固定污染源廢氣 顆粒物的測定 重量法

固定污染源廢氣 顆粒物的測定 重量法Determination of Mass Concentration of Particulate Matter Emitted from Stationary Sources: Manual Gravimetric Method（征求意見稿）編制說明標準編制組二一七年五月I目錄1 標準基本情況 .11.1 任務(wù)來源 .11.2 起草單位 .12 標準制定的必要性 .12.1 大氣環(huán)境顆粒物的來源及其危害 .12.2 相關(guān)環(huán)保標準和環(huán)保工作的需要 .22.3 現(xiàn)有廢氣治理凈化工藝帶來的新問題 .42.4 現(xiàn)行環(huán)境監(jiān)測分析方法標準的實施情況和存在的問題 .62.5 標準制定的意義 .63 國內(nèi)外相關(guān)監(jiān)測方法研究 .73.1 主要國家、地區(qū)及國際組織相關(guān)標準研究 .73.2 國內(nèi)相關(guān)標準研究 .93.3 與本方法標準關(guān)系 .94 標準制訂的工作過程及技術(shù)路線 .104.1 工作過程 .104.2 標準制訂的技術(shù)路線 .115 標準編制原則與依據(jù) .126 方法研究報告 .136.1 方法研究的目標 .136.2 規(guī)范性引用文件 .156.3 術(shù)語和定義 .156.4 測定方法概述 .156.5 儀器和設(shè)備 .166.6 試劑和材料 .176.7 采樣位置和采樣點 .176.8 顆粒物監(jiān)測準備 .186.9 采樣步驟 .196.10 樣品分析程序 .196.11 監(jiān)測結(jié)果的計算與表示 .20II6.12 精密度與準確度 .216.13 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證 .226.14 注意事項 .227 方法驗證 .237.1 方法驗證方案 .237.2 方法驗證過程 .247.3 方法驗證結(jié)論 .248 方法驗證報告 .249 重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果 .2410 國際或國外標準的引用 .2411 作為強制性標準的建議及理由 .2512 強制性標準實施的風(fēng)險點、風(fēng)險程度、風(fēng)險防控措施和預(yù)案 .2513 貫徹標準的措施建議 .2514 相關(guān)標準及參考文獻 .25附件 1：方法驗證方案 .27附件 2：方法驗證報告 .3111 標準基本情況1.1 任務(wù)來源為深入貫徹落實北京市大氣污染防治條例和北京市委市政府關(guān)于強化環(huán)境保護，改善空氣質(zhì)量，保障民眾健康的要求，適應(yīng)全市經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護工作的需要，加強對污染源顆粒物排放的有效監(jiān)管，保障污染源顆粒物監(jiān)測工作的順利開展，北京市環(huán)保局組織北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心開展了固定污染源廢氣 顆粒物的測定 重量法項目預(yù)研究工作。2017 年 2 月，北京市質(zhì)監(jiān)局將本標準列入 2017 年北京市地方標準制修訂項目計劃，項目編號為 20171035。1.2 起草單位北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心為本標準制修訂的編制承擔(dān)單位，負責(zé)標準起草工作。參加標準起草的人員主要為：胡月琪、顏旭、鄔曉東、何明、孔川、郭建輝、李萌、姜濤、張中平、馬立光、張虎、王琛、馮亞君、張勇、王京偉、劉偉、劉輝、羅小林、許超。2 標準制定的必要性2.1 大氣環(huán)境顆粒物的來源及其危害顆粒物或塵(Particulate Matter, Dust)，是指在采樣條件下，以任何形狀、結(jié)構(gòu)或密度分散于氣相中的固態(tài)物質(zhì)。