固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法.docx
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固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法
固定污染源废气低浓度颗粒物的测定—重量法
（征求意见稿）
编制说明
编制组
2014年5月
1工作简况
1.1任务来源
受环保厅委托，在2014年上半年内完成DB37/XXXX-2014《固定污染源低浓度颗粒物测定方法—重量法》方法标准的制订工作，该标准由山东省环境监测中心站负责起草，合作单位由青岛崂山应用技术研究所、武汉市天虹仪表有限责任公司、山东国舜建设集团有限公司提供支持。
1.2制订《固定污染源废气低浓度颗粒物测定方法—重量法》（DB37/XXXX-2014）的必要性
按照国家《大气污染防治行动计划》和山东省《大气污染防治规划一期（2013-2015）行动计划》的要求，要加快燃煤锅炉和工业炉窑现有除尘设施升级改造，确保颗粒物排放浓度稳定达标排放。
就我省而言，全省大部分单机装机容量30万千瓦以上机组采用了双室四电场静除尘器和炉外湿法脱硫的除尘技术，颗粒物浓度低于50mg/m3。
有的电厂为了申请除尘电价补贴对现有除尘设施进行了或将要进行改造，将静电除尘器改造为电袋复合除尘、纯布袋除尘或增加湿式电除尘，颗粒物浓度低于30mg/m3，有些甚至低于5mg/m3。
同时国家和我省近期颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）和《火电厂大气污染物排放标准》（DB37/664-2013）等一系列标准中均把固定源排气中颗粒物排放浓度降至30mg/m3以下。
我国现阶段颗粒物监测方法采用《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996），严格意义而言，该方法仅适用于颗粒物浓度高于50mg/m3的固定污染源，测定颗粒物浓度低于50mg/m3时误差较大，现有监测方法已不能满足要求，监测单位无法对其进行准确监测。
随着环境管理日趋严格和环境污染治理技术的不断进步，现有颗粒物监测方法GB/T16157-1996，已逐渐暴露出不能准确测量和不适应低浓度颗粒物的缺陷，已不能满足对固定源颗粒物排放的监测要求和环境管理需要。
环保部已于2013年向中国环境监测总站下达了《固定污染源废气低浓度颗粒物测定重量法（GB/T16157-1996）》项目计划，但由于程序复杂，项目进展缓慢，预计方法的颁布实施大约需要1-2年。
我省从2013年始，就已经在全国率先着手开展低浓度颗粒物的方法储备和现场实际验证，具备了比较丰富的监测经验，积累了大量的监测数据，取得了比较好的效果，为《固定污染源低浓度颗粒物测定方法重量法》的制定奠定了良好的基础。
因此，及时制订我省的《固定污染源低浓度颗粒物测定方法重量法》，为监测单位提供监测依据既有良好的基础，也是非常必要的。
1.3工作过程
我们按照省厅的要求，召集各参加单位，成立了标准编制小组，具体工作计划安排如下：
1）对国内外有关低浓度颗粒物的测定重量法的标准内容包括工作原理，采样装置，采样程序，质量控制，结果计算及方法性能进行调研，对国内外固定污染源低浓度颗粒物采样设备的工作原理、测试方法、可行性及应用情况进行调研，对国内外相关分析方法比较研究与分析，对国内外固定污染源排放的相关法律、法规和政策研究与分析，收集国内外关于低浓度颗粒物测定的文献资料；
2）依据调研的内容，参考其他相关标准，确定标准的适用范围，并制定相应的技术路线；
3）对确定的技术指标和验证方案进行测试、比对，验证其可行性，形成测试报告和验证报告；
4）完成标准文本和编制说明。
目前，我们根据查阅的资料、文献，结合我省各环境监测站和排废企业对低浓度颗粒物检测方法的应用研究及需求情况进行了广泛的调研，对行业内资深专家进行技术咨询，并进行了分类、归纳和总结，在此基础上完成了标准草案。
2标准制订原则和依据
2.1主要国家、地区及国际组织相关标准研究
低浓度颗粒物的采样及分析技术在国外发达国家已开展了研究，检测方法主要是手工称重法，但目前国内还没有关于低浓度颗粒物检测的标准，所以无法对其进行规范。
国外关于低浓度颗粒物的检测标准主要为方法标准：
（1）Stationarysourceemissions—Determinationofmassconcentrationofparticulate
matter（dust）atlowconcentrations—Manualgravimetricmethod.（ISO12141-2002）[3]（以下简称ISO12141，下同）。
