蔣學海++徐璐

摘 要：煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）是監(jiān)測煙氣污染物排放的現(xiàn)代化手段，可以連續(xù)、實時、在線監(jiān)測污染排放源排放煙氣中的顆粒污染物、氣態(tài)污染物的濃度和排放總量，實現(xiàn)監(jiān)測污染物排放總量的目標，在如今的火電廠氣體排放監(jiān)測中廣泛應用。該文通過對CEMS系統(tǒng)原理的分析，進而對其測試儀器采樣系統(tǒng)和分析系統(tǒng)進行改進，得出一套完整的、能對瀝青混合料在攤鋪和碾壓過程中排放的有害氣體進行連續(xù)、實時地監(jiān)測的N-CEMS設備。

關鍵詞：CEMS 瀝青混合料 有害氣體 瀝青煙 監(jiān)測方法

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0087-02

自20世紀50年代以來，我國公路建設快速發(fā)展，交通量日益增大，車速逐漸提高，對路面性能提出了更高的要求。而瀝青路面憑借優(yōu)越的使用性能和行車舒適性，在我國已建成的高級和次高級路面中占了相當大的比重，因此，對瀝青混合料的需求量也大大增加。

但是瀝青混合料的使用會產(chǎn)生各種的有害氣體，根據(jù)國外資料[1]， 瀝青混合料在拌和、攤鋪過程中分別會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫、氧化氮類有害氣體以及瀝青煙，它們在不同程度上影響著我們的生存環(huán)境。特別需要指出的是，瀝青煙中還包含著部分致癌和強致癌物質，對我們的身體健康造成了極大的威脅。

然而對于瀝青混合料有害氣體的排放，卻沒有一個系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)測方法。我們依據(jù)廣泛應用在火電廠氣體排放連續(xù)監(jiān)測的CEMS系統(tǒng)，結合瀝青道路攤鋪過程中排放的有害氣體的特點，構建一個基于CEMS的瀝青混合料有害氣體排放連續(xù)監(jiān)測體系，為不同環(huán)境下瀝青混合料的排放，提供一個科學、定量的分析。

1 CEMS簡介

CEMS即煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（Continuous Emission Monitoring System，簡稱CEMS），主要用于火電廠的煙氣有組織排放連續(xù)監(jiān)測，由煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測試子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、信號輸送通訊系統(tǒng)等組成[7-11]。CEMS通過采樣方式或非采樣方式，測試煙氣中污染物濃度，并同時測試煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流量、煙氣濕度、氧量等參數(shù)，按國家有關標準顯示與記錄，能夠實現(xiàn)污染物排放監(jiān)測的在線性、連續(xù)性、準確性及數(shù)據(jù)處理和輸出打印的完整性[15]。

2 基于CEMS的瀝青混合料有害氣體連續(xù)監(jiān)測方法

針對瀝青混合料施工過程中有害氣體無組織排放特性， 基于原有的CEMS系統(tǒng)，我們去掉信號輸送通訊系統(tǒng)，簡化控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測試子系統(tǒng)，保留氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)，替換煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)為瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)，并另行設計一套適用于無組織排放監(jiān)測的采樣系統(tǒng)，形成N-CEMS（即新型-CEMS）系統(tǒng)結構如圖1所示。

2.1 N-CEMS采樣系統(tǒng)

N-CEMS系統(tǒng)采樣部分主要由一個采樣罩、一個干燥和冷卻結構組成。通過手動操作，在瀝青混合料施工現(xiàn)場選取采樣點進行樣品氣體采集

采樣罩是用于采集和捕捉氣體污染物的裝置，將瀝青在攤鋪和碾壓過程中排放的有害氣體在擴散到大氣之前吸入罩內，進入干燥和冷卻系統(tǒng)，以減少施工現(xiàn)場環(huán)境對排放濃度的影響。同時，采樣罩的設計和構造還考慮了操作的方便和靈活性，適合于多采樣點。

2.2 N-CEMS瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)

瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)主要監(jiān)測瀝青煙濃度。在原有CEMS中，瀝青煙的采樣和監(jiān)測沒有成熟的應用，但是專門對瀝青煙的采樣和檢測已經(jīng)有一定的成果。其主要分析方法有重量法、紫外分光光度法、色譜法等。

重量法[14]是指將瀝青煙收集到已恒重的收集器中，除去水分后，由采樣前后收集器的增量計算瀝青煙的含量。

紫外分光光度法[15-16]是用環(huán)己烷作溶劑，采用紫外分光光度計測量吸收液在固定波長處的吸光度，再通過與標準曲線的矯正，從而得出瀝青煙的濃度。

色譜法是對瀝青煙定性、定量分析的另一個方法，就是氣相色譜–質譜聯(lián)用（GC/MS）技術。氣質聯(lián)用以其用時少、精確度高等優(yōu)點備受人們青睞。氣質聯(lián)用可以對瀝青煙準確無誤的定性和定量，其測定濃度可以達到幾微克。

綜合以上的方法，我們采用色譜法，將其運用到運用到N-CEMS瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)中，讓實現(xiàn)連續(xù)、實時、在線監(jiān)測瀝青煙濃度的功能。