顆粒物分為一次顆粒物和二次顆粒物。一次顆粒物是由天然污染源和人為污染源釋放到大氣中直接造成污染的顆粒物，二次顆粒物是由大氣中某些污染氣體組分（如二氧化硫、氮氧化物、碳氫化合物等）之間，或這些組分與大氣中的正常組分（如氧氣）之間通過光化學(xué)氧化反應(yīng)、催化氧化反應(yīng)或其他化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的顆粒物。固定源排放的顆粒物屬于一次顆粒物，它是指燃料和其他物質(zhì)在燃燒、合成、分解以及各種物料在機械處理中所產(chǎn)生的懸浮于排放氣體中的固體和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)。從 2013 年北京市 PM2.5 的源解析數(shù)據(jù)中不難看出，燃煤和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的 PM2.5 分別占據(jù) 22.4%和 18.1%的份額。由此可以得出，固定源排放的顆粒物以 40.5%成為北京地區(qū) PM2.5 的形成因素之一。城市中的細顆粒物絕大多數(shù)來自燃燒和工業(yè)生產(chǎn)等人為污染，顆粒物由于比表面積大，吸附能力強，是大氣中各種反應(yīng)的良好場所。尤其是可吸入顆粒物特別是粒徑小于 2.5m以下的部分，可直接達到人類肺部進入肺泡，并可能進入血液通往全身，顆粒物富集大量2有毒重金屬和有害有機物，并且粘附細菌和病毒。顆粒物作為水汽凝結(jié)核的作用和降水對它的沖刷作用均可以使顆粒物進入降水和云水中，對酸雨的形成也有非常重要的影響。細顆粒物也因其重要組成部分水溶性離子的吸濕性而易增加大氣散射、降低大氣能見度等對氣候造成顯著影響。隨著近年來北京市以大氣環(huán)境首要污染物 PM2.5 為特征的區(qū)域性復(fù)合型污染日益嚴重，大氣環(huán)境污染問題已引起公眾的空前關(guān)注。空氣中的 PM2.5 及其中的有毒有害物質(zhì)，如重金屬和 PAHs 等對人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生損傷作用，給人體健康帶來巨大的危害和致病風(fēng)險。2.2 相關(guān)環(huán)保標準和環(huán)保工作的需要（1）在我國現(xiàn)行相關(guān)行業(yè)控制標準中，固定污染源顆粒物的排放監(jiān)測是我國節(jié)能減排重點控制的污染物指標。我國現(xiàn)行有關(guān)行業(yè)固定污染源排放標準中規(guī)定的顆粒物排放濃度限值均低于100mg/m3。 火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011、 鍋爐大氣污染物排放標準GB13271-2014、 煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準 GB16171-2012、 水泥廠大氣污染物排放標準GB4915-2013、 火葬場大氣排放標準 GB13801-2015、 石油煉制工業(yè)污染物排放標準GB31570-2015、 石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標準 GB31571-2015、 合成樹脂工業(yè)污染物排放標準GB31572-2015 、 無機化學(xué)工業(yè)污染物排放標準 （GB31573-2015 ） 、 再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準 （GB31574-2015 ）以及錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標準 （GB30770-2014）等都對顆粒物的標準限值作了明確的規(guī)定。