低浓度颗粒物监测方法应用及问题研究
朱磊 何明伟
摘要：生态环境为人们提供赖以生存的物资保障，如果被持续污染，将会给人们的生存带来威胁。固定污染源向外界排放废气等有害物质，直接对空气产生作用，给自然环境和人们的生存空间带来危害。对此，需要利用一定的方法监测固定污染源中的低浓度颗粒物，寻找能够解决问题的方法。
关键词：低浓度颗粒物；监测方法；固定污染源
中图分类号：X830.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0181-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.108
Abstract： The ecological environment provides people with material guarantees for survival. If it is continuously polluted， it will threaten peoples survival. Fixed sources emit harmful substances such as exhaust gases to the outside world， which directly affect the air and cause damage to the natural environment and peoples living space. In this regard， certain methods need to be used to monitor the low concentration of particulate matter in stationary sources to find solutions to the problem.
Keywords： low concentration particulate；monitoring method；fixed pollution source
1 现有颗粒物监测方法的比较
在国内，现有对颗粒物浓度进行监测的方法主要有重量法、电荷探针法、红外散射法、浊度法等。这些方法适用于不同情况下的固体颗粒物浓度监测，因此各具优缺点。
1.1 重量法
重量法是监测固体颗粒物浓度的主要方法，因为监测的数据结果精确度较高，而且受到颗粒物的形状、颜色、分布等的影响较小，同时投入成本较低，并不需要太过精密的实验仪器设备，对监测的技术手段要求都较低。但重量法也有其缺点，在采样时，容易受到一些外在因素的影响，如现场测孔的位置的改变、烟道湿度的不同等，都会让重量法监测的精度出现偏差。另外，重量法需要对污染源进行采样收集、称重等步骤，其过程较为繁琐。
1.2 电荷探针法
电荷探针法也是国内现有的对固体颗粒物浓度进行测量的方法，这种方法通过对固体颗粒产生的电荷进行测量，以测定颗粒物的浓度。测量过程中，如果电荷的产生都是固体颗粒相互碰撞产生的，则测量精度会更高，如果测量的电荷还有其他来源，则测量精度会降低。电荷探针测量法的测量精度容易受到空气湿度、温度、气压等的影响，一旦空气温湿度和气压发生改变，则电荷探针测量颗粒物浓度的精确度会相应发生偏差。由于使用电荷探针，探头不能进行任何防腐保护措施，探头一旦受到腐蚀或者有烟尘粘附到探头上，将会对探头的测量精确度造成干扰，测量结果自然不够准确。
1.3 红外散射法
红外散射法在探测颗粒物浓度时较为方便，利用颗粒物对红外线的散射进行测量，测量工具的安装简单易行，测量过程中不会受到空气湿度和气压变化的影响。但红外散射的测量精度容易受到颗粒物的分布、形状、颜色等影响。如果在测量过程中产生二次散射，则测量的精度会有所下降。另外，长时间处于光源下工作，一旦出现光强衰减，也将对测量的精度造成干扰。
1.4 浊度法
对固体颗粒物浓度测量使用浊度法，需要将收集到的测试品处理后同样品进行浊度对比，根据浊度分析固体颗粒物的浓度。这种监测方法不会受到空气温度和气压改变的影响，而且当颗粒物分布均匀时，测量精确度会得到提升，也能消除水分对测量结果的影响。但浊度法监测固体颗粒物浓度时，容易受到光线的干扰：一旦光程太长，发生振动会降低光路的准直度，测量精度有所下降；而测量时光强的衰减也会对测量精度造成干扰。颗粒物的浓度太高或太低，颗粒物的分布不够均匀等，都会影响测量的结果，很容易导致测量精度和标准有极大偏差。另外，如果烟气中存在水蒸气，也会影响到测量的精度。
2 重量法中影响测量精度的常见问题
由于重量法在测量固定污染源颗粒物浓度时不会受到颗粒物的形状、颜色、分布等的影响，对实验设备、监测工艺等的要求也较低，投入成本比较少，因此是多数监测站使用的监测方法。并且这种测量方法有较高的精确度，对监测结果影响较小。但在使用重量法监测颗粒物浓度过程中，由于各种因素，依然会导致一些问题的出现，影响测量的精度。