译文：
固定污染源排放——低浓度时颗粒物（尘）的质量浓度测量——手工重量方法
（2）Stationarysourceemissions—Manualdeterminationofmassconcentrationofparticulatematter（ISO9096-2003）。
译文：
固定污染源排放——颗粒物质量浓度的手工测定
（3）Testmethodfordeterminationofmassconcentrationofparticulatematterfromstationarysourcesatlowconcentrations（Manualgravimetricmethod）（ANSI/ASTMD6331-98（Re-approvered2005））。
译文：
低浓度测定固定污染源排放的颗粒物浓度的试验方法（手工重量分析法）
（4）DeterminationoflowlevelparticulatematteremissionsfromStationarySources（USEPAmethod5I）。
译文：
固定污染源排放中低浓度颗粒物测定
（5）Determinationoflowrangemassconcentrationofdust-Part1:
Manualgravimetricmethod[7]（BSEN13284-1:
2002）
译文：
低浓度颗粒物的测定—第一部分：
手工称重法
（6）Methodsofmeasuringdustconcentrationinfluegas（JISZ8808-1995）。
译文：
废气中尘浓度的测量方法
ANSI、ISO以及BSEN都发布了大体积采样技术在低浓度颗粒物测定中的应用。
取样嘴特性按照标准要求，为获得较高的等速动态取样速率，允许取样嘴的直径范围1.25-3.43cm。
ANSI方法规定了采集颗粒物到滤膜上质量最小比值，并应用空白滤膜和专业的称量技术，方法提出，在进行低浓度颗粒物测定时，整个测试过程尽可能只使用1个滤膜累积采样，从而提高测量准确度；
ISO和BSEN方法使用了针对低浓度颗粒物的清洗及专业的称量方法，这个过程可以大大降低采样和分析过程中的误差；方法规定测量标准条件下烟气颗粒物质量浓度低于50mg/m3的情况。
为使测试结果有效，取样时收集的颗粒物质量必须大于滤膜总体空白值的5倍，在这种情况下，通常使用大体积采样技术或延长采样时间。
USEPA方法适用于测量颗粒物浓度小于50mg/m3，该方法采用47mm的玻璃纤维滤膜收集颗粒物，将滤膜固定在过滤器上，过滤器的重量不超过35g，通过对过滤器整体称重方式，测得结果，该方法采用双路同时采样，使用两路采样结果的相对标准偏差，确保采样数据的高准确度。
因此保证该方法准确度的关键环节是双采样装置、针对低浓度颗粒物的清洗和专业的称量过程。
采样之后颗粒物可能堆积于滤膜上游的采样设备，试验发现，当垃圾焚烧炉采集的气体颗粒物质量浓度约为5mg/m3时，滤膜上游堆积的颗粒物通常占总量的10%-30%。
颗粒物堆积可能与采样设备的设计、烟气颗粒物的性质有关，但目前尚无有效方法将堆积的颗粒物降低到可以忽略的水平。
在ISO12141、BSEN及ANSI方法中规定，测定低浓度颗粒物时，必须回收、称重滤膜上游采集设备上堆积的颗粒物[10,12,14]，滤膜增加的质量与从采样设备上收集的堆积颗粒物质量之和才是烟气样品中所含颗粒物质量。
以上标准都详细描述了低浓度颗粒物的测定过程和分析方法，从采样前准备、检漏、采样、清洗、称重、校准等详细过程。
2.2国内相关标准研究
我国检测固定污染源颗粒物的方法标准有GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》，GB9079-1988《工业炉窑烟尘测试方法》[9]、GB5468-1991《锅炉烟尘测试方法》[10]、HJ/T76-2007《固定污染源烟气排放监测系统技术要求及检测方法》[11]、HJ/T48-1999《烟尘采样器技术条件》[12]。
（1）GB/T16157-1996采用称重方法，它的原理将颗粒物采样枪由采样孔插入烟道，使采样嘴置于测点上，正对气流，等速取样，用玻璃纤维滤筒捕集颗粒物，抽取一定量含颗粒物的气体，计算烟气中颗粒物浓度。
（2）HJ/T76-2007中测量烟尘颗粒物CEMS引用采用GB/T16157-1996对颗粒物测定要求。
（3）HJ/T48-1999中对测定烟道、烟囱及排气筒等固定污染源排气中颗粒物含量的烟尘采样器的研制、生产及认定其技术要求参照了GB/T16157-1996的部分条款。