我國主要國家標準中顆粒物排放限值情況見表 1：表 1 我國固定污染源排放標準中顆粒物限值概況標準名稱 標準編號 排放限值火電廠大氣污染物排放標準 GB13223-2011 燃氣為 5mg/m3；燃煤燃油重點地區(qū)為 20mg/m3，其他地區(qū)為 30mg/m3鍋爐大氣污染物排放標準 GB13271-2014 燃氣為 20mg/m3；燃煤燃油重點地區(qū)為 30mg/m3，其他地區(qū):50/30mg/m 3煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準 GB16171-2012 不同地區(qū)不同工序執(zhí)行 15-100mg/m3水泥廠大氣污染物排放標準 GB4915-2013 按不同生產(chǎn)過程及不同生產(chǎn)設(shè)備要求不同 10-30mg/m3火葬場大氣污染物排放標準 GB13801-2015 80()/30 ()mg/m 3（2017 年 7 月 1 日） ，其他工藝 80mg/m3石油煉制工業(yè)污染物排放標準 GB31570-2015 工藝加熱爐 20 mg/m3、催化裂化催化劑再生煙氣 50 mg/m3石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標準 GB31571-2015 工藝加熱爐 20mg/m3煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準 GB28664-2012 按不同生產(chǎn)過程及不同生產(chǎn)設(shè)備要求不同 15-100mg/m33煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標準 GB28663-2012 按不同生產(chǎn)過程及不同生產(chǎn)設(shè)備要求不同 10-50mg/m3生活垃圾焚燒污染控制標準 GB18485-2014 1 小時均值 30mg/m3；24 小時均值 20mg/m3錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標準GB30770-2014 分不同采選、冶煉、煙氣制酸及其他環(huán)節(jié) 10-120mg/m3相關(guān)國家排放標準限值介于 5-120mg/m3，且顆粒物均為可過濾顆粒物，均不包括可凝聚顆粒物。（2）北京市地方排放標準強化了固定污染源顆粒物的排放監(jiān)管，大大加嚴了顆粒物排放限值標準近年來，北京市以細顆粒物 PM2.5 為首要污染物的大氣復(fù)合型污染形勢日趨嚴峻，尤其秋冬季頻繁出現(xiàn)區(qū)域性灰霾天氣，甚至數(shù)次出現(xiàn)持續(xù)時間長達 10 余天的灰霾天，給廣大民眾的生活和健康帶來了較大的不利影響，從而引起了社會各界的廣泛關(guān)注。2010 年以來，北京市先后新頒布的地方排放標準固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準（DB11/847-2011）、鍋爐大氣污染物排放標準（DB11/139-2015）以及大氣污染物綜合排放標準DB11/501-2017 等相關(guān)標準中規(guī)定的顆粒物允許排放限值均低于60mgm-3，且顆粒物也均為可過濾顆粒物，不包括可凝聚顆粒物。相關(guān)標準推動了北京市相關(guān)排污單位采取了一系列高效除塵裝置，特別是燃煤鍋爐排污單位普遍采用布袋除塵和/或靜電除塵+濕法除塵脫硫脫硝等高效凈化裝置或進行“煤改氣”改造，以期達標排放，從而有助于相關(guān)政策措施的推進與實施。