1、 固定污染源废气 颗粒物的测定 射线法 (征求意见稿 ) 编制说明 编制组 2016 年 2 月 1 项目背景 . 3 1.1 任务来源 . 3 1.2 工作过程 . 3 2 标准制修订的必要性分析 . 4 2.1 颗粒物的环境危害 . 4 2.2 相关环保标准和环保工作的需要 . 5 3 国内外相关分析方法研究 . 5 3.1 国外相关标准分析方法的应用情况 . 5 3.2 国内相关分析方法研究 . 6 3.3 国内外标准与本方法关系 . 7 4 标准制修订的基本原则和技术路线 . 7 4.1 标准制修订的基本原则 . 7 4.2 标准的适用范围和主要技术内容 . 7 4.3 标准制修订的技
2、术路线 . 8 5 方法研究报告 . 8 5.2 方法原理 . 9 5.3 干扰和消除 . 10 5.4 仪器和设备 .11 5.4.1射线法颗粒物测定仪 .11 5.4.2 要求 . 12 5.5 监测位置和监测点 . 12 5.5.1 测定位置 . 12 5.5.2 测定孔、测定点位置和数目 . 12 5.6 样品测定 . 12 5.6.1 测定位置和测定点 . 12 5.6.2 仪器准备 . 12 5.6.3 定点测定 . 12 5.6.4 多点测定 . 12 5.6.5 测定结束 . 13 5.7 颗粒物浓度计算和表示 . 13 5.7.1 颗粒物浓度 . 13 5.7.2 标准状态下
3、干废气排放量 . 13 5.7.3 颗粒物排放速率 . 14 5.7.4 颗粒物排放浓度 . 14 5.8 质量保证和质量控制 . 14 6 方法验证 . 14 6.1 方法验证方案的制订 . 14 6.2 方法验证方案内容 . 15 6.3 方法验证过程 . 16 6.4 方法验证报告 . 17 参考文献： . 17 附件：方法验证报告 . 18 1 项目背景 1.1 任务来源 2015 年 8 月，河北省环境保护厅向河北省环境监测中心站下达了起草固定污染源 颗粒物的测定 射线法方法标准的任务。 国家环保产品质量监督检测中心、廊坊市环境监测站、秦皇岛市环境保护监测站、霸州市环境监测站、迁安市
4、环境监测站、河北浦安环境检测有限公司协作；霸州市京博工程机械有限公司提供支持。 1.2 工作过程 第一阶段：成立标准编制小组。 本项目任务下达后，我站立即着手成立标准编制小组，同时选择了国家环保产品质量监督检测中心、廊坊市环境监测站、秦皇岛市环境保护监测站、霸州市 环境监测站、迁安市环境监测站、河北浦安环境检测有限公司协作；霸州市京博工程机械有限公司提供支持。成立了标准编制小组。同时，标准编制小组完成了项目任务书和合同的填报。 第二阶段：查询国内外相关标准和文献资料。 标准编制小组成立后，随即展开相关资料和标准的调研工作，对国内外有关“颗粒物的测定 射线法”的标准内容、包括测定原理、测定装置、
5、测定程序、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颗粒物测定设备的工作原理、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进行研究比较，对国内固定污染 源排放的相关法律、法规和政策进行分析研究，收集国内外关于颗粒物测定的文献资料，分类归纳。 第三阶段：开题论证，确定标准制订的技术路线。 在广泛查阅、调研、实验研究的基础上，结合国内的使用情况，初步确定了方法适用范围、方法测定范围等，并在此基础上编写了开题论证报告和初步的标准草案。 2015 年 10 月，河北省环境监测中心站在廊坊霸州组织召开了本标准的开题论证会。论证委员会听取了标准开题论证报告和标准初稿内容介绍，经质
6、询、讨论，形成了论证意见主要有：一、该方法已有相应的技术基础，具有快捷、便利的特点，是重量法 测定颗粒浓度方法的有益补充，适应了河北省固定污染源废气中颗粒物的监测需求，对提升河北省环境监测能力，推动节能减排具有重要意义；二、申报单位具有扎实的技术基础，已进行大量实验验证，提供的资料丰富，提出的总体思路和技术路线可行。论证委员会通过了该标准的开题论证，并提出了具体修改意见和建议。 第四阶段：开展实验研究工作，组织方法验证。 按照开题报告会确定的研究内容和技术路线，标准编制小组开展了方法研究实验，确定和完善了标准草案初稿的各项技术内容和方法验证实验方案。 2016 年 1 月，标准编制组组织方法验
7、证单位， 在河北省霸州市正式开展了方法验证实验；根据各实验室的验证结果，编制完成了方法验证报告。 第五阶段：编写标准征求意见稿和编制说明（含方法验证报告）。 在研究实验和验证实验的基础上，标准编制组不断补充和完善方法草本的各项内容，编制完成了初步的征求意见稿和编制说明（含方法验证报告）。 2 标准制修订的必要性分析 2.1 颗粒物的环境危害 颗粒物或尘，是指燃料和其他物质在燃烧、合成、分解以及各种物质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。各项研究表明，长期接触空气中的污染颗粒会增加患肺癌的风险 ，颗粒或其他空气污染物短期内浓度上升，会增加患心脏病的风险。欧洲流行病学家发现
8、，肺癌与局部地区的空气污染颗粒有明显的关联，即使污染水平短暂升高 -类似城市发出雾霾警告的同时，也会使心力衰竭住院或死亡的风险上升 2%-3%。鲁晟等人 1对燃煤电厂烟气中颗粒物粒径分布特征的研究表明，燃煤电厂经除尘后排放的烟气以 PM10和 PM2.5 为主。而粒径小于 2.5 m以下的部分，可直接达到人类肺部进入肺泡，并可能进入血液通往全身，颗粒物富集大量有毒重金属和有害有机物，并且粘附细菌和病毒。颗粒物不仅影响人类身体健康，对 植物也会造成危害。早在 1974 年，中国医学科学院科学研究所就对国内电厂的烟尘排放进行了研究，发现火电厂烟尘对农作物也会产生危害，傅嘉媛等 2按照某电厂扩建工程
9、预测的降尘量，采用模拟试验的方法，研究烟尘对大白菜的生物学性状、生理功能、产量和品质均有不同伤害程度。针对目前的情况开展此类方法的标准制定是十分必要的。 2.2 相关环保标准和环保工作的需要 近 期国家和我省相继颁布实施了严格的固定污染源排气中颗粒物排放标准限值，固定污染源颗粒物排放浓度是我国节能减排重点控制的污染物指标，我省部分地区执行特别地区排放限 值标准，颗粒物特别排放限值为 20mg/m3。根据河北省燃煤电厂超低排放升级改造专项行动方案要求，我省燃煤机组在 2015 年底前全部实现超低排放，即颗粒物排放浓度降至 10mg/m3 以下。 随着环境管理日趋严格及环境污染治理技术不断进步，尤