2.1 在采样中出现影响测量精度问题
由于重量法的采样需要利用滤筒，因此在使用滤筒时容易出现问题。目前使用的滤筒多用刚玉、石英纤维、混合纤维素、玻璃纤维、四氟乙烯等材料制成，使用过程中，由于材料的原因，将会出现热损失，给测量结果带来不利影响；也有因为烟气中的成分与滤筒材料发生化学反应，影响了测量结果的精确性。另外，滤筒的机械强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐压、耐湿等特性并不满足滤筒负载量变化在重量法中的要求，以至对测量精度产生影响。如采集的浓度较低，需要加大采气量，此时滤筒的机械强度如果不够，将会因颗粒物速度过快而穿破滤筒。
如果采样中含有硫酸雾、氯化氢等气体，在测量时发现滤筒偏硬，则可能滤筒中附着着碱液或硫酸盐。可以对滤筒加水稀释搅拌溶解，测量稀释液的pH值和电导率。如果pH值大于7，则有说明滤筒中有碱液存在；如果电导率明显偏大，则说明滤筒中有硫酸盐存在。在采样前，需要对采样嘴进行清洁，避免污染物附着在采样嘴上，导致滤筒口被污染进而造成测量时的误差。但在常规监测时，如果任务过多，采样前不断对采样嘴进行清洁，这回使采样工作的步骤过于繁琐，不便在现场及时操作。如現场没有可以提供洗脱的空间，也容易带入颗粒物，影响后续的测量结果。采样的废气中如果含有大量水分，将会对采样造成干扰。废气中如果水分较多，在较高的温度下呈现气体状态。当进行采样时，水气会遇冷凝结，附着在采样嘴和滤筒上，对采样非常不利。而且附着的水分还可能融入低浓度颗粒物，对后续的称量造成影响。
2.2 在称重过程中出现影响测量精度的问题
在采集样品过程中，由于使用的滤筒并不能完全一致，导致滤筒之间也存在着差距；且滤筒的自重较大，在对颗粒物进行采集时，难以确定准确的采样量，导致称量时的准确度会受到一定的影响。
由于称重法在监测颗粒物浓度时需要经过准备、采集、测量等多个阶段，整个过程不能再很快完成，有时会经历几天的时间，如果存在气温、湿度、气压等的影响，将会干扰到称重测量结果的精确性。另外，测量天平在测量时也难以做到完全精确，很容易产生称量误差，因此低浓度颗粒物的称量结果会在一定程度上受到干扰。
3 有效解决重量法影响测量精度问题的措施
根据《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》（HJ836-2017）的标准，对固定污染源中低浓度颗粒物的重量法进行了新的规定，适用于燃煤、燃油、燃气的锅炉以及冶金化工、工业窑炉等其他固定污染源废弃中颗粒物的测定。为了避免原有的重量法中出现影响测量精度的问题，新的规定给出了一些能够有效解决问题的措施。
3.1 采样头与滤膜一体化
对固定污染源废气进行采样的采样头由前弯管、滤膜、不锈钢拖网、密封铝圈组成。前弯管、滤膜和不锈钢拖网通过密封铝圈装配在一起。滤膜的材质应该为石英或聚四氟乙烯，不能同废气中的化合物发生化学反应，并且热稳定性强。滤膜的直径为47±0.25mm，在最大期望流速下，滤膜能够对直径为0.3μm粒子的捕集效率在99.5%以上，对直径为0.6μm的粒子捕集率在99.9%以上。采样头的前弯管表面应该平滑，尽量没有连接点，内表面方便清洁。安装好的采样头需要密封好，在存储和运输的过程中单独存放，避免发生污染。由于采样头和滤膜一体化，代替了原有的滤筒采集，可以克服滤筒称重时容易出现的误差，让测量结果更精确。
3.2 采样过程加热
采样时，应该按照仪器的操作方法平行自动采样。采样过程中，应该保持采样嘴的吸气速度和测定点的气流速度应相等，尽量减小误差。为了防止采样的废气中含有水分对采样的干扰，采样全程需要进行加热，以清除所采样品中的水分。开启采样头固定装置上的加热功能，保持均匀加热，温度应该在110℃以下，避免对采样造成干扰。
4 结束语
随着经济的发展，人们对环境质量的需求也越来越高，环保意识在逐步增强。对于固体颗粒污染物的监测和分析，能够对治理环境污染起到有效的作用。现阶段采用的重量法对低浓度颗粒物的监测依然存在一定的问题，导致测量精度存在一定的偏差。因此，需要采取有效手段提升重量法的监测精度，为控制和治理环境问题提供有效帮助。
参考文献
[1]李兴华，段雷，郝吉明等.固定燃烧源颗粒物稀释采样系统的研制与应用[J].环境科学学报，2008，28（3）：458-463.
[2]孙炎婧，胡敏.大气固定污染源低浓度颗粒物采样及分析技术研究进展[J].环境监测管理与技术，2008，20（6）：13-15.
[3]梁云平.固定源低浓度颗粒物检测技术现状与思考[J].中国环境监测，2013，29（5）：161-164.
[4]减少称量波动 提高测定准确度[N]. 中国环境报，2018-01-22（005）.