北京市地方排放標準對固定源顆粒物排放限值概況見表 2：表 2 北京市固定污染源地方排放標準中顆粒物限值概況標準名稱 標準編號 排放限值固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準 DB11/847-2011 5mg/m3鍋爐大氣污染物排放標準 DB11/139-2015 2017 年 4 月 1 日前 530mg/m 3；2017 年 4 月 1 日后 5mg/m3固定式內(nèi)燃機大氣污染物排放標準 DB11/1056-2013 5mg/m3水泥廠大氣污染物排放標準 DB11/1054-2013 按不同生產(chǎn)過程及不同生產(chǎn)設(shè)備要求不同 10-20mg/m3火葬場大氣污染物排放標準 DB11/1203-2015 80()/30 ( )mg/m 3（2016 年 7 月 1 日） ，其他工藝 60mg/m3危險廢物焚燒大氣污染物排放標準 DB11/503-2007 30mg/m3煉油與石油化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標準DB11/447-2015工藝加熱爐 50()/20 ()mg/m 3、催化裂化催化劑再生煙氣50()/30()mg/m 3；特殊工藝 2030mg/m 3。 （2017 年 1 月 1日）大氣污染物綜合排放標準 DB11/501-2017 2030()/10 ()mg/m 3（2018 年 1 月 1 日）生活垃圾焚燒大氣污染排放標準 DB11/502-2007 30mg/m3北京市相關(guān)地方排放標準限值均低于 60mgm-3，且顆粒物指標均為可過濾顆粒物，也不包括可凝聚顆粒物。4（3）隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境保護的要求，顆粒物減排形勢需要制定科學(xué)合理的顆粒物監(jiān)測方法標準。北京市政府在 2015 年 5 月份發(fā)布北京市進一步促進能源清潔高效安全發(fā)展的實施意見明確提出在未來 5 年，北京將減掉四成燃煤消耗。即到 2020 年，北京市能源消費總量要控制在 8800 萬噸標準煤左右，其中優(yōu)質(zhì)能源比重要提高到 92%左右，煤炭消費總量要控制在 900 萬噸以內(nèi)；與此同時北京市 20132017 年清潔空氣行動計劃要求，北京全市要在五年內(nèi)壓減燃煤 1300 萬噸。北京市已先后關(guān)停了大唐高井燃煤電廠、北京京能燃煤電廠和國華燃煤電廠，按計劃華能電廠燃煤機組也于 2017 年供暖結(jié)束后關(guān)停。環(huán)保部公布的環(huán)境空氣細顆粒物污染防治技術(shù)政策（征求意見稿）明確提出，要通過控制工業(yè)污染源以減少 PM2.5 排放。固定污染源顆粒物的排放水平正在大幅度降低，生產(chǎn)也向清潔化發(fā)展。在 2015 年中央政府工作報告中，明確提出“推進燃煤電廠低濃度排放改造” ，低濃度排放要求中對顆粒物的排放要求是不高于 10mg/m3，目前，眾多省份均已確定燃煤電廠超低排放環(huán)保改造要求進度，大多數(shù)省份規(guī)定超低排放改造后，顆粒物排放不得高于 10mg/m3，某些省份甚至規(guī)定不得高于 5 mg/m3。因此本標準的制定將滿足對現(xiàn)有固定污染源顆粒物低濃度排放及低濃度排放中可凝聚顆粒物比重上升對監(jiān)測技術(shù)的新要求和環(huán)境管理的需要，并滿足顆粒物超低排放環(huán)保改造后實際監(jiān)測監(jiān)管的需要。（4）顆粒物監(jiān)測方法標準體系補充和完善的需要在工業(yè)生產(chǎn)中，隨著袋式除塵器的普及，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)可以做到顆粒物的低排放。國內(nèi)一些大型企業(yè)采用高效靜電除塵+袋式除塵復(fù)合處理工藝后甚至可以做到超低排放或潔凈排放。同時，清潔能源的使用將使顆粒物排放的水平產(chǎn)生質(zhì)的飛越。這也使得當(dāng)下顆粒物監(jiān)測方法的局限性越來越凸顯。北京市已經(jīng)逐步實施清潔能源取代高耗能、高污染能源，隨著時間的推移，燃氣或者燃油鍋爐取代燃煤鍋爐是個必然趨勢。目前我國一直沿用 1996 年發(fā)布的固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法（GB/T 16157-1996），該采樣方法對于采集固定污染源所排放的低濃度顆粒物并不適用，主要原因如下：（1）玻璃纖維濾筒或濾膜在采樣前后的烘干、稱量過程中容易造成損失從而影響測定結(jié)果（2）采樣嘴內(nèi)部易吸附微量顆粒物，給測定結(jié)果造成誤差（3）現(xiàn)有測試方法一般適用于顆粒物質(zhì)量濃度高于 50mg/m3，測定低于 50mg/m3的顆粒物時誤差較大。