综合以上内容，国内大部分标准方法均将GB/T16157-1996作为测量固定源颗粒物浓度的依据，该方法测定低于50mg/m3的颗粒物时误差较大，在低浓度颗粒物采样和分析中，无法准确定量，产生的误差降低颗粒物采样准确度，对测定结果产生较大影响，因此制订DB37/XXXX-2014《固定污染源低浓度颗粒物测定方法—重量法》，对我省低浓度颗粒物的测定方法规范具有重要意义。
2.3相关环保标准和环保工作的需要
固定污染源颗粒物监测是我国节能减排重点控制的污染物指标，火电厂执行GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》、锅炉执行GB13271-2001《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》、炼焦炉执行GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》、水泥厂执行GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》[及各种固定污染源排放标准中都对颗粒物的标准限值作了明确的规定。
2013年9月1日起，《山东省区域性大气污染物综合排放标准》（DB37/2376-2013）、《山东省火电大气污染物排放标准》（DB37/664-2013）、《山东省钢铁工业污染物排放标准》（DB37/990-2013）[20]、《山东省建材工业大气污染物排放标准》（DB37/2373-2013）、《山东省锅炉大气污染物排放标准》（DB37/2374-2013）、《山东省工业炉窑大气污染物排放标准》（DB37/2375-2013）等6项标准在山东省内开始实施,地方标准中将上述各种固定污染源颗粒物排放标准限制重新修订。
目前标准中规定的颗粒物排放限值自2013年9月1日起，火电厂中颗粒物排放限值最低为5mg/m3,最高为30mg/m3，锅炉其中燃煤锅炉、生物质锅炉、水煤浆<7MW（10t/h）锅炉的颗粒物排放限值最高为80mg/m3，焦化工业、钢铁工业、水泥工业等其他行业新建生产线各生产设备（设施）排气筒中的颗粒物允许排放的最高浓度在不同生产过程及不同生产设备中为20mg/m3、30mg/m3、50mg/m3或80mg/m3，因此本标准确定的测量范围满足对现有工业颗粒物排放的监测要求及环境管理的需要。
3标准制订的基本原则和技术路线
3.1标准制订的基本原则
本次标准修订，本着科学性、先进性和可操作性为原则，在原《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）基础上以国家环保总局《关于开展2013年度国家环境保护标准项目实施工作的通知》（环办函[2013]154号），按照国家《大气污染防治行动计划》和山东省《大气污染防治规划一期（2013-2015）行动计划》的有关要求，同时参考美国、欧盟的相关标准，在我国现有标准、规定和监测站的实际工作要求的基础上，结合我省实际情况和当前的科学技术水平，不断深入研究和完善，制订本标准。
本标准技术要求的制定原则是：
1）方法的测定内容、基本要求、测定原理等需满足相关环保标准和环保工作的要求。
2）测定方法具有可实施性，通过标准规定的检测方法有效监测山东省地方规定的排放标准限值，保证高准确度，满足目前环保工作的需要。
3）测定方法具有普遍适用性，功能完整性，适于不同领域有关该标准的检测要求。
3.2标准制订的技术路线图
环保厅下达任务
组成标准编制组
国内低浓度颗粒物采样的标准情况调研
国内低浓度颗粒物采样器的应用情况
国外低浓度颗粒物测定的标准及资料调研
标准适用范围及术语编制
查找引用标准是否修订以及是否否适用于本标准
标准适用范围及术语编制
低浓度颗粒物的测定技术要求与方法性能的确定
低浓度颗粒物的测定技术要求与方法性能的确定
查找引用标准是否修订以及是否适用于本标准
国外低浓度颗粒物测定的标准及资料调研
ISO标准、
修订内容及参数，评价验证
相关环保标准
编制标准方法文本和编制说明
（征求意见稿、征求意见并汇总处理、送审稿、
技术审查及完成报批稿）
4标准主要内容说明
4.1适用范围
适用范围体现：
a.扩展了GB/T16157-1996测量颗粒物的范围，由适用颗粒物浓度20mg/m3~1000mg/m3到＜50mg/m3；
b.填补了国内测定固定污染源排气中颗粒物浓度＜50mg/m3的方法空白；
c.方法对在我省执行不同固定污染源排气中最高允许颗粒物排放浓度为20mg/m3、10mg/m3和5mg/m3提供了判别颗粒物实际排放浓度的监测方法标准。
d.方法规定检出限为1mg/m3。
主要是基于方法全程序空白的实际测定结果。
并参考了：
●USEPA方法5I：