收稿日期：2018-05-04
作者簡介：朱磊（1986-），男，本科，工程师，研究方向为环境科学。
摘要：生态环境为人们提供赖以生存的物资保障，如果被持续污染，将会给人们的生存带来威胁。固定污染源向外界排放废气等有害物质，直接对空气产生作用，给自然环境和人们的生存空间带来危害。对此，需要利用一定的方法监测固定污染源中的低浓度颗粒物，寻找能够解决问题的方法。
关键词：低浓度颗粒物；监测方法；固定污染源
中图分类号：X830.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0181-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.108
Abstract： The ecological environment provides people with material guarantees for survival. If it is continuously polluted， it will threaten peoples survival. Fixed sources emit harmful substances such as exhaust gases to the outside world， which directly affect the air and cause damage to the natural environment and peoples living space. In this regard， certain methods need to be used to monitor the low concentration of particulate matter in stationary sources to find solutions to the problem.
Keywords： low concentration particulate；monitoring method；fixed pollution source
1 现有颗粒物监测方法的比较
在国内，现有对颗粒物浓度进行监测的方法主要有重量法、电荷探针法、红外散射法、浊度法等。这些方法适用于不同情况下的固体颗粒物浓度监测，因此各具优缺点。
1.1 重量法
重量法是监测固体颗粒物浓度的主要方法，因为监测的数据结果精确度较高，而且受到颗粒物的形状、颜色、分布等的影响较小，同时投入成本较低，并不需要太过精密的实验仪器设备，对监测的技术手段要求都较低。但重量法也有其缺点，在采样时，容易受到一些外在因素的影响，如现场测孔的位置的改变、烟道湿度的不同等，都会让重量法监测的精度出现偏差。另外，重量法需要对污染源进行采样收集、称重等步骤，其过程较为繁琐。
1.2 电荷探针法
电荷探针法也是国内现有的对固体颗粒物浓度进行测量的方法，这种方法通过对固体颗粒产生的电荷进行测量，以测定颗粒物的浓度。测量过程中，如果电荷的产生都是固体颗粒相互碰撞产生的，则测量精度会更高，如果测量的电荷还有其他来源，则测量精度会降低。电荷探针测量法的测量精度容易受到空气湿度、温度、气压等的影响，一旦空气温湿度和气压发生改变，则电荷探针测量颗粒物浓度的精确度会相应发生偏差。由于使用电荷探针，探头不能进行任何防腐保护措施，探头一旦受到腐蚀或者有烟尘粘附到探头上，将会对探头的测量精确度造成干扰，测量结果自然不够准确。
1.3 红外散射法
红外散射法在探测颗粒物浓度时较为方便，利用颗粒物对红外线的散射进行测量，测量工具的安装简单易行，测量过程中不会受到空气湿度和气压变化的影响。但红外散射的测量精度容易受到颗粒物的分布、形状、颜色等影响。如果在测量过程中产生二次散射，则测量的精度会有所下降。另外，长时间处于光源下工作，一旦出现光强衰减，也将对测量的精度造成干扰。
1.4 浊度法
对固体颗粒物浓度测量使用浊度法，需要将收集到的测试品处理后同样品进行浊度对比，根据浊度分析固体颗粒物的浓度。这种监测方法不会受到空气温度和气压改变的影响，而且当颗粒物分布均匀时，测量精确度会得到提升，也能消除水分对测量结果的影响。但浊度法监测固体颗粒物浓度时，容易受到光线的干扰：一旦光程太长，发生振动会降低光路的准直度，测量精度有所下降；而测量时光强的衰减也会对测量精度造成干扰。颗粒物的浓度太高或太低，颗粒物的分布不够均匀等，都会影响测量的结果，很容易导致测量精度和标准有极大偏差。另外，如果烟气中存在水蒸气，也会影响到测量的精度。
2 重量法中影响测量精度的常见问题
由于重量法在测量固定污染源颗粒物浓度时不会受到颗粒物的形状、颜色、分布等的影响，对实验设备、监测工艺等的要求也较低，投入成本比较少，因此是多数监测站使用的监测方法。并且这种测量方法有较高的精确度，对监测结果影响较小。但在使用重量法监测颗粒物浓度过程中，由于各种因素，依然会导致一些问题的出现，影响测量的精度。
