固体颗粒物

2023年12，工业和信息化部联合生态环境部发布了《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2023年版）》（简称《目录》）。《目录》共包含开发、应用、推广3个技术阶段的158项重大环保技术装备，涵盖了大气污染防治、水污染防治、土壤污染修复、固体废物处理、噪声与振动控制、环境监测专用仪器仪表等10个主要细分领域。力合科技“环境空气颗粒物组分自动监测系统”成功入选重大装备目录推广类-环境监测专用仪器仪表。《目录》的制定发布，旨在加快先进环保技术装备研发和应用推广，提升环保装备制造业整体水平和供给质量，是国家对环保技术装备技术创新能力、工艺技术、推广前景的综合评定。环境空气颗粒物组分自动监测系统 环境空气颗粒物组分自动监测系统基于《颗粒物源解析技术指南》等标准规范研发，系统通过自动采样装置和切割器，对环境空气中的细颗粒物（PM2.5）进行采集，检测系统对采集的细颗粒物进行自动检测，分析颗粒物中水溶性离子、无机元素成分和碳质组分（OC、EC）的含量，结合区域颗粒物污染综合分析、城市颗粒物精细化污染解析、污染过程动态污染解析等技术，实现大气精细化污染成因分析。近年来，力合科技不断提升大气环境全参数污染因子监测能力，构建和完善面向全国的技术支持网络，开发了具有自主知识产权的常规六参数、环境空气颗粒物组分监测、激光雷达、走航监测等大气自动监测系统，建成了“空天地”一体化大气环境监测体系；创新了大气污染管控监管服务模式，开发了配套数据模型与应用软件，逐步实现了“数据制造”向“数据应用”延伸，为城市大气污染精准管控提供了有力的决策支持。未来，力合科技将以入选《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》为契机，以助力国家实现双碳目标实现为出发点，持续提升在大气监测和碳监测方面的自主创新能力，不断提升仪器装备的国产化水平，在大气监测产品推广应用和完善全国技术服务网络方面持续发力。

p　　湿法脱硫是中国燃煤烟气主要的脱硫方法，中国绝大多数的燃煤电厂，工业燃煤锅炉、采暖热水锅炉、烧结机、玻璃窑使用这种方法脱硫，每年脱除的二氧化硫高达数千万吨，大大减少了大气中的二氧化硫浓度，因而减少了酸雨和在大气中碱性物质与二氧化硫合成的硫酸盐颗粒物。/pp　　但是，近年来，各地逐渐发现，大气中硫酸盐颗粒物在PM2.5中所占的比例显著升高，经常成为非采暖季大气中PM2.5的主要成分，很可能就是采暖季大气污染的罪魁祸首。从逻辑上讲，因为燃煤烟气大规模地脱硫，使得大气中二氧化硫的浓度降低了，在大气中合成的硫酸盐会大大降低。那么大气中这么多的硫酸盐是哪里来的?莫非是什么设备把硫酸盐排到了大气中?/pp　　我们在一个燃煤烟气污染治理可行性研究的调查工作中发现，湿法脱硫工艺产生了大量极细的硫酸盐，排放到大气中。而同一时期，很多专业人士也发现了这个问题。某省的一位专业环保官员告诉我，这种湿法脱硫工艺产生的烟气颗粒物，还有一个俗称，叫“钙烟”。/pp　　那么湿法脱硫工艺是如何产生极细的硫酸盐的?我下面试图用科普方式来解释。/pp　　燃煤烟气中的主要大气污染物是颗粒物、二氧化硫和氮氧化物。当然还有一些次要颗粒物，如汞等重金属。一些特殊的燃煤或固体燃料的燃烧过程如烧结机和垃圾焚烧，还会产生其它的污染物，如氟化氢、氯化氢、二恶英等，篇幅所限本文暂不涉及。/pp　　大部分燃煤烟气污染物减排的主要任务就是除尘(去除颗粒物)、脱硫(去除二氧化硫)和脱硝(去除氮氧化物)。/pp　　一般来说，在烟气污染物减排过程中脱硝是第一道工艺，因为除了低温脱硝工艺外，一般的脱硝工艺采用锅炉内(900~1100℃)的高温脱硝方法——非选择性催化还原法(SNCR)，或者锅炉外(300~400℃)的中温选择性催化还原法(SCR)。这两种方法都需要加氨水或尿素水作为还原剂。氨逃逸就在此时发生，氨逃逸量与氨喷射和控制技术有关，同时也与要求氮氧化物脱除的排放上限成反比。在技术相同的情况下，要求排放的氮氧化物越少，氨的使用量就越多，逃逸量也就越多。氨逃逸会在湿法脱硫环节惹麻烦。/pp　　脱硝后，就开始进行烟气的换热降温，以回收烟气中的热量。一般先通过省煤器，将锅炉的进水加热，而后再经过空气预热器，将准备进入到锅炉里燃烧煤炭的空气加热，经过这两道节能换热过程后，烟气的温度下降到100℃左右，就开始进入第二道工序，除尘，即去除颗粒物，一般采用静电除尘或袋式除尘工艺。如果设计合理，设备质量合格，一般情况下，静电除尘器可以将烟气中的颗粒物浓度降至5毫克/立方米以下，袋式除尘器甚至可以将烟气中的颗粒物浓度降至1毫克/立方米以下。