固定污染源颗粒物监测中质控和现场问题分析

夏齐良

(安徽省当涂县环境保护监测站，安徽 马鞍山 243100)

1 引言

随着污染源颗粒物浓度超低排放在重点地区重点行业逐渐执行，排放标准的不断提高，对环境监测技术和质量控制要求也越来越高，监测分析人员不仅要掌握监测规范和标准方法的知识，更要有一定的现场监测操作经验，才能处理现场出现的各种问题。尝试以笔者多年的实践，对固定污染源常见因子颗粒物监测过程中遇到的问题及影响监测数据精确性的诸多因素进行探讨和总结，以期提高固定污染源废气监测数据的准确性、代表性。

2 监测技术的概述

国内颗粒物主要采用现场采样--实验室称重的监测技术，目前通用方法有GB/T16157(文中简称滤筒法，适用于颗粒物浓度>20 mg/m3)和HJ836-2017(文中简称滤膜法，适用于颗粒物浓度≤50 mg/m3)。2018年1月8日环保部以修改单的形式，对GB/T16157的适用范围进行了修改，紧随其后2018年3月颁布实施了《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定 重量法》，这样就解决了大气污染物排放标准与低浓度颗粒物监测方法标准的配套、衔接的问题。颗粒物监测环节多、时间长，整个采样分析中质量控制显得尤为重要。做好质量控制，才能得到准确真实的排放数据。本研究用上述两种方法(滤筒法、滤膜法)对3台锅炉测试结果进行了比对，比对结果见表1。

表1 用一套烟尘设备两种取样管对3台锅炉测试的样品分析 mg/m3

结论为：称重增重比较——验证数据证实滤筒法对低浓度颗粒物表现出不适用性。特别对湿度高颗粒物浓度低的废气测量误差较大。分体称重(滤筒从采样头取出单独称重)较整体称重(滤膜和采样头组件一起称重)结果偏低，主要原因：①分体采样装置在拆卸过程中易造成滤筒纤维损失，影响称重；②滤筒采样嘴和前弯管中有颗粒物吸附于内壁，湿度越大，误差越大，即使轻轻敲打滤筒采样头并用毛刷将附在管内的尘粒刷入一部分到滤筒中，湿度大时，敲打颗粒物也不能全部落入滤筒，毛刷也会被玷污，整体称重就避免了上属情况。综上所说，低浓度排放用滤膜法更适合，数据更准确，更能反应排放的真实情况。

3 颗粒物监测主要环节的质控技术

固定污染源颗粒物监测全过程主要分3部分：设备调试、分析室称重、现场采样监测。颗粒物监测的全程质控手段，使得到的数据溯源性更强，真实性更高，代表性更全，质控技术总结如下。

3.1 固定污染源颗粒物监测设备的质量控制

设备的流量、温度、压力计、计时等都要定期进行检定校准。排放浓度和废气流量都要这些参数参与计算，它们的准确性直接影响到废气的监测结果。采样设备的质量控制汇总见表2。

3.2 称重时的质量控制

颗粒物监测采用现场采样，收集到的颗粒物质量增重进行实验室称重。可以看出称重是质控的一个重要环节，滤膜法称重和滤筒法称重比较；滤筒法天平要求感量为0.1 mg，滤筒的干燥平衡是在干燥器中冷却平衡的，干燥平衡后两次重量之差应不超过0.5 mg至为恒重；而滤膜法天平要求感量为0.01 mg，干燥平衡是在恒温恒湿器冷却平衡至少24 h。两次重量之差应小于 0.2 mg，如第三次平衡后称量的质量同上次称量的质量差仍大于0.2 mg，确认操作和设备正常后，此样品作废[4]。滤膜法称重质控要求更严格更复杂。下面以复杂的滤膜法为例进行阐述。

表2 颗粒物采样器的主要质控技术

(1)天平等的清洗。用抗静电的布擦拭使用的镊子和天平的标准砝码及天平表面，确保干燥无尘,检查分析天平的基准水平，采样前、后称重时，必须进行天平校准。

(2)采样前、采样后平衡及称量时，应保证环境温度和湿度条件一致，应避免静电对称量造成的影响[5]，称量时应佩戴无粉末、抗静电、无硝酸盐、磷酸盐的一次性手套进行操作。

(3)为了减少系统误差，采样前、后的滤膜称重用同一台天平同一人操作，应对称重后的采样头进行检查，检查是否存在滤膜破损或其他异常情况，若存在异常情况，样品无效。

3.3 现场采样时质量控制

(1)确保等速采样，保证采样嘴与烟气流向之间的偏差不超过10度，应避免采样管和烟道或采样口的碰撞，损伤皮托管或采样头。

(2)及时检查干燥器的硅胶，2/3变红时及时更换，更换后重检气密性，应及时倾倒采样管(包括软管)内、冷却器的冷却水，减少系统采样阻力。

(3)测量全程空白时，应切断采样管与采样器主机的连接，密封采样管末端接口[6]，防止空气(烟道为负压)或排气(烟道为正压)进入采样系统。

(4)避免样品转移及运输过程中出现滤膜法的整体采样嘴(或滤筒口)朝下的情况，防止样品增重损失，遇到烟道废气湿度大，烟气温度又低，这种情况要开启采样管上固定在采样头上的加热装置的加热功能，加热温度不应超过110 ℃。