在測量方法更新上，中國環(huán)境監(jiān)測總站正在起草固定污染源低濃度顆粒物測定方法-重量法，解決了 GB/T 16157-1996 針對低濃度顆粒物排放的測定問題，但也忽視了可凝聚顆粒物的問題。在北京市環(huán)境保護工作逐步推進的大環(huán)境下，面對北京市顆粒物監(jiān)測工作的實際需求，解決低濃度顆粒物排放中可凝聚顆粒物監(jiān)測采樣技術(shù)，探索一條便捷、可靠、準確的監(jiān)測方法具有十分重要的實際意義。52.3 現(xiàn)有廢氣治理凈化工藝帶來的新問題（1）濕法脫硫除塵設(shè)施及其它濕式凈化工藝的使用，增加了煙氣中水霧及其中的水溶性物質(zhì)的排放，是環(huán)境 PM2.5 的重要來源。通過近年來北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心環(huán)境空氣 PM2.5 組分研究表明，空氣中 PM2.5 主要成分為有機物（OM）、硝酸鹽（NO 3-）、硫酸鹽（SO 42-）、地殼元素和銨鹽（NH 4+）等，分別占 PM2.5質(zhì)量濃度的 26%、17%、16%、12%和 11%。另外空氣中 PM2.5質(zhì)量濃度中水分濃度占 10-20%，其中結(jié)晶水占 8-15%。北京市新頒布的相關(guān)地方排放標準中規(guī)定的顆粒物允許排放限值均低于 30mgm-3，部分標準限值規(guī)定為 5mgm-3，推動了北京市相關(guān)排污單位采取了一系列高效除塵裝置，特別是燃煤鍋爐排污單位普遍采用布袋除塵和/或靜電除塵+濕法除塵脫硫脫硝等高效凈化裝置或進行“煤改氣”改造，以期達標排放，從而有助于相關(guān)政策措施的推進與實施。濕法脫硫除塵設(shè)施的使用，在控制 SO2和 NOx 的排放以減少二次顆粒物的生成潛力，同時會降低一次顆粒物的排放，但煙氣脫硫和脫硝也會增加廢氣中的水分及其水溶性 PM2.5 的排放，并對細顆粒物的化學(xué)組成、粒徑分布及其生成與去除機制等產(chǎn)生影響。（2）CPM 在高溫高濕低濃度 FPM 排放水平下的比重相當(dāng)顯著，占顆粒物總質(zhì)量的2080%。目前國內(nèi)固定源顆粒物超低排放情況往往忽視了粒徑更小、在大氣中穩(wěn)定時間更長的 CPM 的排放，且 CPM 排入大氣環(huán)境基本上就是 PM2.5。近年來，北京市燃煤鍋爐煙氣主要采用濕法脫硫除塵系統(tǒng)，在有效降低煙氣中 SO2排放的同時，也降低了顆粒物的排放水平，其排放的廢氣中可過濾顆粒物和 SO2等污染物明顯減少。但在日常顆粒物采樣過程中，尤其當(dāng)煙氣濕度較大時，肉眼可見的傳統(tǒng)意義上的可過濾顆粒物很少，而在采樣槍后收集的冷凝水中得到的穿透濾筒后各種可溶性物質(zhì)的總質(zhì)量可占顆粒物總質(zhì)量的 2080%。煙氣中大量體積極小的氣態(tài)有機或無機物在空氣中稀釋、降溫數(shù)秒后凝結(jié)成為液態(tài)或固態(tài)，并通過凝聚、碰撞合并生成可凝聚顆粒物（CPM）。CPM 是環(huán)境空氣中 PM2.5和氣溶膠物質(zhì)的重要前體物，也是特定氣象條件下霧霾形成的重要成分。PM 2.5在大氣環(huán)境中穩(wěn)定存在時間長，輸送距離遠，影響范圍廣，不易通過干沉降去除，對人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生廣泛的影響。這類可穿透物質(zhì)對燃煤鍋爐的顆粒物排放水平具有至關(guān)重要的影響，不容忽視。圖 1 為實測的不同凈化工藝不同類型鍋爐顆粒物排放實測情況。6電 廠 燃 煤 鍋爐顆 粒 物 實 測排 放 濃 度供 暖 燃 煤 鍋爐1供 暖 燃 煤 鍋爐2工 業(yè) 燃 煤 鍋爐供 暖 燃 氣 鍋爐電 廠 燃 氣 輪機 組01020