今天，除尘技术已经非常成熟。/pp　　烟气经过除尘后，就开始了第三道减排工艺，脱硫。湿法脱硫是现在中国普遍采用的脱硫方法。大部分湿法脱硫工艺是使用脱硫塔，把大量的水与石灰石(主要成分为碳酸钙)粉或生石灰粉(生石灰粉的主要成分是氧化钙，与水反应生成后的主要成分是氢氧化钙)混合，形成石灰石或熟石灰碱性乳液，从脱硫塔的上部喷洒，这些液滴向脱硫塔下滴落 在风机的作用下，含有大量二氧化硫的酸性烟气则从下向上流动，碱性乳液中的石灰石或熟石灰及其它少量的碱性元素(如镁、铝、铁和氨等)与二氧化硫的酸性烟气相遇，就生成了石膏(硫酸钙)及其它硫酸盐。由于石膏在水中的溶解率很低，因此，收集落到塔底的乳液，将其中的石膏分离出来，剩下的就是含有大量可溶性硫酸盐的污水，这些硫酸盐包括：硫酸镁、硫酸铁、硫酸铝和和硫酸铵等，需要去除这些硫酸盐后，污水才能排放或重新作为脱硫制备碱性乳液的水使用。/pp　　中间插一段儿：恰恰这些含有硫酸盐的污水的处理现在存在很大的问题。因为这些污水的处理耗资巨大，因此有很多燃煤企业或将这些污水未经处理排放到河流中，或者不经处理重新作为制备脱硫碱性乳液的水使用 前者严重地污染了水体，后者则将这些可溶盐排放到了空中(原因在下面解释)。我曾经去过一家企业考察燃煤锅炉，锅炉的运行人员告诉我们，锅炉污水零排放。一同考察的专家们讽刺到，污水中的污染物都排放到空中了。这个燃煤企业实际的做法是不对湿法脱硫产生的废水中溶解的硫酸盐做去除处理，而是将溶有大量硫酸盐的废水反复使用，还美其名曰，废水零排放。废水是零排放了，可溶性的硫酸盐倒是全都撒到天上了，每立方米的燃煤烟气中，有好几百毫克的硫酸盐，全都变成PM2.5了。还不如不做烟气脱硫处理呢!这就是经过几年的大规模燃煤烟气处理，大气中的PM2.5没有大幅度下降的原因!/pp　　接下来说：并不是所有的乳液都落到了塔底。因为进入到脱硫塔里的烟气温度很高，于是将大量的乳液液滴蒸发。越到脱硫塔的底部，烟气的温度就越高，乳液液滴的蒸发量就越大。不幸的的是，越到底部，乳液液滴中所含的硫酸盐也就越多(如果反复使用未经处理的含有大量硫酸盐的废水，则硫酸盐就更多了)，由于乳液液滴的蒸发速度很快，一些微小液滴中的可溶性硫酸盐来不及结晶，液滴就完全蒸发，因此析出极细的硫酸盐固体颗粒，平均粒径很小，大量的颗粒物直径在1微米以下，即所谓的PM1.0。当然乳液中最大量的固体还是硫酸钙(石膏)，不过其不溶于水，硫酸钙颗粒的平均粒径比较大。/pp　　这些含有硫酸钙颗粒和可溶盐的盐乳液的蒸发量非常巨大。对应一台100万千瓦的燃煤发电机组，在烟气脱硫塔中这些盐溶液的蒸发量每小时会达到100吨左右。因此，析出的极细颗粒物数量巨大。/pp　　这些极细的颗粒物随着烟气向脱硫塔上部流动，大部分被从上部滴落的液滴再次吸收和吸附(于是这些极细的颗粒物在脱硫塔中被反复地吸收/吸附和析出)，但仍有可观的残留颗粒物随着烟气从塔顶排出。需要说明的是，颗粒物的粒径越小，残留的就越多。/pp　　有人会有疑问，从塔顶喷洒的液滴密度很大，难道不能将这些极细颗粒物都洗掉?遗憾的是，不能。早先锅炉的烟气除尘就用过水膜法，即喷射水雾除尘，除尘效果很差。道理很简单，同样的颗粒物重量浓度，颗粒物的粒径越小，颗粒物的数量就越多，从水雾中逃逸的比例就越大。/pp　　烟气出了脱硫塔后，在早先的燃煤烟气处理工艺中，就算完成烟气处理工艺了，烟气经过烟囱排放到大气中，当然，那些在湿法脱硫过程中产生的大量的二次颗粒物——硫酸盐们，也随着烟气排放到大气中。其中石膏颗粒物粒径较大，于是就跌落在距烟囱不远的周围，被称为石膏雨。那些粒径较小的可溶盐，则随风飘向远方，并逐渐沉降，提高了广大地区大气中颗粒物的浓度。烟气中的颗粒物浓度常常达到几百毫克/立方米，比起脱硫前烟气中的颗粒物，增加了好几倍甚至几十倍。所以有人讽刺，湿法脱硫把黑烟(烟尘)和黄烟(二氧化硫)变成了白烟(硫酸盐)。/p

p　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "为什么要针对低浓度颗粒物测定制定一个新标准?/span/pp　　目前，许多地方已根据政府工作报告中提出的“推进燃煤电厂低浓度排放改造”要求，确定了相关规定，明确颗粒物排放不得高于 10 mg/m3，某些省份规定不得高于 5 mg/m3。/pp　　我国现阶段颗粒物监测方法采用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》，在颗粒物浓度较低、烟气湿度较大的情况下，此方法易造成监测结果不准确，主要原因是：(1)沉积在采样嘴及采样管前段的颗粒物无法回收，导致结果偏低 (2)在湿烟气情况下长时间采样容易造成滤筒纤维损失或破损，产生的误差降低颗粒物采样准确度。