(5)每个样品均要采集同步双样，同步双样的相对偏差应不大于允许的最大相对偏差，最大相对偏差应在10%～25%之间按浓度线性计算得出。

4 采样现场遇到的的常见问题及原因分析和纠正措施

(1)采样过程中仪器功率瞬间升的很大，计压示值迅速上升很高，仪器进入保护状态，尘泵停止运行的问题。可能原因为气路堵塞、采样嘴选择不正确。纠正措施采样中要检查管路是否有折弯或重物压扁；滤芯是否脏堵、干燥筒缓冲器或气水分离器滤网有无堵塞、气水分离器滤网有无结冰(冬季时)；监测时通过预测流速选择合适的采样嘴以等速采样，此过程中工况变化，造成烟气流速突变，原先等速采样的采样嘴因流速突变不能等速跟踪采样，导致尘泵功率过大造成停机保护。

(2)采样时仪器显示没有动压或流速的问题。可能原因：①测试前压力传感器校零不对；②监测孔开孔位置不符合要求；③压力管(橙蓝管)有漏气或堵塞，也可能正压和负压管接反；④无动力自然排放的工况会出现此情况，以上是造成此种情况的4种主要原因。纠正措施采样前采样管悬空状态执行压力校零，校零确保是在无风的状况下进行，若正压管正对风向校零，误差会很大，可能出现没有动压或流速情况；确保开孔位置符合要求，排除漩涡点，采样点应选择在直管段，距弯头、阀门、变径管下游方向不低于6倍直径和上游方向不低于3倍直径的位置，并避开喷水(雾)管段；判断压力管(橙蓝管)是否有漏气或堵塞 ，可采取简易的流速和流量判断方式，25 ℃左右时，动压21 Pa对应流速为5 m/s，动压90 Pa对应流速10 m/s；无动力自然排放工况，动压和流速基本上趋于0，无法进行等速跟踪测量，只能预设流量来采样，设置恒定流量的方式进行测量，烟尘仪系列流速测量范围是5～45 m/s ，受S型皮托管规格和性质决定低于2 m/s的流速无法测量，在2～5 m/s测出的流速误差很大。所以，小于5 m/s的废气烟道设置恒定流量的方式采样。

(3)肉眼能看到尘或烟气在线监测设备(CEMS)上有一定的数值，但实际几乎采不到颗粒物。可能原因：①布点及开孔位置不符合要求；②采样系统到主机(包括主机)之间的管路有漏气；③实际采样流量不符合等速要求或采样嘴锐边不完好；④负压过大，采不到气，造成采气量过小。纠正措施如果现场情况特殊，开孔位置无法达到上3下6(下游方向不低于6倍直径和上游方向不低于3倍直径的位置)，应视现场情况，合理安排监测点位(如横向管道中，颗粒物自身重力作用，在管道上、中、下分布极不均匀)，要增加测点数量和频次；漏气要分段检查采样管、连接软管、气水分离器(干燥筒、缓冲器)、烟尘过滤芯处的透明罩、主机内部的管路连接密封情况，检查方法见表2；每次采样前要预测流速，选择完好的与预测流速相匹配的采样嘴；在废气监测中常遇到烟道内负压>20 kPa的污染源，必须克服烟道负压才能采到样品，负压过大的情况下如果仪器使用年限较长，抽气泵的性能降低了，就会出现采尘量下降造成采不到尘，为减小泵的负担，此时可选比预测流速时仪器自动选嘴功能小1 mm或 2 mm的采样嘴。

(4)生产负荷不稳定或偏小的问题。影响颗粒物监测的重要外因就是监测时的工况了，生产负荷与废气排放浓度有直接关系，少数企业在污染源监测时，怕超标排放，减小生产负荷。工作人员在进行废气监测时不仅要关注仪器设备的操作，还要有专人监督生产设备与环保设施运行状况。对于生产负荷要进行核查。主要核查以下方面：①风机额定风量与实测风量的合理性；②通过企业热工仪表或单位时间燃料消耗量核查工况，如锅炉等通过热水量及升高温度和燃料消耗进行测算；③现场调查企业燃料类型，除尘器设计除尘效率等参数，根据不同炉窑排放参考系数测算排放量，如实测量与测算量相差大于±50%，则要查找原因，判断工况是否正常或能否达到相关监测规范最低工况要求；④非燃烧工艺，工业生产通过实际生产原料的消耗、产品产量与相关的设计指标进行比较计算生产负荷。

(5)颗粒物实测浓度与空气过剩系数折算的问题。在固定污染源排气监测中，大多数排放标准规定要用过量空气系数等折算其测量浓度，这样消除了燃烧设备运行工况差异和人为稀释因素的影响，避免造成达标排放的假像，虽然含氧量不属于污染指标，但在燃烧烟道中是必测的因子，含氧量的大小决定折算排放浓度的高低，所以氧的电化学传感器监测前一定要用纯氮气校零和21%标准氧气标定合格才可进行含氧量的测定。需要过氧系数换算的有各类锅炉、饮食业的油烟、工业炉窑(冲天炉、熔化炉、热处理炉、干燥炉、石灰窑等)，不需要过氧系数换算的如明弧电炉、焙烧回炉转窑等，在实际工作要积累经验，做到能分清各种燃烧设备是执行那个标准中的那种炉窑折算系数。

5 结语

固定污染源废气颗粒物监测是一个繁琐而复杂的工作，需要在日常监测中不断积累经验，掌握监测技术，使得现场遇到故障问题能及时解决。文中对两种方法的实用范围进行了比较，滤膜法更适合低浓度、高湿度的监测环境，对监测全过程的质量控制具体操作方法作了详述，也对现场遇到的问题作了总结，以消除监测中影响数据准确性的不利因素，以期对从事污染源废气监测的人员有所参考和帮助。