关于无组织颗粒物监测方法与评价标准的探讨

小凡凡

2016/07/26

私聊

气体检测

摘要
由于现阶段工业企业无组织颗粒物排放已经成为环境空气主要来源之一，粉尘污染在大气污染中占据着重要的比重。我国的工业生产方式长期粗放，工业领域是我国粉尘污染最主要的来源，包括金属矿石、冶金、采石场、钢铁厂、建筑施工、堆场、港口、垃圾回收、火电厂等。
　　无组织排放粉尘是相对于有组织排放粉尘而言。在破碎车间、筛分车间、皮带、落料、堆料等作业环节，随着物料的破裂、移动，粉尘颗粒产生，并以不规则的形式散发到空气中，这就导致作业现场无组织粉尘污染，若不加以抑制，无组织排放粉尘会随着风力作用散发到更广的范围，造成更大的影响。
国内目前还没有对无组织颗粒物的采样方法进行详尽统一的规定，本文从无组织颗粒物的定义，以及目前现有的采样文献进行分析，通过对现有大气污染物综合排放标准、行业排放标准以及验收监测技术规范进行整理分析，以及通过实际采样分析和标准的比对分析，得出结论：无组织颗粒物应当参照《总悬浮物的测定重量法》（GB/T15432-1995）制定统一规范的采样方法，增加采样时间，根据采样方法制定更为严格的排放标准。
关键词：粉尘，颗粒物，技术规范，无组织排放
目录
摘要II
目录III
绪论1
一、粉尘的来源2
二、粉尘对人体的健康危害2
三、降尘、扬尘、粉尘、无组织颗粒物、TSP（总悬浮颗粒物）的异同3
四、无组织颗粒物采样方法及仪器设备的研究4
1、无组织采样方法4
2、采样仪器及设备5
（1）无组织颗粒物采样方法的探究6
（2）实际监测结果和标准比对6
五、评价方法和行业排放标准之间的关系8
结论10
参考文献11
附录12
绪论
雾霾天气对人类身体健康的影响越来越严重，其中工业企业无组织污染排放作为主要的污染源，现阶段无组织颗粒物的采样方法还没有相应的国家统一标准规定，各监测单位对无组织颗粒物规定不一，造成采样方法不一致，评价不统一。就目前的情况研究无组织颗粒物的采样方法及采样设备，对降尘、颗粒物、扬尘、TSP（总悬浮颗粒物）之间进行区别和联系。行业排放标准和综合排放标准之间的联系与异同等问题。就如何进行无组织颗粒物的的采样，建议统一监测方法，降低评价限值。