2.3 氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)

氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)采用稀釋采樣法，主要監(jiān)測CO、SO2、NOx等氣體的濃度。圖3為采樣狀態(tài)的流程簡圖。

2.3.1 CO的連續(xù)監(jiān)測方法

CO的連續(xù)監(jiān)測方法主要有非色散紅外吸收法、氣相色譜法兩種。

（1）非色散紅外吸收法：一氧化碳對4.67 nm，4.72 nm二波長處的紅外輻射具有選擇性吸收，在一定波長范圍內，吸收值與一氧化碳的濃度呈線性關系（遵循朗伯—比耳定律），根據(jù)吸收值確定樣品中一氧化碳的濃度。

（2）氣相色譜法：本方法適用于連續(xù)測定空氣中的一氧化碳的濃度。采樣的一氧化碳可經(jīng)色譜柱分離后，進入轉化爐與氫氣反應生成CH4，即

CO+2H2CH4+H2O

而甲烷濃度可由儀器直接測定，從而間接得到一氧化碳濃度。

本論文中對CO的連續(xù)監(jiān)測采用氣相色譜法。

2.3.2 SO2的連續(xù)監(jiān)測方法

SO2的連續(xù)監(jiān)測方法主要有紅外吸收法（NDIR法）、紫外吸收法（UV法）和紫外熒光法三種。

（1）紅外吸收法：通過測量SO2對7.3 μm附近的紅外線吸收量的變化，連續(xù)測定煙氣中SO2的濃度。該方法抗水分、CO 、CO2的干擾能力較弱。

（2）紫外吸收法：通過SO2在280～320 nm附近的紫外光吸收原理進行測定。儀器維修容易，不易受氣流量、水蒸汽、CO2的影響。endprint

（3）紫外熒光法：通過一定波長的紫外光（214 nm）照射到含有SO2的氣樣上，激發(fā)SO2產(chǎn)生熒光，用光電倍增管檢測熒光強度，測定煙氣中的SO2濃度。紫外熒光法受芳香烴和水蒸汽的干擾，適用于芳香烴和水蒸汽干擾可以忽略或消除的場合，較適用于稀釋采樣法。

本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用紫外吸收法。

2.3.3 NOx的連續(xù)監(jiān)測方法

NOx的連續(xù)監(jiān)測方法有紅外吸收法、紫外吸收法、脈沖熒光法和化學發(fā)光法四種。

（1）紅外吸收法：通過測量NO對5.3 μm附近的紅外線吸收量的變化，連續(xù)測定煙氣中NO濃度。NO2是通過還原轉換器轉換成NO再測量。抗水份、CO、CO2、SO2及有機物的干擾能力較弱。

（2）紫外吸收法：通過NO在195～230 nm附近或NO2在350～450 nm附近的紫外光吸收原理進行測定。儀器維修容易，不易受氣流量、水蒸汽、CO2的影響。

（3）脈沖熒光法：采用脈沖紫外光照射到含有NOx的氣樣上，激發(fā)NOx產(chǎn)生熒光，用光電倍增管檢測熒光強度，測定煙氣中的NOx濃度。受芳香烴和水蒸汽的干擾，較適用于稀釋采樣法。

（4）化學發(fā)光法：測量NOx是NO和O3反應產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的NO2，激發(fā)態(tài)的NO2轉為常態(tài)的NO2時，伴隨著光子的發(fā)射，產(chǎn)生化學發(fā)光，測量發(fā)光強度即NO濃度。適用于共存的二氧化碳干擾可以忽略或消除的場合。

本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用脈沖熒光法。

3 結語

基于CEMS系統(tǒng)，去掉信號輸送通訊系統(tǒng)，簡化控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測試子系統(tǒng)，保留氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)，替換煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)為瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)，并另行設計一套適用于無組織排放監(jiān)測的采樣系統(tǒng)，實現(xiàn)了對瀝青混合料有害氣體排放的連續(xù)監(jiān)測。 文中以AC-20瀝青混合料為例，以室內試驗模擬瀝青混合料生產(chǎn)和使用各環(huán)節(jié)中的有害氣體排放實況，對N-CEMS系統(tǒng)的監(jiān)測效果進行評價，同時總結了在拌合、攤鋪、碾壓各環(huán)節(jié)中各類有害氣體的排放特點，發(fā)現(xiàn)各類有害氣體在拌合工序的排放量顯著高于其它工序。對于不同類型的瀝青混合料，具體的排放特性宜做進一步研究。

參考文獻

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[15] 閆向陽，穆曉宇.瀝青煙的紫外分光光度測定[J].北方環(huán)境，2004，29（3）：61-63.endprint

（3）紫外熒光法：通過一定波長的紫外光（214 nm）照射到含有SO2的氣樣上，激發(fā)SO2產(chǎn)生熒光，用光電倍增管檢測熒光強度，測定煙氣中的SO2濃度。紫外熒光法受芳香烴和水蒸汽的干擾，適用于芳香烴和水蒸汽干擾可以忽略或消除的場合，較適用于稀釋采樣法。

