（佛山市禅城区环境监测站 广东 佛山 528000）
摘要：针对我区固定源排放颗粒物浓度的特点，提出改进烟尘采样器的设计，即增大采样器的抽取流量，用滤膜代替滤筒并加热滤膜，采样枪前端加热预处理，提高低浓度颗粒物捕捉效率，降低高湿度烟气对称量结果的影响，从整体上改善了烟尘采样器的性能。总之，通过改进仪器设计和测试方法能满足测定高湿度烟气中低浓度颗粒物的需要。
关键词：固定污染源、废弃颗粒物、测量
近几年来，随着我国处理固定污染源排放颗粒物技术的成熟和提高，排放颗粒物的组成和烟气条件发生了一些变化:如从大颗粒物向细颗粒、从高浓度向低浓度、从高温低湿烟气向低温高湿气条件的变化，这给低浓度颗粒物的测定造成了困难。2015年禅城区纳入监督性监测的排放炉窑废气的固定污染源有40家，其中陶瓷炉窑和锅炉企业各20家。根据使用燃料总类：燃煤或水煤浆炉窑有11家；燃油炉窑有5家；燃气炉窑有24家。统计2015年的监测数据，全区炉窑废气排放的颗粒物年平均浓度为14.8 mg/m?，烟气平均含湿量为8.7%。而我国发布的锅炉烟尘测试方法(GB5468-1991)和《固定污染源废气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB16157-1996),通常只适用20mg/m?浓度颗粒物的测定。
因此，当颗粒物浓度<20mg/m?时，监测方法面临以下问题:如不能准确测定颗粒物浓度；不能正确地校准颗粒物连续排放监测系统；不能作为适合的方法用于审核颗粒物连续排放监测系统数据的有效性等。研究固定污染源废气高湿度低浓度颗粒物测定方法，改良现有的采样方法及采样仪器，才能有可能从根本上解决目前所面临的测定低浓度颗粒物的问题。
1、颗粒物采样器
为了满足高湿、低浓度颗粒物的采样的需要，在设计上建议对烟尘采样器进行了以下的改进。
1.1、增大采样泵的抽气流量
1999年我国发布的《烟尘采样器技术条件》规定抽取泵的空载流量≥60L/min，采样器主要是与GB16157-1996方法标准相适应。当烟气颗粒物浓度低时，要在较短的采样时间增大总的采样体积，通常使用直径较大的采样嘴(如8mm)，为保持等速跟踪烟气流速的变化，采集废气的流量往往达到80L/min左右，因此，建议抽取泵的空载流量达到100L/min，以满足等速采样的要求。
1.2、滤膜替代滤筒
GB 16157-1996方法标准规定使用的颗粒物过滤器为玻璃纤维滤筒，通常使用3#滤筒。由于滤筒底部的直径较小，约1cm，气流通过时速度较快，长时间采样，特别是抽取高湿废气时滤筒很容易破损或粘附在滤筒上的纤维随气流被带走。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆建议使用用纤维滤膜代替滤筒;滤膜既有很好的透气性，又不易损坏。由于滤膜的表面积约比3#滤筒底部表面积大得多，显著降低了通过过滤器气流的速度，长时间采样，滤膜整体仍保持完整，特别适用于采集低浓度的颖粒物。但要用滤膜代替滤筒，必须改良采样头，并做方法验证。
1.3、采样枪加热
当废气中的水汽接近或达到饱和，或出现水滴时，符合《烟尘采样器技术条件》的采样器采样时，通常会出现以下现象:过滤器被湿废气穿透、过滤器难以从其托架上取下或纤维粘接在托架上、溶于水的盐类可能随湿气被带走等，造成颗粒物负的测量误差。出现上述废气状况，国外通常是将颗粒物过滤器和托架放置在烟道外并加热。采样完毕后用丙酮清洗采样嘴、采样管并收集清洗后的丙酮溶液，蒸干、称重。建议参照国外的方法，结合我国固定污染源的实际情况，设计在烟道内加热过滤器和托架的采样枪，解决高湿烟气对颗粒物浓度的影响。
2、样品采集与分析
2.1、采样时间
采样时间与颗粒物采集量有关，采样时间是保证采集颗粒物样品的时间代表性，颗粒物量是保证称量的准确性。当废气中颗粒物浓度低时，需要通过延长采样时间或在规定的时间内增大采样体积获得足够质量的颗粒物。当固定源预估颗粒物排放浓度簇5mg/ m?时，在保证最少采样时间的前提下，每个样品的采气体积最好不小于1m?。
2.2、称量
建议采用采样探头整体称量，减少了颗粒物的损失，节省了清洗采样系统(探头和采样管)的溶剂和处理清洗溶液的时间。探头整体称量的准确度高，适用于采集的低质量颗粒物的称量测定。
分析称重需要的设备，其中恒温恒湿天平室温湿度要求同《环境空气颗粒物（PM 2.5 ）手工监测方法（重量法）技术规范》。对于天平的选择，ISO12141 的 6.4.4 中要求最小天平分辨率为 0.1mg（即万分之一天平）或 0.01mg（即十万分之一天平），但万分之一天平理论最小增重（最小分辨率的 100 倍）为 10mg，这在我国某些低浓度颗粒物采样工作中是比较难达到的，因此建议“天平分辨率为 0.01 mg，当称量误差和样品增重满足称量要求时，也可使用分辨率为 0.1 mg 的天平。天平量程应与被称重部件的质量相符。”
2.3、 采样位置和采样点
采样位置和采样点要求按照 GB16157 中 4.2.1.1，但应考虑烟道内支架、钢梁等对气流的影响。GB16157 规定采样孔内径应为 80mm，根据目前仪器实际情况，建议选用内径90-120mm 的采样孔。为保证采样结果的准确性，建议采集平行样。
3、总结
我国测定固定源废气中的颗粒物执行的是GB/T16157-1996标准方法中使用的烟尘采样器，由未加热的滤筒在烟道内过滤颗粒物，该方法只适用于含湿量低、温度较高废气中浓度≥20mg/m?颗粒物的测定。该标准方法沿用至今，近20年来没有变化，而大气污染物排放标准对颗粒物排放限值的要求已从1996年的几百下降到≤30mg/m?，显然方法GB/T16157-1996已经不能适应低浓度(<20mg/m? )颗粒物的测定。本研究从采样方法，采样时间及称量分析着手，建议提高在大流量下等速跟踪废气流速变化的能力；降低样品气体通过过滤器(滤膜)的流速、增加采样时间；采样探头前处理加热，防止样品气体中的水气冷凝、避免因水气结露而发生穿透。此外，建议延长采样时间，采样探头整体称量等方法措施，保证了颗粒物的采集量和减少了称量误差。
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论文作者:李善文
论文发表刊物:《科技中国》2016年6期
论文发表时间:2016/10/17
标签：颗粒物论文; 滤膜论文; 废气论文; 方法论文; 浓度论文; 污染源论文; 烟气论文; 《科技中国》2016年6期论文;