/pp　　为解决这些问题，满足现行污染源排放的监测需求，总站制定了《固定污染源废气 低浓度颗粒物测定 重量法》标准。/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "低浓度颗粒物方法标准的技术路线是什么?/span/pp　　标准的技术路线为“烟道内过滤-恒温恒湿平衡-整体称重”。/pp　　烟道内过滤，就是在烟道或烟囱内对颗粒物进行等速采样，并将颗粒物截留在位于烟道或烟囱内的过滤介质上的方法。目前国际上主要有烟道内过滤和烟道外过滤两种方式，和烟道内过滤比，烟道外过滤存在仪器结构复杂，方法检出限高，现场工作量较大的缺点。/pp　　恒温恒湿平衡，就是样品在采样前后要在温度20± 1℃、湿度50± 5% RH的状况下稳定后称量，和以往的冷却干燥称量方式相比，恒温恒湿平衡可以有效减少称量波动，提高称量的稳定性。/pp　　整体称重，就是将滤膜封装在金属采样头内采样，并将采样头整体在采样前后进行称量的方式。这种方式能有效避免滤膜破损，并保证沉积在采样嘴及采样管前段的样品得到回收。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/c5fe7ff7-4aee-43fc-9f79-1fb023f4b0ec.jpg" title="微信图片_20170706105924.png"//pp style="text-align: center "整体式采样头结构图/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "这个标准的方法检出限是多少?/span/pp　　当采样体积为 1 m3(标准状态下的干废气)时，本标准方法检出限为 1.0 mg/m3。/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "什么是测量系列?/span/pp　　本标准提出了测量系列的概念，测量系列指在工况基本相同、污染处理设施保持稳定运行的条件下，在同一采样平面内进行的一系列测量。也即是说，测量系列内的样品，采集时的锅炉和污染处理设施运行是基本相同的。/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "什么是全程序空白?它有什么意义?/span/pp　　本标准提出了全程序空白的概念，全程序空白指除采样过程中采样嘴背对气流不采集废气外，其它操作与实际样品操作完全相同获得的样品。/pp　　采样全程序空白时，采样嘴应背对废气气流方向，采样管在烟道中放置时间和移动方式与实际采样相同。全程序空白应在每次测量系列过程中进行一次，并保证至少一天一次。为防止在采集全程序空白过程中空气或废气进入采样系统，必须断开采样管与采样器主机的连接，密封采样管末端接口。/pp　　全程序空白是一种质控措施，是衡量样品在测定过程中是否受到污染的一种手段。任何低于全程序空白增重的样品均无效。全程序空白增重除以对应测量系列的平均体积不应超过排放限值的10%。另外，颗粒物浓度低于方法检出限时，对应的全程序空白增重应不高于 0.5 mg，失重应不多于 0.5 mg。/pp　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "什么是同步双样?同步双样的意义是什么?/span/pp　　本标准提出了同步双样的概念，可作为衡量测定是否准确的一种质控措施。同步双样是指固定污染源颗粒物测量过程中，使用同一测量系列(使用同一采样孔采样时)或在同一时间使用两个对称的测量系列(使用不同的采样孔时)得到的两个样品。/pp　　也就是说，同步双样的两个样品在采集过程中的任何时刻均处于大致相同的位置(同一采样孔)或烟气状态基本相同、对于烟道采样平面基本对称的位置(不同采样孔)。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/632eeb9a-5c45-4487-9709-3c4efa06f35d.jpg" title="微信图片_20170706105930.jpg"//pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/3746759c-aebf-4554-acf4-fc2c9109524d.jpg" title="微信图片_20170706105934.jpg"//pp style="text-align: center "strong采样头现场安装/strong/p