本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用紫外吸收法。

2.3.3 NOx的連續(xù)監(jiān)測方法

NOx的連續(xù)監(jiān)測方法有紅外吸收法、紫外吸收法、脈沖熒光法和化學發(fā)光法四種。

（1）紅外吸收法：通過測量NO對5.3 μm附近的紅外線吸收量的變化，連續(xù)測定煙氣中NO濃度。NO2是通過還原轉換器轉換成NO再測量?？顾?、CO、CO2、SO2及有機物的干擾能力較弱。

（2）紫外吸收法：通過NO在195～230 nm附近或NO2在350～450 nm附近的紫外光吸收原理進行測定。儀器維修容易，不易受氣流量、水蒸汽、CO2的影響。

（3）脈沖熒光法：采用脈沖紫外光照射到含有NOx的氣樣上，激發(fā)NOx產(chǎn)生熒光，用光電倍增管檢測熒光強度，測定煙氣中的NOx濃度。受芳香烴和水蒸汽的干擾，較適用于稀釋采樣法。

（4）化學發(fā)光法：測量NOx是NO和O3反應產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的NO2，激發(fā)態(tài)的NO2轉為常態(tài)的NO2時，伴隨著光子的發(fā)射，產(chǎn)生化學發(fā)光，測量發(fā)光強度即NO濃度。適用于共存的二氧化碳干擾可以忽略或消除的場合。

本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用脈沖熒光法。

3 結語

基于CEMS系統(tǒng)，去掉信號輸送通訊系統(tǒng)，簡化控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測試子系統(tǒng)，保留氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)，替換煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)為瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)，并另行設計一套適用于無組織排放監(jiān)測的采樣系統(tǒng)，實現(xiàn)了對瀝青混合料有害氣體排放的連續(xù)監(jiān)測。 文中以AC-20瀝青混合料為例，以室內試驗模擬瀝青混合料生產(chǎn)和使用各環(huán)節(jié)中的有害氣體排放實況，對N-CEMS系統(tǒng)的監(jiān)測效果進行評價，同時總結了在拌合、攤鋪、碾壓各環(huán)節(jié)中各類有害氣體的排放特點，發(fā)現(xiàn)各類有害氣體在拌合工序的排放量顯著高于其它工序。對于不同類型的瀝青混合料，具體的排放特性宜做進一步研究。

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（3）紫外熒光法：通過一定波長的紫外光（214 nm）照射到含有SO2的氣樣上，激發(fā)SO2產(chǎn)生熒光，用光電倍增管檢測熒光強度，測定煙氣中的SO2濃度。紫外熒光法受芳香烴和水蒸汽的干擾，適用于芳香烴和水蒸汽干擾可以忽略或消除的場合，較適用于稀釋采樣法。

本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用紫外吸收法。

2.3.3 NOx的連續(xù)監(jiān)測方法

NOx的連續(xù)監(jiān)測方法有紅外吸收法、紫外吸收法、脈沖熒光法和化學發(fā)光法四種。

（1）紅外吸收法：通過測量NO對5.3 μm附近的紅外線吸收量的變化，連續(xù)測定煙氣中NO濃度。NO2是通過還原轉換器轉換成NO再測量?？顾?、CO、CO2、SO2及有機物的干擾能力較弱。

（2）紫外吸收法：通過NO在195～230 nm附近或NO2在350～450 nm附近的紫外光吸收原理進行測定。儀器維修容易，不易受氣流量、水蒸汽、CO2的影響。

（3）脈沖熒光法：采用脈沖紫外光照射到含有NOx的氣樣上，激發(fā)NOx產(chǎn)生熒光，用光電倍增管檢測熒光強度，測定煙氣中的NOx濃度。受芳香烴和水蒸汽的干擾，較適用于稀釋采樣法。

（4）化學發(fā)光法：測量NOx是NO和O3反應產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的NO2，激發(fā)態(tài)的NO2轉為常態(tài)的NO2時，伴隨著光子的發(fā)射，產(chǎn)生化學發(fā)光，測量發(fā)光強度即NO濃度。適用于共存的二氧化碳干擾可以忽略或消除的場合。

本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用脈沖熒光法。

3 結語

基于CEMS系統(tǒng)，去掉信號輸送通訊系統(tǒng)，簡化控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測試子系統(tǒng)，保留氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)，替換煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)為瀝青煙監(jiān)測子系統(tǒng)，并另行設計一套適用于無組織排放監(jiān)測的采樣系統(tǒng)，實現(xiàn)了對瀝青混合料有害氣體排放的連續(xù)監(jiān)測。 文中以AC-20瀝青混合料為例，以室內試驗模擬瀝青混合料生產(chǎn)和使用各環(huán)節(jié)中的有害氣體排放實況，對N-CEMS系統(tǒng)的監(jiān)測效果進行評價，同時總結了在拌合、攤鋪、碾壓各環(huán)節(jié)中各類有害氣體的排放特點，發(fā)現(xiàn)各類有害氣體在拌合工序的排放量顯著高于其它工序。對于不同類型的瀝青混合料，具體的排放特性宜做進一步研究。

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