2.1 在采样中出现影响测量精度问题
由于重量法的采样需要利用滤筒，因此在使用滤筒时容易出现问题。目前使用的滤筒多用刚玉、石英纤维、混合纤维素、玻璃纤维、四氟乙烯等材料制成，使用过程中，由于材料的原因，将会出现热损失，给测量结果带来不利影响；也有因为烟气中的成分与滤筒材料发生化学反应，影响了测量结果的精确性。另外，滤筒的机械强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐压、耐湿等特性并不满足滤筒负载量变化在重量法中的要求，以至对测量精度产生影响。如采集的浓度较低，需要加大采气量，此时滤筒的机械强度如果不够，将会因颗粒物速度过快而穿破滤筒。
如果采样中含有硫酸雾、氯化氢等气体，在测量时发现滤筒偏硬，则可能滤筒中附着着碱液或硫酸盐。可以对滤筒加水稀释搅拌溶解，测量稀释液的pH值和电导率。如果pH值大于7，则有说明滤筒中有碱液存在；如果电导率明显偏大，则说明滤筒中有硫酸盐存在。在采样前，需要对采样嘴进行清洁，避免污染物附着在采样嘴上，导致滤筒口被污染进而造成测量时的误差。但在常规监测时，如果任务过多，采样前不断对采样嘴进行清洁，这回使采样工作的步骤过于繁琐，不便在现场及时操作。如現场没有可以提供洗脱的空间，也容易带入颗粒物，影响后续的测量结果。采样的废气中如果含有大量水分，将会对采样造成干扰。废气中如果水分较多，在较高的温度下呈现气体状态。当进行采样时，水气会遇冷凝结，附着在采样嘴和滤筒上，对采样非常不利。而且附着的水分还可能融入低浓度颗粒物，对后续的称量造成影响。
2.2 在称重过程中出现影响测量精度的问题
在采集样品过程中，由于使用的滤筒并不能完全一致，导致滤筒之间也存在着差距；且滤筒的自重较大，在对颗粒物进行采集时，难以确定准确的采样量，导致称量时的准确度会受到一定的影响。
由于称重法在监测颗粒物浓度时需要经过准备、采集、测量等多个阶段，整个过程不能再很快完成，有时会经历几天的时间，如果存在气温、湿度、气压等的影响，将会干扰到称重测量结果的精确性。另外，测量天平在测量时也难以做到完全精确，很容易产生称量误差，因此低浓度颗粒物的称量结果会在一定程度上受到干扰。
3 有效解决重量法影响测量精度问题的措施
根据《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》（HJ836-2017）的标准，对固定污染源中低浓度颗粒物的重量法进行了新的规定，适用于燃煤、燃油、燃气的锅炉以及冶金化工、工业窑炉等其他固定污染源废弃中颗粒物的测定。为了避免原有的重量法中出现影响测量精度的问题，新的规定给出了一些能够有效解决问题的措施。
3.1 采样头与滤膜一体化
对固定污染源废气进行采样的采样头由前弯管、滤膜、不锈钢拖网、密封铝圈组成。前弯管、滤膜和不锈钢拖网通过密封铝圈装配在一起。滤膜的材质应该为石英或聚四氟乙烯，不能同废气中的化合物发生化学反应，并且热稳定性强。滤膜的直径为47±0.25mm，在最大期望流速下，滤膜能够对直径为0.3μm粒子的捕集效率在99.5%以上，对直径为0.6μm的粒子捕集率在99.9%以上。采样头的前弯管表面应该平滑，尽量没有连接点，内表面方便清洁。安装好的采样头需要密封好，在存储和运输的过程中单独存放，避免发生污染。由于采样头和滤膜一体化，代替了原有的滤筒采集，可以克服滤筒称重时容易出现的误差，让测量结果更精确。
3.2 采样过程加热
采样时，应该按照仪器的操作方法平行自动采样。采样过程中，应该保持采样嘴的吸气速度和测定点的气流速度应相等，尽量减小误差。为了防止采样的废气中含有水分对采样的干扰，采样全程需要进行加热，以清除所采样品中的水分。开启采样头固定装置上的加热功能，保持均匀加热，温度应该在110℃以下，避免对采样造成干扰。
4 结束语
随着经济的发展，人们对环境质量的需求也越来越高，环保意识在逐步增强。对于固体颗粒污染物的监测和分析，能够对治理环境污染起到有效的作用。现阶段采用的重量法对低浓度颗粒物的监测依然存在一定的问题，导致测量精度存在一定的偏差。因此，需要采取有效手段提升重量法的监测精度，为控制和治理环境问题提供有效帮助。
参考文献
[1]李兴华，段雷，郝吉明等.固定燃烧源颗粒物稀释采样系统的研制与应用[J].环境科学学报，2008，28（3）：458-463.
[2]孙炎婧，胡敏.大气固定污染源低浓度颗粒物采样及分析技术研究进展[J].环境监测管理与技术，2008，20（6）：13-15.
[3]梁云平.固定源低浓度颗粒物检测技术现状与思考[J].中国环境监测，2013，29（5）：161-164.
[4]减少称量波动 提高测定准确度[N]. 中国环境报，2018-01-22（005）.
收稿日期：2018-05-04
作者簡介：朱磊（1986-），男，本科，工程师，研究方向为环境科学。