1999《固定排放源排放低浓度颗粒物的测定》第2.3条，检出限为0.5mg/m3（恒重的限值），最低检出限1mg/m3（不同于零，在规定的置信水平可以确定的分析物的最小浓度或量），实际定量限3mg/m3（即我国标准定义的测定下限）。
●ISO12141：
2002《固定污染源排放-低浓度颗粒物（尘）的质量浓度的测定-手工重量法》第3.11条，由方法全程序空白值确定检出限；第11.6条全程序空白值不超过日均限值（10mg/m3）的10%（1mg/m3）。
●UKEAEN13284-1《固定源排放-低范围质量浓度尘的测定-部分1：
手工重量法》的执行文件第10.6条，排放源排放限值为5mg/m3时，全程序空白值不超过日均限值的20%（1mg/m3）。
f.方法没有规定测定下限是基于：
HJ77.2—2008《环境空气和废气二噁英类的测定-同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》、HJ618-2011《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》均未给出测定下限。
尽管HJ168-2010《环境监测分析方法标准制修订技术导则》规定
测定下限为4倍检出限，但并不适用颗粒物。
g.USEPA方法5I第2.3条规定测定浓度为1mg/m3~3mg/m3的颗粒物可用于计算排放速率。
低于的1mg/m3测量结果不能用于计算排放速率和颗粒物的浓度。
h.本标准在第12条8.作了类似7.的规定。
这与本标准规定的检出限是一致的。
4.2规范性引用文件
本标准正文引用了3个标准，其中标准文件包括《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157—1996）、《烟尘采样器技术条件》（HJ/T48—1999）、《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》（HJ/T76-2007）。
颗粒物监测断面的布设，采样点位的选取，烟气参数的测定，结果的计算等引用了GB/T16157—1996中的方法。
烟尘采样器和相关仪器的技术和性能要求引用了HJ/T48—1999标准的规定。
氧气测定仪的技术要求引用了HJ/T76-2007标准的规定。
4.3术语和定义
本标准规定了11条术语和定义：
分别为——颗粒物ParticulateMatter（引至GB/T16157），标准状态下的干排气dryExhaustgasatsandardstate（引至GB/T16157），颗粒物浓度concentrationofparticulatematter（引至GB/T16157），低浓度颗粒物lowconcentrationofparticulatematter，排放限值emissionlimits，烟道内过滤in-stackfiltration，等速采样isokineticsampling，采样平面samplingplane，测量系列measurementseries，全程空白overallblank，大体积采样high-volumesampling。
上述术语和定义主要参考了GB/T16157，《空气和废气监测分析方法》（第四版），其中全程序空白参考了ISO12141第3.11条，大体积采样参考了EN13284-1执行文件第8.4条c。
同时依照了我国标准GB/T16157-1996第8.3.3.6条“当流量为40mL/min时，其抽气能力应能克服烟道及采样系统阻力”和HJ/T48-1999第5.4条，“当采样系统及负载为20kPa时，流量应不低于30L/min”。
现有国产烟尘采样器均具备大流量采样的能力。
ISO12141：
2002第3条3.15，将大流量定义为典型的采样嘴直径为20mm~50mm，对应流量为5m3/h~50m3/h，本标准未采纳。
当上述术语和定义在本标准中出现时，能够眀瞭其具体的含义。
4.4方法原理
遵循等速采样（图1）的原理，使进入采样嘴排气的流速等于测点排气的流速；采用滤膜替代滤筒，以减少捕获颗粒物介质的自重，GB/T16157中使用的1#滤筒自重约2g，3#滤筒自重约1g，而直径50mm的玻璃或石英纤维滤膜自重＜0.2mg。
由称重法确定颗粒物的质量，采集颗粒物的同时的抽气体积计算颗粒物浓度。
c
b
a
a.采样速度等于排气流速（测定颗粒物浓度等于测定排气中颗粒物浓度）
b.采样速度大于排气流速（测定颗粒物浓度小于测定排气中颗粒物浓度）
c.采样速度小于排气流速（测定颗粒物浓度大于测定排气中颗粒物浓度）
图1采样速度与测定排气中颗粒物浓度关系示意图
本标准的图3为采样系统示意图（图2），表明本标准适合于烟道内过滤采样法。