一、粉尘的来源
扬尘、汽车尾气、工业排放物等各种有害物质是形成雾霾的主要来源，而大部分雾霾属于无组织排放粉尘固体物质的机械加工或粉碎，如金属研磨、切削、钻孔、爆破、破碎、磨粉、农林产品加工等。物质加热时产生的蒸气在空气中凝结或被氧化所形成的尘粒，如金属熔炼，焊接、浇铸等。有机物质不完全燃烧所形成的微粒，如木材、油、煤类等燃烧时所产生的烟尘等。铸件的翻砂、清砂粉状物质的混合，过筛、包装、搬运等操作过程中，以及沉积的粉尘由于振动或气流运动，使沉积的粉尘重又浮游于空气中(产生二次扬尘)也是粉尘的来源。
二、粉尘对人体的健康危害
无组织排放粉尘有别于有组织排放粉尘的集中性、易除性，治理难度大，给社会、人类生活带来了许多危害。其中，最直观的就是无组织排放粉尘对空气的污染，近段时间，雾霾出现得越来越频繁，笼罩了许多大中型城市，特别是一线城市的雾霾现象尤为严重，以北京和上海为例，经常被雾霾天气所笼罩。雾霾中含有如二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等有毒物质，空气质量的下降直接诱发对人体的危害，引起呼吸道疾病；在突发性高浓度污染物的作用下可造成急性中毒，甚至死亡。长此以往，更多的后果是使人体质下降，精神不振。此外，无组织排放粉尘也间接影响到社会经济的发展。第一，由于大部分无组织排放粉尘来源于有用的原料和产品，大量粉尘的排放将无形中增加生产成本，降低经济效益。第二，无组织排放粉尘的超标，使得整改治理无望的工矿企业面临责令停产或关闭的威胁。第三、粉尘引发的火灾、爆炸事故，与企业的人员生命和财产损失息息相关。无组织排放粉尘所带来的危害不胜枚举，而它也随着社会的不断发展愈加污染严重，粉尘治理迫在眉睫。国内涉及到的无组织排放粉尘治理技术，主要有湿法喷雾除尘、苫盖、挡风、清灰等技术，以及现阶段比较先进的生物纳膜抑尘技术。物料在装卸、搬运过程中的二次污染和粉尘散发后捕捉与搜集，有效抑制无组织排放粉尘的产生。
三、 降尘、扬尘、粉尘、无组织颗粒物、TSP（总悬浮颗粒物）的异同
降尘，根据GB/T15265-94《环境空气降尘的测定重量法》定义，指在空气环境条件下，靠重力自然沉降在集尘缸中的颗粒物，现阶段认为空气动力学当量直径大于10微米的固体颗粒物称为降尘。降尘监测是最简单直观的表现空气颗粒物污染的一项指标，然而由于采样周期长，无法合理有效的选择背景参照点，国内现阶段还无相应的排放标准。
扬尘是指粉粒体在输送及加工过程中受到诱导空气流、室内通风造成的流动空气及设备运动部件转动生成的气流，都会将粉粒体中的微细粉尘首先由粉粒体中分离而飞扬，然后由于室内空气流动而引起粉尘的扩散，从而完成了从粉尘产生到扩散的过程。
粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等，这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。而我国生产性粉尘指生产过程中排入到空气中的颗粒性物质，粉尘的粒径小的在0.01μm以下，最大的可达1000μm，是飘尘、悬浮颗粒物和降尘的混合体。
颗粒物GB/T16157-1996中指燃料和其他物质在燃烧、合成、分解以及各种物料在机械处理中所产生的悬浮于排放气体中的固体和液体颗粒状物质。无组织排放指大气污染物不经过排气筒的无规则排放。所以无组织颗粒物为不经过排气筒无规则排放的悬浮于排气中的固体和液体颗粒状物质。
TSP(总悬浮颗粒物)，是漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称，其空气动力学当量直径范围约为0.1～100 微米。它主要来源于燃料燃烧时产生的烟尘、生产加工过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风沙扬尘以及气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的相应的盐类颗粒。TSP是大气环境中的主要污染物。
根据以上各项目定义可以得出其中的关系，见下表

通过对以上扬尘、粉尘、降尘、无组织颗粒物和TSP定义的分析，可以得出一个共同性，除了降尘外，其他各污染项目主要针对悬浮的细小颗粒物。这也f符合环保标准的研究和人体健康之间的关系。
四、无组织颗粒物采样方法及仪器设备的研究
1、无组织采样方法
目前国内标准还没有对无组织颗粒物采样方法进行统一性规定，而且各标准之间也相互不一，导致采样方法不一致，参照标标准不明确等问题的出现。《大气污染源无组织排放监测导则》HJ/T55-2000中5.4.3“采样仪器和试剂准备”对照标准方法中的无组织采样部分进行监测，然而作为固定污染源监测方法标准GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物的采样方法》也未对无组织颗粒物的采样设备及具体方法进行规定。《空气和废气监测分析方法》（第四版增补版）321页“无组织排放源的采样原则”中提到“进行无组织排放监测时，实行连续1h的采样，或者实行在1h内以等时间间隔采集四个样品的平均值，为捕捉到监控点最高浓度的时段，采样时间可超过1h”；“大气污染物无组织排放监测点的设置，除大气污染物排放标准标准中另有规定外，其余有关问题按上诉原则执行。无组织排放烟（粉）尘采用中流量采样器（无罩、无分级采样头）采样”
查阅《电子玻璃工业大气污染物排放标准》GB29495-2013和《铁矿采选工业污染源排放标准》GB28661-2012等一系列行业标准，其中无组织颗粒物采样的方法均依据《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法》GB/T15432-1995。
由于对现阶段第三方对标准的理解不统一，导致多数第三方检测机构对无组织颗粒物采样方法不一致，出现一种是按照GB/T15432-1995总悬浮颗粒物方式采样方法，另一种是按照《空气和废气》（第四版）中提到的去掉TSP、PM10切割头直接进行采样，俩者结果相差甚远。
2、采样仪器及设备
我国目前对企业产生的无组织排放的颗粒物器主要的采样方式和排放标准还是针对的是颗粒物TSP。采样仪器为中流量采样器，流量为100L/min,符合《总悬浮物》根据相关标准可以知道无组织颗粒物采样设备均为中流量大气采样器，下面以崂应2050为列，其中说明书中也未对采样仪TSP切割器是否就是《空气和废气监测分析方法》（第四版增补版）中所提到的罩。

