固定源廢氣中細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)試研究及應(yīng)用

周美姣 趙艷 蔣年君 李松濤 俞晨

摘 要：細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5μm的顆粒物，本文通過采用數(shù)量濃度法研究固定污染廢氣中細(xì)顆粒物的排放情況。數(shù)濃度監(jiān)測(cè)法基于電子低壓撞擊器（ELPI）法與稀釋采樣法聯(lián)用技術(shù)測(cè)試固定污染源廢氣中細(xì)顆粒物的排放情況。采取本方法測(cè)試結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7～2.8%，方法的精密度和穩(wěn)定性良好。試驗(yàn)進(jìn)一步證明隨著企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷增加，有組織排放的細(xì)顆粒物數(shù)濃度也隨之增加，并且滿負(fù)荷生產(chǎn)相比停產(chǎn)時(shí)企業(yè)周邊環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物數(shù)濃度含量明顯增加，試驗(yàn)結(jié)果說明工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物的污染有著直接的影響，對(duì)環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物污染防控提供一定建議。

關(guān)鍵詞：細(xì)顆粒物;數(shù)濃度;ELPI法;稀釋采樣法;生產(chǎn)負(fù)荷

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0011-02

0引言

細(xì)顆粒物指空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5μm的顆粒物。細(xì)顆粒物的來源主要有自然源和人為源兩種[1]，但后者危害更大。人為源包括固定源和流動(dòng)源，固定源包括各種燃料燃燒源，如發(fā)電、鋼鐵、石化、印染、建材等各種工業(yè)生產(chǎn)過程中燃煤與燃?xì)饣蛉加团欧诺募?xì)顆粒物。細(xì)顆粒物指數(shù)已經(jīng)成為一個(gè)重要的測(cè)控空氣污染程度的指數(shù)[2]。

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)固定污染源中細(xì)顆粒物數(shù)濃度監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究還非常少[3，4]。本文通過查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)采用新興的ELPI[5]法與稀釋采樣法[6]聯(lián)用技術(shù)對(duì)固定污染源細(xì)顆粒物數(shù)濃度的測(cè)定有一定的適用性。本文選擇常州市某建材生產(chǎn)企業(yè)作為研究對(duì)象，通過試驗(yàn)研究證實(shí)了所選方法對(duì)固定污染源排放的細(xì)顆粒物數(shù)濃度的測(cè)定非常有效。并且通過試驗(yàn)結(jié)果得出了工業(yè)企業(yè)固定源有組織排放廢氣中細(xì)顆粒物數(shù)濃度含量和企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷之間存在一定的相關(guān)性。

1基于ELPI法與稀釋采樣法的細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)定

電子低壓撞擊器法與稀釋采樣法聯(lián)用技術(shù)：煙氣在稀釋采樣系統(tǒng)中經(jīng)歷了模擬煙氣排放到大氣中的稀釋、冷卻、凝結(jié)等過程后，進(jìn)入ELPI系統(tǒng)中，不同粒徑的細(xì)顆粒物被收集在不同級(jí)，在計(jì)算機(jī)上反映出實(shí)時(shí)顆粒物濃度的粒徑分布，采樣時(shí)將煙氣加熱到120℃以上（通常為200℃）以保證煙氣不含有液滴。

本文使用儀器為芬蘭DEKATI公司研發(fā)的靜電低壓撞擊器（ELPI，Electrical Low-Pressure Impaction），包括撞擊器、荷電器、溫度傳感器、沖洗泵等構(gòu)件。其測(cè)量范圍分14級(jí)，前13級(jí)測(cè)量17nm～10μm顆粒，最后一級(jí)為過濾段，測(cè)量6nm～17nm顆粒。因此，本文研究的細(xì)顆粒物（空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5μm）是指后12級(jí)范圍內(nèi)的細(xì)顆粒。本文研究的細(xì)顆粒物數(shù)濃度法以單位體積空氣中含有的細(xì)顆粒個(gè)數(shù)表示，單位以“個(gè)/cm3”表示。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1研究對(duì)象及條件

本文研究對(duì)象為常州市某建材生產(chǎn)企業(yè)，被研究生產(chǎn)工段，主要有兩條生產(chǎn)線。本文選擇該工段生產(chǎn)負(fù)荷分別為半負(fù)荷生產(chǎn)、滿負(fù)荷生產(chǎn)及停產(chǎn)時(shí)在有組織廢氣測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，同時(shí)在該生產(chǎn)工段周邊設(shè)定環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)。