与方法GB/T16157-1996不同的是要求插入烟道的滤膜托架应根据烟气的条件进行加热并保持基本稳定的温度。
而美国EPA方法5和方法5I以及ISO12141标准等，均是要求在出现或可能出现水气冷凝的烟气条件下，采用烟道外过滤（图3）采样方法，并加热采样系统的滤膜托架箱等。
选择加热烟道内采样支撑滤膜的滤膜托架相对于在烟道外加热滤膜托架，在设计上要复杂些，但从采样操作上相对容易，特别是清洗沉积在滤膜前端部件内的沉积物，更为方便。
此外，德国标准VDI2066也规定应尽可能使用烟道内过滤的采样方法。
1.采样嘴；2.滤膜托架；3.S型皮托管；4.温度探头；5.温度测量；6.静压测量；7.压差测量；
8.支撑管（烟道内装置）；9.冷却和干燥系统；10.抽气单元和气体计量装置；11.关闭阀；
12.调节阀；13.泵；14.流量计；15.气体积流量计；16.温度测量；17.气压计。
图2烟道内过滤采样系统示意图
1.采样嘴；2.滤膜托架；3.S型皮托管；4.温度探头；5.温度测量；6.静压测量；7.压差测量；
8.支撑管（烟道外装置）；9.冷却和干燥系统；10.抽气单元和气体计量装置；11.关闭阀；
12.调节阀；13.泵；14.流量计；15.气体积流量计；16.温度测量；17.气压表。
图3烟道外过滤采样系统示意图
4.5采样的基本要求
本节涉及到采样工况、采样位置和采样点，基本与GB/T16157-1996的规定一致。
以下几条例外：
a.采样孔的直径。
GB/T16157-1996规定为不小于80mm，适用于探头滤膜托架不加热的烟尘采样器；ISO12141：
2002附录D建议测孔直径为125mm。
英国固定排放源测孔原直径为100mm，实施EN13284-1标准时改为125mm。
本标准规定测孔直径为125mm。
b.采样平台。
在GB/T16157-1996的基础上提出了更具体的要求（见附录A）。
特别强调在采样平台要设置低压配电箱，以满足采样时供电的需要。
4.6采样装置和仪器
无论是排气参数还是颗粒物（烟尘）采样器，只要符合国家相关标准的要求都可以使用。
本标准引用的标准为HJ/T48-1999和HJ/T76-2007。
a.本标准没有对使用采样嘴的直径做出具体的规定，基于：
●GB/T16157-1996第8.3.3.2条，采样嘴直径≥5mm。
●USEPA方法17第2.2.1条，采样嘴直径3mm~14mm。
●ISO12141：
2002第6.3.2条，采样嘴直径＞8mm。
●UKEAEN13284-1执行文件6.2.4条，采样嘴直径≥6mm。
给烟尘采样器的生产企业根据用户的需要，加工不同直径的采样嘴留有余地，也可按
GB/T16157-1996第8.3.3.2条的规定。
b.本标准对滤膜使用的温度范围，规格，捕集颗粒物效率提出了建议和规定。
●滤膜使用的温度范围。
参照了EN13284-1执行文件表1中的数据。
不同的标准给出了不同的数据，例如：
GB/T16157-1996第5.2条，玻璃纤维滤膜的适用温度为＜500oC；HandbookforemissionmeasurementsforMacedonia第4.2.1条，玻璃纤维滤膜的适用温度为＜550oC，石英纤维滤膜为≤950oC；
●规格。
ISO12141：
2002第6.3.1条，滤膜直径为50mm；USEPA方法5I第2.1条，滤膜直径为47mm；两种规格的滤膜本标准都认可。
国内生产的烟尘采样器有选用47mm，也有50mm直径的滤膜。
●捕集颗粒物效率。
GB/T16157-1996第8.3.3.3条，0.5μm的粒子的捕获效率不低于99.9%；USEPA方法17第3.1条，0.3μm的粒子的捕获效率不低于99.95%；ISO12141：
2002第6.2.2条，在预计的最大流量下，对平均粒子直径0.3μm和0.6μm的粒子（如气溶胶）的捕获效率不低于99.5%和99.9%。
本标准引用了ISO12141标准的指标。
标准要求由滤膜供应者提供颗粒物的捕获效率。
c.滤膜质量损失。
相对而言石英纤维滤膜较易损失附着在滤膜上的纤维。
研究表明在25L/min的流量下使用清洁的空气通过石英纤维滤膜5min，确定石英纤维滤膜质量的损失，表明预处理时质量有小的损失，增加抽气时间质量没有进一步的损失，没有经过处理的滤膜材料持续的损失，但损失量很少。
结果列表1。
表1石英纤维滤膜重量的损失
抽气流量和时间
滤膜类型
预处理后的损失/mg
滤膜类型
没有预处理的损失/mg
25L/min，5min
石英纤维
－0.09
石英纤维
0.03
石英纤维
－0.11
石英纤维
－0.06
25L/min，15min
石英纤维
0.01
石英纤维
升级会员 