（1） 无组织颗粒物采样方法的探究
众所周知，工业生产是大气颗粒物的主要来源之一，而且由于工业生产的颗粒物富集多种重金属和VOC的有害物质，而且颗粒物的粒径越小，越容易传输，对人体的危害更大，根据《大气污染物无组织无组织排放监测技术规范》HJ/T55-2000中规定，颗粒物监控点设置在无组织排放源下风向2～50m的浓度最高点，根据GB/T16157-1995中颗粒物的概念可以知道只要指悬浮于排气中的颗粒物。在8.1 适宜程度的分类方法依据气象因子的数值分类 a类：不利于污染物的扩散和稀释，适宜于进行无组织排放监测；a类：不利于污染物的扩散和稀释，适宜于进行无组织排放监测；b类：较不利于污染物的扩散和稀释，较适宜无组织排放监测；d类：很有利于污染物的扩散和稀释，不适宜于进行无组织排放监测；8.3中表6 风速的适宜程度分类

平均风速（m/s）
1.0^*～2.0
2.1～3.0
3.1～4.5
>4.5
适宜程度类别
a
b
c
d

从上面标准分析可以得出，监测主要是针对悬浮颗粒物，所以工业企业无组织颗粒物参考总悬浮颗粒物采样方法是合理的。
（2） 实际监测结果和标准比对
例，一次对某矿石码头的监测，针对矿石码头的在皮带机传输，转接塔泄露、堆场扩散、装载作业、运输等过程中造成的颗粒物无组织排放。下例是我公司受委托组织的一次有效的环境监测，监测见下图。对于港口码头无组织颗粒物是一种点、线、面较复杂的排放形式，依据《建设项目竣工环境保护验收技术规范港口》（HJ 463-2008）中提到“港口建设项目作业区散货码头装卸、堆放贮存粉尘（总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物）”所以选用GB/T15432-1995《总悬浮物颗粒物的测定重量法》上下风向采样。此方法是监测无组织颗粒物最常用的一种监测技术，以下具体监测情况：
（1）监测设备及耗材
a仪器
监测和校准仪器使用武汉天虹的TH-150型大气综合采样器、THM-150微电脑中流量校准仪；采样器使用中流量采样头，采气流量为100L/min，符合《总悬浮颗粒物采样器技术要求及监测方法》（HJ/T374-2007）中的性能要求。校准仪器采用高精度微压差传感器测量孔口压力，校准流量为100L/min。
b滤膜
　　选用超细玻璃纤维滤膜，直径90mm。滤膜符合《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法》GB/T 15432-1995中对滤膜性能的要求。每张滤膜在恒重前均需用X光看片机进行检查，无针孔或缺陷。恒重称量后放入膜袋编号。
（2）监测布点
根据《大气污染物综合排放标准》GB/T16297和《大气污染物无组织排放监测技术导则》HJ/T55-2OO0（简称《导则》)。
　　监测点位的设置根据监测时的气象条件，确定监控点和参照点的位置。《标准》和《导则》规定了监测点位设置的原则和方法，要求在港口矿石码头厂界外5～20m处上风方与下风方同时布设监控点和参照点，测量时间1小时，将上风方的监测数据作为参考值，结果以监控点浓度最高值扣除参考值评价。但实际监测中不确定因素较多，监测人员应综合考虑技术、经济等因素，科学合理地进行布设。
（3）质量控制和质量保证
　　检查气密性时，把发泡均匀的肥皂水分别涂抹到采样头与连接管、仪器连接处，如无气泡发散，证明气密性完好；如果有气泡发散，证明连接处漏气，可以检查采样头是否拧紧，或是采样头皮垫是否失效，拧紧或更换皮垫即可解决。
流量校准时，参照十次测量完成后显示的实测工况流量，调节大气采样器流量校准钮，之后调节流量钮至100L/min即可。滤膜在使用过程中用专用镊子轻取轻放，严禁用手直接接触。采样前后放置在专用滤膜袋和滤膜盒中，防止造成滤膜重量损失。滤膜对监测结果的影响表现在三个方面：第一，由于人为因素造成滤膜重量损失产生的负误差；第二，在采样过程中操作不规范造成的误差；第三，温恒湿箱，在使用恒温恒湿箱时，由于温湿度变化较大引起的采样前后称量误差。对第一种情况，应视滤膜重量损失情况确定是否继续采样。对第二种情况，由于安装不规范造成漏气、滤膜损坏等情况时，则本次采样作废，需重新采样。对第三种情况，可以用标准滤膜进行质量控制。　　