本文現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試周期為連續(xù)三天，采取相同時(shí)間段、相同生產(chǎn)負(fù)荷的情況下，安排現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，以獲取有可比性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2相同條件下細(xì)顆粒物數(shù)濃度排放情況

本文選擇被測(cè)生產(chǎn)工段滿負(fù)荷生產(chǎn)期間、連續(xù)三天測(cè)試固定污染源有組織廢氣中細(xì)顆粒物數(shù)濃度排放情況， 每天選擇15個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對(duì)分析，并以測(cè)試時(shí)間點(diǎn)為橫坐標(biāo)（X軸）、測(cè)試數(shù)濃度作為縱坐標(biāo)（Y軸），繪制了數(shù)濃度結(jié)果變化趨勢(shì)圖（見圖1）。從圖1中可以看出，同一天的不同時(shí)間點(diǎn)的細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較小，趨于穩(wěn)定。而連續(xù)三天的測(cè)試結(jié)果受整體測(cè)試環(huán)境的影響，存在一定的波動(dòng)，但是三天的測(cè)試結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7～2.8%，說明電子低壓撞擊器（ELPI）法與稀釋采樣法聯(lián)用技術(shù)適用于固定污染源廢氣中的細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)定，方法的精密度良好，穩(wěn)定性很好。

2.3不同生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)細(xì)顆粒物數(shù)濃度排放情況

本文選擇被測(cè)試生產(chǎn)工段停產(chǎn)時(shí)、半負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)及滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)、連續(xù)三天測(cè)試固定污染源有組織廢氣中細(xì)顆粒物數(shù)濃度排放情況，每天選擇不同生產(chǎn)負(fù)荷下測(cè)定的15個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分別求平均值，結(jié)果見圖2，從測(cè)定結(jié)果可以看出，停生產(chǎn)時(shí)細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)定結(jié)果范圍為0.76×104～0.84×104，半負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)定結(jié)果范圍為2.1×104～2.4×104，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)定結(jié)果范圍為3.2×104～4.2×104。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷從停產(chǎn)到滿負(fù)荷生產(chǎn)過程中，有組織細(xì)顆粒物數(shù)濃度的排放呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。說明工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷對(duì)細(xì)顆粒物數(shù)濃度的排放濃度有直接影響，隨著生產(chǎn)負(fù)荷增加，細(xì)顆粒數(shù)濃度也隨之增加，二者呈正相關(guān)趨勢(shì)。

2.4不同生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)周邊環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物數(shù)濃度含量

（1）停產(chǎn)時(shí)有組織測(cè)試點(diǎn)和周邊環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)測(cè)試結(jié)果比對(duì)。本文選擇被測(cè)試生產(chǎn)工段停產(chǎn)時(shí)連續(xù)三天測(cè)試有組織測(cè)試點(diǎn)和周邊環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)中細(xì)顆粒物數(shù)濃度情況，每天選擇15個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)分析。停產(chǎn)時(shí)有組織測(cè)試點(diǎn)細(xì)顆粒物數(shù)濃度測(cè)試結(jié)果整體高于周邊環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，原因?yàn)橛薪M織測(cè)試點(diǎn)中細(xì)顆粒受周邊環(huán)境影響擴(kuò)散較小，而周邊環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)中細(xì)顆粒擴(kuò)散較快。

（2）滿負(fù)荷生產(chǎn)、停產(chǎn)時(shí)有組織測(cè)試點(diǎn)和周邊環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)測(cè)試結(jié)果比對(duì)。本文選擇被測(cè)試生產(chǎn)工段滿負(fù)荷生產(chǎn)、停產(chǎn)時(shí)連續(xù)三天測(cè)試有組織測(cè)試點(diǎn)和周邊環(huán)境空氣測(cè)試點(diǎn)中細(xì)顆粒物數(shù)濃度情況，每天選擇15個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分別求平均值，結(jié)果見圖3，從測(cè)定結(jié)果可以看出，企業(yè)滿負(fù)荷生產(chǎn)較停產(chǎn)時(shí)周邊環(huán)境空氣數(shù)濃度結(jié)果增加比例為12.7～20.9%，說明企業(yè)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)相比停產(chǎn)時(shí)對(duì)周邊環(huán)境中細(xì)顆粒物數(shù)濃度的測(cè)定有明顯影響——呈明顯增加趨勢(shì)。