耿曄，孫開爭，杜天君

(山東省濟南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟南 250101)

近年來，津京冀及周邊地區(qū)霧霾天氣頻發(fā)，固定污染源排放的顆粒物作為環(huán)境空氣可吸收顆粒物(PM10)、細顆粒物(PM2.5)的重要來源，越來越引起社會的關注[1]。為有效控制污染源的排放，加強源頭控制，自2017年原環(huán)境保護部發(fā)布了《關于加快重點行業(yè)重點地區(qū)的重點排污單位自動監(jiān)控工作的通知》(環(huán)辦環(huán)監(jiān)〔2017〕61號)后，環(huán)境空氣顆粒物連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)開始安裝聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)原山東省環(huán)境保護廳印發(fā)的《關于進一步做好全省重點污染源自動監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)工作的通知》(魯環(huán)辦函〔2016〕174號)和原濟南市環(huán)境保護局印發(fā)的《關于進一步做好廢氣污染源顆粒物監(jiān)測工作的通知》(魯環(huán)明傳〔2016〕14號)，濟南市加快顆粒物污染源在線監(jiān)測設備的聯(lián)網(wǎng)驗收進度，截至2019年6月底，濟南市污染源顆粒物自動監(jiān)控設備已聯(lián)網(wǎng)并完成驗收共計305臺套?，F(xiàn)對濟南市已安裝聯(lián)網(wǎng)的305臺套顆粒物自動監(jiān)測設備的測量方法原理、參比方法比對數(shù)據(jù)進行分析，總結規(guī)律，保證自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，為打好污染防治攻堅戰(zhàn)和生態(tài)環(huán)境保護提供技術支撐。

1 顆粒物自動監(jiān)測設備安裝現(xiàn)狀

濟南市現(xiàn)已安裝的305臺套顆粒物自動監(jiān)測設備涵蓋火電、碳素、化工、建材、鋼鐵、垃圾焚燒等6大行業(yè)類別，包含：FWE 200(西克麥哈克儀器有限公司)、181 WS(英國PCME公司)、SBF 800(德國杜拉革公司)、LFS1000-MO(安榮信科技有限公司)、Model 2030(北京雪迪龍科技股份有限公司)、P-5C(廈門格瑞斯特環(huán)?？萍加邢薰?等6個品牌型號。55.6%的企業(yè)選擇安裝國產(chǎn)品牌安榮信的設備；2家垃圾焚燒企業(yè)分別安裝了雪迪龍和廈門格瑞斯特品牌的設備，占比分別為1.1%和4.5%。3家進口品牌西克麥哈克、PCME和杜拉格分別有8.9%，8.9%，12.1%的企業(yè)選擇。

2 顆粒物自動監(jiān)測設備測量原理

顆粒物自動監(jiān)測設備從測量原理方面劃分，主要分為5類：不透明法光衰減顆粒物測定儀(濁度儀)、光散射法顆粒物測定儀、β射線吸收法顆粒物測試儀、光閃爍法顆粒物測定儀[1]和接觸起電法顆粒物測定儀(電荷法)[2]。

顆粒物自動監(jiān)測設備從測量方式方面劃分，主要分為：直接監(jiān)測(適用于干煙氣)和抽取后監(jiān)測(適用于濕煙氣)[3]。顆粒物直接監(jiān)測的方法有：光學透射法、光學散射法(前散射、后散射)、電荷法。顆粒物抽取后監(jiān)測的方法有：直接抽取前向散射法、稀釋加熱抽取前向散射法和β射線法。

濟南市現(xiàn)已安裝的6個品牌的產(chǎn)品均屬于光散射法。其中采用激光前向散射測量方法的品牌有：西克麥哈克、安榮信、杜拉格、PCME；激光后向散射測量方法有：雪迪龍和格瑞斯特。其中SBF 800設備屬于稀釋加熱抽取前向散射法，F(xiàn)WE 200、LFS1000-MO和181 WS屬于直接抽取加熱前向散射法。

顆粒物光散射法的測量原理為：光源發(fā)出的光線定向地朝著顆粒物射去時，顆粒物又散射光線，從而改變了入射光的方向，在一定角度范圍內(nèi)光敏器件接收散射光的強度，散射光集聚接受轉換成電信號，計算出顆粒物濃度。散射光的強度與顆粒物的粒徑、折射率、形狀、入射光的波長等因素有關[4]。

