固定源排放数浓度颗粒物采样方法的研究进展

固定源排放数浓度颗粒物采样方法的研究进展

马维维

江苏省徐州环境监测中心 221000

摘要：随着人们生活水平的提高，对环境保护的要求也越来越高。中国的大气环境问题变得越来越严重，导致各行各业对区域霾污染给与了高度的关注，雾霾污染主要是由于大气中颗粒物（PM2.5）的增加所致。由于其粒径小，在空气中的停留时间长，并且容易通过呼吸进入人体血液循环，因此细颗粒物为人体健康带来严重的风险及造成极大的危害。

关键词：固定源排放数浓度颗粒物；采样方法；研究进展

引言

大气固定源排放控制管理一直是我国大气污染防治工作的重中之重。我国自1973年颁布《工业“三废”排放试行标准》控制锅炉烟尘污染以来，大气污染防治政策体系得到了不断的完善。经过45年的发展，我国大气污染防治从简单的污染源末端控制转向综合污染防治，环境影响评价、排放标准、总量控制、环境保护税、排污许可证等政策手段的实施在一定程度上改善了部分地区的环境空气质量，但空气质量并未实现根本性好转，全国范围城市雾霾事件频发，空气污染形势依然严峻。

1重要性

近年来，随着经济和城市化的迅速发展，我国大气污染问题日益严重。在我国人口密集的京津冀地区，2015年重度污染及以上的天数占全年的9.2%，特别是冬季城市的污染状况十分严峻。国家环保部于2012年颁布了新的空气质量标准，但其评价结果依然存在与公众主观感观不一致的情况，需要进一步完善我国环境质量评价体系和方法，提高环境管理水平。国外在20世纪80年代建立了健康风险评价的基本程序，经过30年的发展建立了500多种污染物的风险库(IRIS库)，并将其应用于对区域环境质量的评价中。我国在这方面的发展尚处于起步阶段，2017年刚刚颁布了针对人群健康的现场调查技术规范，但尚未给出针对建设项目的大气环境健康风险评价方法。2014年开拓性地将AERMOD模型与健康风险评价方法联合使用，评估了火电厂排放污染物对周围人群健康的影响。2016年首次利用AERMOD模型建立了固定源排放污染物的健康风险评价方法，可直接预测区域人群健康风险，为将健康风险评价引入建设项目环评提供了技术方法。环境影响评价作为一种规划层面上的方法与制度，体现了预防为主的原则;健康风险评价作为一种评估人群健康风险的方法，其根本目的是保障人群的健康。目前环境影响评价中的风险评价板块只是针对物质泄漏过程中人身安全与环境损害程度进行评价，并未考虑长期暴露于污染大气中对人群健康的影响。

2固定源排放数浓度颗粒物采样方法

2.1基于ELPI的颗粒物粒数浓度的测量

近些年来，我国已经有很多的学者把先进的ELPI法和稀释采样法联用对固定源PM2.5数浓度颗粒物进行测量。通常他们认为越小的颗粒物粒径，就会具备越大的表面积。由于其具备很大的表面积和强大的吸附能力，因此，其吸收了大量的有毒有害物质与微生物，进而具备了更强的毒性和危害性。国内外学者不但对数浓度颗粒物的质量浓度给与了高度重视，还提高了对数浓度颗粒物粒数浓度。粒径分布与其特征的探究。通过芬兰Dekati企业研究开发的荷电低压电被称作撞击分级采样器，其实质就是一种串级颗粒物惯性撞击式分级切割采样器。现阶段，已经在测试大气环境、固定污染源废弃、汽车尾气等数浓度颗粒物的浓度研究及径粒分布与其特点研究中得以广泛的应用。其主要的工作原理就是：带电的气溶胶颗粒由电晕放电器带电，并通过撞击法将样品分为12级进行采集，分级之后可以通过精密的电子仪表实时地在各个级别中的带电颗粒物进行测量，并把测得的电荷量信号当做数浓度颗粒物的浓度，然后可以有效分析出粒子粒数粒径度的主要分布。ELPI+一般和数浓度颗粒物混合稀释系统互相结合的进行运用，相关文献和实验结果表明，烟气稀释和数浓度颗粒物针对粒数浓度和粒径的主要分布进行对比分析，结果显示，稀释的比例越大，数浓度颗粒物的数量就会越多，为此，通过ELPI+加强颗粒物的粒数浓度与粒径主要分布情况展开探究分析的过程中，应该对有关影响因素进行充分考虑。