港口矿石码头现场监测照片
仪器设备
监测点（mg/m³）
参照点（mg/m³）
结果（mg/m³）
TH-150
0.332
0.238
0.177
0.415
0.382
0.341

港口矿石码头无组织颗粒物监测结果

通过结果可以分析得到，利用GB/T15432-1995《总悬浮物颗粒物的测定重量法》测定无组织颗粒物，所监测到的结果与排放限值相差甚远，考虑到滤膜的增重不足以弥补仪器和人员操作中所造成的误差，建议适当增加采样时间，降低排放限值。
五、评价方法和行业排放标准之间的关系
根据《大气污染物综合排放标准》（GB/T16297-1996）在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中，按照综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则，锅炉执行GB13271-91《锅炉大气污染物排放标准》、工业炉窑执行GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》、火电厂执行GB13223-1996《火电厂大气污染物排放标准》、炼焦炉执行GB16171－1996《炼焦炉大气污染物排放标准》、水泥厂执行GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》、恶臭物质排放执行GB14554-93《恶臭污染物排放标准》、汽车排放执行GB14761.1～14761.7-93《汽车大气污染物排放标准》、摩托车排气执行GB 14621-93《摩托车排气污染物排放标准》，其它大气污染物排放均执行本标准。
查阅各排放标准其中无组织颗粒物均采用《总悬浮颗粒物重量法》（GB/T15432-1996），对于其它没有排放标准的企业参照其验收技术规范，均依照总悬浮颗粒物的方法进行采样。
结论
1.建议无组织颗粒物的采样方法依据《总悬浮颗粒物的测定重量法》（GB/T15432-1996）建立统一的采样技术方法。合理规定采样后仪器设备、操作规定、采样时间。
2.建议参照现阶段的空气质量标准和其他行业排放标准、以及超低浓度排放标准的要求对大气污染物综合排放标准中无组织颗粒物的排放限值加以严格执行。
3.建议根据环境空气承受能力和自净能力、以及行业污染物的属性建立相应的更完善的行业排放标准和区域标准。
4.
参考文献
《环境空气和废气》第四版（增补版）.中国环境科学出版社
《大气综合污染物排放标准》GB/T16297-1996.国家环境保护总局
《大气污染物无组织排放监测技术导则》HJ/T55-2000.国家环境保护总局
《总悬浮颗粒物的测定重量法》GB/T15432-1995.国家环境保护总局
《总悬浮颗粒物采样器技术要求及监测方法》HJ/T374-2007.国家环境保护总局
《建设项目竣工环境保护验收技术规范港口》HJ 463-2008.国家环境保护总局
《电子玻璃工业大气污染物排放标准》GB29495-2013.国家环境保护总局
《铁矿采选工业污染源排放标准》GB28661-2012.国家环境保护总局
《环境空气降尘的测定重量法》GB/T15265-94.国家环境保护总局
《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》GBT 16157-1996.国家环境保护总局