直接抽取前向散射法是將煙道中煙氣抽取后，在后端通過加熱腔對抽取的氣體進行高溫加熱，最終使用前向散射原理的煙塵儀對煙氣顆粒物進行測量[5]。稀釋加熱抽取前向散射法相比直接抽取前向散射法，多了一個稀釋氣加熱功能，在采樣的同時預先加熱稀釋氣，稀釋氣按一定比例與采樣氣體在插入煙道的采樣嘴處進行混合，同時采樣探桿也全程高溫加熱，這樣可以有效迅速地將濕煙氣變?yōu)楦蔁煔?，最后用前向散射法的煙塵儀對顆粒物進行測量。

3 顆粒物自動監(jiān)測設備技術考核

3.1 考核對象及頻次

濟南市工業(yè)結構以重工業(yè)為主，火電、建材、鋼鐵和碳素行業(yè)占比較重。根據(jù)濟南市工業(yè)行業(yè)占比和顆粒物監(jiān)測儀的市場安裝率的分布，選擇重點行業(yè)中安裝率較高的幾個品牌作為評價對象。以手工比對的方式對監(jiān)測儀器進行考核，顆粒物監(jiān)測濃度準確度考核頻次為12次，零點漂移和量程漂移的考核頻次為3次。

3.2 考核判定標準

根據(jù)《固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ 75—2017)要求，對顆粒物監(jiān)測設備的顆粒物監(jiān)測濃度的準確度、零點漂移和量程漂移進行考核[6]，技術指標見表1。

表1 顆粒物考核技術指標①

3.3 考核方法

使用青島嶗應3012H-D大流量低濃度煙氣/氣測試儀，按照《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法》(HJ 836—2017)，同步監(jiān)測的顆粒物排放濃度作為手工參比方法值[7]，與同時段顆粒物自動監(jiān)測值進行數(shù)據(jù)比對，并利用Excel軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

3.4 考核結果

3.4.1 鋼鐵行業(yè)

監(jiān)測點位為濟南市某鋼鐵廠2號出鐵場排口。該監(jiān)測點安裝英國PCME煙塵儀181WS型激光前向散射顆粒物監(jiān)測設備，考核結果見圖1。顆粒物監(jiān)測儀器零點漂移和量程漂移最大值分別為最大量程(200 mg/m3)的0.05%和0.1%，顆粒物濃度采用顆粒物排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)法和手工參比方法絕對誤差在-2.72～-2.04 mg/m3，符合《HJ 75—2017》中對零點漂移、量程漂移和顆粒物濃度值的要求。

圖1 濟南市某鋼鐵廠考核結果

3.4.2 建材行業(yè)

監(jiān)測點位為濟南市某水泥廠2號窯尾排口。該監(jiān)測點安裝安榮信LFS1000-MO型激光前向散射顆粒物監(jiān)測設備，考核結果見圖2。顆粒物監(jiān)測儀器零點漂移和量程漂移最大值分別為最大量程(100 mg/m3)的0.09 %和0.1 %，顆粒物濃度準確度絕對誤差在-2.09～-0.21 mg/m3，符合《HJ 75—2017》中對零點漂移、量程漂移和顆粒物濃度值的要求。

圖2 濟南市某水泥廠考核結果

3.4.3 碳素行業(yè)

監(jiān)測點位為濟南市某碳素廠2號焙燒爐排口。該監(jiān)測點安裝安榮信LFS1000-MO型激光前向散射顆粒物監(jiān)測設備，考核結果見圖3。顆粒物監(jiān)測儀器零點漂移和量程漂移最大值分別為該儀器最大量程(100 mg/m3)的0.09%和0.1%，顆粒物濃度準確度絕對誤差在-0.05～1.85 mg/m3，符合《HJ 75—2017》中對零點漂移和量程漂移和顆粒物濃度值的要求。

圖3 濟南市某碳素廠焙燒爐考核結果

3.4.4 火電行業(yè)

火電行業(yè)選擇2個點位進行考核，第1個監(jiān)測點位為濟南市某燃煤電廠3#機組排口。該監(jiān)測點安裝雪迪龍Model2030型后向散射顆粒物監(jiān)測設備，考核結果見圖4。顆粒物監(jiān)測儀器零點漂移和量程漂移最大值分別為該儀器最大量程(200 mg/m3)的1.65%和0.6%，顆粒物濃度準確度絕對誤差在-2.2～7.0 mg/m3，除量程漂移外，零點漂移和濃度絕對誤差均不符合《HJ 75—2017》中對零點漂移和顆粒物濃度值的要求。

