朝下的情況，防止樣品增重損失，遇到煙道廢氣濕度大，煙氣溫度又低，這種情況要開啟采樣管上固定在采樣頭上的加熱裝置的加熱功能，加熱溫度不應(yīng)超過110 ℃。

(5)每個樣品均要采集同步雙樣，同步雙樣的相對偏差應(yīng)不大于允許的最大相對偏差，最大相對偏差應(yīng)在10%～25%之間按濃度線性計算得出。

4 采樣現(xiàn)場遇到的的常見問題及原因分析和糾正措施

(1)采樣過程中儀器功率瞬間升的很大，計壓示值迅速上升很高，儀器進入保護狀態(tài)，塵泵停止運行的問題。可能原因為氣路堵塞、采樣嘴選擇不正確。糾正措施采樣中要檢查管路是否有折彎或重物壓扁；濾芯是否臟堵、干燥筒緩沖器或氣水分離器濾網(wǎng)有無堵塞、氣水分離器濾網(wǎng)有無結(jié)冰(冬季時)；監(jiān)測時通過預測流速選擇合適的采樣嘴以等速采樣，此過程中工況變化，造成煙氣流速突變，原先等速采樣的采樣嘴因流速突變不能等速跟蹤采樣，導致塵泵功率過大造成停機保護。

(2)采樣時儀器顯示沒有動壓或流速的問題。可能原因：①測試前壓力傳感器校零不對；②監(jiān)測孔開孔位置不符合要求；③壓力管(橙藍管)有漏氣或堵塞，也可能正壓和負壓管接反；④無動力自然排放的工況會出現(xiàn)此情況，以上是造成此種情況的4種主要原因。糾正措施采樣前采樣管懸空狀態(tài)執(zhí)行壓力校零，校零確保是在無風的狀況下進行，若正壓管正對風向校零，誤差會很大，可能出現(xiàn)沒有動壓或流速情況；確保開孔位置符合要求，排除漩渦點，采樣點應(yīng)選擇在直管段，距彎頭、閥門、變徑管下游方向不低于6倍直徑和上游方向不低于3倍直徑的位置，并避開噴水(霧)管段；判斷壓力管(橙藍管)是否有漏氣或堵塞 ，可采取簡易的流速和流量判斷方式，25 ℃左右時，動壓21 Pa對應(yīng)流速為5 m/s，動壓90 Pa對應(yīng)流速10 m/s；無動力自然排放工況，動壓和流速基本上趨于0，無法進行等速跟蹤測量，只能預設(shè)流量來采樣，設(shè)置恒定流量的方式進行測量，煙塵儀系列流速測量范圍是5～45 m/s ，受S型皮托管規(guī)格和性質(zhì)決定低于2 m/s的流速無法測量，在2～5 m/s測出的流速誤差很大。所以，小于5 m/s的廢氣煙道設(shè)置恒定流量的方式采樣。

(3)肉眼能看到塵或煙氣在線監(jiān)測設(shè)備(CEMS)上有一定的數(shù)值，但實際幾乎采不到顆粒物。可能原因：①布點及開孔位置不符合要求；②采樣系統(tǒng)到主機(包括主機)之間的管路有漏氣；③實際采樣流量不符合等速要求或采樣嘴銳邊不完好；④負壓過大，采不到氣，造成采氣量過小。糾正措施如果現(xiàn)場情況特殊，開孔位置無法達到上3下6(下游方向不低于6倍直徑和上游方向不低于3倍直徑的位置)，應(yīng)視現(xiàn)場情況，合理安排監(jiān)測點位(如橫向管道中，顆粒物自身重力作用，在管道上、中、下分布極不均勻)，要增加測點數(shù)量和頻次；漏氣要分段檢查采樣管、連接軟管、氣水分離器(干燥筒、緩沖器)、煙塵過濾芯處的透明罩、主機內(nèi)部的管路連接密封情況，檢查方法見表2；每次采樣前要預測流速，選擇完好的與預測流速相匹配的采樣嘴；在廢氣監(jiān)測中常遇到煙道內(nèi)負壓>20 kPa的污染源，必須克服煙道負壓才能采到樣品，負壓過大的情況下如果儀器使用年限較長，抽氣泵的性能降低了，就會出現(xiàn)采塵量下降造成采不到塵，為減小泵的負擔，此時可選比預測流速時儀器自動選嘴功能小1 mm或 2 mm的采樣嘴。

(4)生產(chǎn)負荷不穩(wěn)定或偏小的問題。影響顆粒物監(jiān)測的重要外因就是監(jiān)測時的工況了，生產(chǎn)負荷與廢氣排放濃度有直接關(guān)系，少數(shù)企業(yè)在污染源監(jiān)測時，怕超標排放，減小生產(chǎn)負荷。工作人員在進行廢氣監(jiān)測時不僅要關(guān)注儀器設(shè)備的操作，還要有專人監(jiān)督生產(chǎn)設(shè)備與環(huán)保設(shè)施運行狀況。對于生產(chǎn)負荷要進行核查。主要核查以下方面：①風機額定風量與實測風量的合理性；②通過企業(yè)熱工儀表或單位時間燃料消耗量核查工況，如鍋爐等通過熱水量及升高溫度和燃料消耗進行測算；③現(xiàn)場調(diào)查企業(yè)燃料類型，除塵器設(shè)計除塵效率等參數(shù)，根據(jù)不同爐窯排放參考系數(shù)測算排放量，如實測量與測算量相差大于±50%，則要查找原因，判斷工況是否正常或能否達到相關(guān)監(jiān)測規(guī)范最低工況要求；④非燃燒工藝，工業(yè)生產(chǎn)通過實際生產(chǎn)原料的消耗、產(chǎn)品產(chǎn)量與相關(guān)的設(shè)計指標進行比較計算生產(chǎn)負荷。

(5)顆粒物實測濃度與空氣過剩系數(shù)折算的問題。在固定污染源排氣監(jiān)測中，大多數(shù)排放標準規(guī)定要用過量空氣系數(shù)等折算其測量濃度，這樣消除了燃燒設(shè)備運行工況差異和人為稀釋因素的影響，避免造成達標排放的假像，雖然含氧量不屬于污染指標，但在燃燒煙道中是必測的因子，含氧量的大小決定折算排放濃度的高低，所以氧的電化學傳感器監(jiān)測前一定要用純氮氣校零和21%標準氧氣標定合格才可進行含氧量的測定。需要過氧系數(shù)換算的有各類鍋爐、飲食業(yè)的油煙、工業(yè)爐窯(沖天爐、熔化爐、熱處理爐、干燥爐、石灰窯等)，不需要過氧系數(shù)換算的如明弧電爐、焙燒回爐轉(zhuǎn)窯等，在實際工作要積累經(jīng)驗，做到能分清各種燃燒設(shè)備是執(zhí)行那個標準中的那種爐窯折算系數(shù)。

5 結(jié)語

固定污染源廢氣顆粒物監(jiān)測是一個繁瑣而復雜的工作，需要在日常監(jiān)測中不斷積累經(jīng)驗，掌握監(jiān)測技術(shù)，使得現(xiàn)場遇到故障問題能及時解決。文中對兩種方法的實用范圍進行了比較，濾膜法更適合低濃度、高濕度的監(jiān)測環(huán)境，對監(jiān)測全過程的質(zhì)量控制具體操作方法作了詳述，也對現(xiàn)場遇到的問題作了總結(jié)，以消除監(jiān)測中影響數(shù)據(jù)準確性的不利因素，以期對從事污染源廢氣監(jiān)測的人員有所參考和幫助。