2.2环境影响评价

环境影响评价制度，最早是由美国确立的命令控制型政策手段，在我国已有30年的发展历史。与其他环境政策手段相比，环境影响评价无论从立法依据还是政策实施条件来看，都具有较为系统和完善的政策体系。最新的《环境影响评价法》自2016年9月1日起开始实施，根据国家环保统计数据可知，自2003年以来我国每年建设项目环评执行率都高于99%，政策得到了比较好的贯彻和落实。但我国环境影响评价的主要问题是公平性和回应性不足，信息公开程度不够，公众参与缺乏足够的积极性和理性，也缺少细化的公众参与程序和内容规定。其次，目前的环评只能基本保障新建项目在验收时具备“初步达标排放”的能力，无法保证在日后的环境管理中实现“连续稳定达标排放”。环评通过后，排污企业是否按照环评中的承诺进行污染治理和减排，建成的减排设施是否能正常运行，亟需后续的政策手段即排污许可证予以规定，并作为核查的依据。虽然目前我国已经颁布出台《关于做好环境影响评价制度与排污许可制衔接相关工作的通知》，但两者融合管理的实施效果如何还需进一步检验。

3.3设计固定源稀释通道采样设备的原理与考虑因素

为了克服上述烟尘采样技术的缺点，在20世纪80－90年代美国的研究者率先开发了烟气稀释通道采样方法。20世纪80年代中期以前稀释采样方法关注于燃烧源排放颗粒物的质量浓度，而后考虑到颗粒物的健康效应，才关注燃烧源排放颗粒物的粒径和化学组成。烟气稀释通道采样方法的原理是将高温烟气在稀释通道内用洁净空气进行稀释，并冷却至大气环境温度，稀释冷却后的混合气体进入采样舱，停留一段时间后颗粒物被采样器按一定粒度捕集。该方法模拟烟气排放到大气中几秒到几分钟内的稀释、冷却、凝结等过程，捕集的颗粒物可近似认为是燃烧源排放的一次颗粒物，包括一次固态颗粒物和一次凝结颗粒物。稀释采样由于消除了烟气温度高、湿度大、颗粒物浓度高和其他气体的影响，使得燃烧源采样方法得以简化，同时扩大了滤膜的使用范围，Nylon和Teflon滤膜也可以应用，也简化和扩大了化学物种的测量范围，同时也使更先进的气溶胶测量设备在燃烧源中的应用成为可能。固定源稀释通道采样设备在设计时应考虑以下几个因素：（1）稀释比应足够大以保证采样设备能最大程度模拟烟气在大气环境中的演化过程，同时稀释管道应足够长以保证烟气与洁净空气能充分混合。（2）所用材料应对采集样品的污染最小，耐烟气腐蚀。（3）采样设备能提供足够的停留时间以保证颗粒物的凝结、成核。（4）烟气中颗粒物和气体的损失最小，管道直径应尽可能的大以防止烟气在管壁上沉积。

结语

燃烧源是一次颗粒物和形成二次颗粒物的气态前体物的重要来源。受烟气高温、高湿和颗粒物组成复杂性的影响，采样条件如采样温度、稀释比、停留时间等对颗粒物的粒径分布和粒数浓度都有很大影响。现有的燃烧源排放清单对于空气质量模拟和管理是不充分的，且存在很大的不确定性，稀释采样为建立统一的广泛适用的固定源采样方法，修正和更新源排放因子提供了可靠的技术支持。尽管多种固定源稀释采样设备已经被开发出来，但稀释采样方法要成为日常烟气测试方法还需要解决以下问题，如采样设备运行参数（烟气温度、相对湿度、稀释比、停留时间等）的标准化，不同结构、材料等的采样设备对于监测的准确性评估，采样设备的广泛适用性（不同燃料、不同燃烧方式、不同除尘方式、不同烟气湿度等）。

参考文献

[1]陈璞珑,王体健,谢晓栋,等.基于数值模式的细颗粒物来源解析[J].科学通报,2018,63(18):1829-1838.