圖4 濟南市某燃煤電廠3#機組考核結果

第2個監(jiān)測點位為濟南市某熱電廠1#、2#排口。該監(jiān)測點安裝杜拉格SBF-800型激光前向散射顆粒物監(jiān)測設備，考核結果見圖5。顆粒物監(jiān)測儀器零點漂移和量程漂移最大值分別為該儀器最大量程(100 mg/m3)的0.00%和0.19%，顆粒物濃度準確度絕對誤差在-3.55～-1.38 mg/m3，符合《HJ 75—2017》中對零點漂移、量程漂移和顆粒物濃度值的要求。

圖5 濟南市某熱電廠1#、2#排口考核結果

4 討論

由考核結果可見，4種激光前向散射法顆粒物自動監(jiān)測設備與手工監(jiān)測比對結果符合性較好，比對結果均符合相關規(guī)范要求。通過帶有加熱功能的采樣頭和管路將氣體噴射入分析單元光室內(nèi)，較好地降低了煙道中水滴對測量結果的影響，同時上述監(jiān)測設備均具備定時反吹功能，實現(xiàn)對測量光室的零點和滿量程的自動校準，設備穩(wěn)定性較好，數(shù)據(jù)波動較小。而激光后向散射法顆粒物自動監(jiān)測設備與手工監(jiān)測比對結果符合性較差，零點漂移達到了3.3%，12組濃度絕對誤差比對數(shù)據(jù)中有8組數(shù)據(jù)超過考核標準，主要因其測量光束為后向散射，光束易受煙道中煙氣溫度分布不均或煙道震動影響，使其折射率發(fā)生變化，造成測量結果誤差較大。

研究選取的火電、鋼鐵、建材和碳素幾個重點行業(yè)的生產(chǎn)燃料主要為煤炭，其配套建設的環(huán)保凈化設施均已完成超低排放改造，主要凈化工藝為濕法脫硫+選擇性非催化還原(SNCR)脫硝+濕電除塵。這種凈化工藝的特點是污染物凈化效率較高，但外排煙氣溫度低于60℃，煙氣濕度較大，煙道中容易形成水霧狀滴液，自動監(jiān)測設備采樣頭和采樣管路若沒有全程加熱設備會造成冷凝水聚集的現(xiàn)象[8]。根據(jù)《區(qū)域性大氣污染物綜合排放標準》(DB 37/2376—2019)，完成超低排放改造的企業(yè)顆粒物執(zhí)行5或10 mg/m3的排放標準，這就對顆粒物自動監(jiān)測設備的準確度和穩(wěn)定性提出了較高的要求。激光前向散射法顆粒物自動監(jiān)測設備因適用于高濕度低量程環(huán)境，測量精度高，在濟南市的適用性更好。目前國內(nèi)碳素行業(yè)安裝顆粒物在線監(jiān)測設備的企業(yè)較少，前向散射法顆粒物在線設備在碳素行業(yè)能否長期保持穩(wěn)定性待進一步考證。

5 建議

(1)目前濟南市已安裝的顆粒物自動監(jiān)測設備在校準時所用零氣多為環(huán)境空氣，受測量環(huán)境影響較大，建議改為高純氮氣校零。

(2)技術考核僅對顆粒物自動監(jiān)測設備量程區(qū)間中的低濃度區(qū)間進行手工比對，未對中、高濃度區(qū)間進行比對，下一步可將中濃度和高濃度區(qū)間作為研究重點[7]。

(3)碳素行業(yè)焙燒爐、煅燒爐排放的特征污染物中含有瀝青煙和苯并(α)芘等易結晶成分，采樣探頭應及時清理，否則易對顆粒物分析結果造成影響。

(4)根據(jù)顆粒物自動監(jiān)測設備的測量原理，大部分顆粒物自動監(jiān)測設備可以通過修改斜率和截距的數(shù)值對原始數(shù)據(jù)進行校正，且很多儀器可以遠程修改斜率和截距參數(shù)值。建議加強數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭討B(tài)管控[9]，增加二級甚至三級加密門禁，確保自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性、有效性。