10、其是全国大气污染源自动监测工作已全面展开，针对脱硫后管道内颗粒物浓度低、温度低、湿度高的“二低一高”状况，国内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/T 16157-1996)，严格意义而言，该方法仅适用于颗粒物质量浓度高于50mg/m3 情况下的监测，测定低于 50mg/m3 的颗粒物时误差较大，该方法规定颗粒物捕集介质为滤筒，滤筒为柔性外表，在烟道内颗粒物浓度低、温度低、湿度高的“二低一高”的环境下，加之采样过程比较复杂，容易造成系统误差，在低浓度颗粒物采样和分析中，对测定结果影响较大。 随着大气固定污染源颗粒物允许排放限值越来越低，固定污染源排气中
11、颗粒物测定与气态污染物采样方法 (GB/T 16157-1996)颗粒物手工采样重量法逐渐暴露出不适应测定低浓度颗粒物的缺陷。因此，研究一种更为科学的固定污染源颗粒物测定方法显得尤为重要。 目 前，射线法已广泛应用于环境空气中 PM10、 PM2.5 的监测，且技术已较为成熟。此方法原理不受粉尘粒子大小、粉尘粒子密度的影响，特点为快速监测，直接读数，操作简便，耗材少，维护量小，可以有效降低人工误差。但是，针对固定污染源颗粒物的测定，国内外尚无现行的标准，本标准弥补了此空白，且是滤膜法、滤筒法的有益补充。 3 国内外相关分析方法研究 3.1 国外相关标准分析方法的应用情况 射线法测定废气（环境空
12、气）中颗粒物的技术在国外发达国家已开展了研究，所涉及的主要方法标准如下： (1) Ambient air-Measurement of the mass of particulate matter on a filter medium-Beta-ray absorption method (ISO 10473:2000) 译文：环境空气中颗粒物的测定 射线吸收法。 (2) Stationary source emissions-Determination of low range mass concentration of dust-Part 2: Automated measuring sy
13、stems (BS EN 13284-2:2004) 译文：固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 第二部分：自动监测系统。 (3) Stationary source emissions-Quality assurance of automated measuring system (BS EN 14181:2004) 译文：固定污染源废气 自动监测系统质量保证。 (4) Air quality-Certification of automated measuring systems-Part 3: Performance criteria and test procedures for aut
14、omated measuring systems for monitoring emissions from stationary sources (BS EN 15267-3:2007) 译文：空气质量 自动监测系统的认证 第三部分：固定污染源排放自动监测系统的性能标准和测试程序。 标准（ 1）描述了射线法测定环境空气中颗粒物的测定过程和分析方法，其原理与射线法测定固定污染源颗粒物相同。 标准（ 2）和标准（ 3）描述了固定污染源颗粒物测定自动监测系统的质量保证。 文 献（ 4）描述了废气中颗粒物的测定装置和测定过程，并对不同方法进行了比较分析，包括射线法、光散射法等。 固定污染源排气中颗粒
15、物射线法是污染源监测方法的一种， 应用于便携式现场监测仪。通过查阅相关文献， 国外涉及到射线法为环境空气质量监测，与本方法具有相同的原理，本标准是建立在对国外此类方法标准参考的基础上建立起来的，更加符合我国固定源排气测定的相关条件。 3.2 国内相关分析方法研究 国内固定污染源颗粒物的测定方法标准有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）， 工业炉窑烟尘测试方法（ GB9079-1988）、锅炉烟尘测试方法（ GB5468-1991）、固定污染源烟气排放监测系统技术要求及检测方法（ HJ/T 76-2007）、烟尘采样器技术条件（ HJ/T48-1999
16、）。 目前，国内大部分标准方法均将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）作为测定固定源颗粒物浓度的标准方法，尚无射线烟尘测定仪的原理与固定污染源排放检测方法。国内已有多家企业开展了传感器式快速烟尘测试仪的研究，验证实验采用了霸州市京博工程机 械有限公司和北京地海云天相关的产品。 3.3 国内外标准与本方法关系 国内外相关标准为本标准的制订提供了基础， 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提供了在颗粒物采样方面的相关要求， ISO 10473:2000) Ambient air-Measurement of the
17、mass of particulate matter on a filter medium-Beta-ray absorption method ， BS EN 13284-2:2004) Stationary source emissions-Determination of low range mass concentration of dust-Part 2: Automated measuring systems，提供了该方法的理论依据。 4 标准制修订的基本原则和技术路线 4.1 标准制修订的基本原则 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
18、气态污染物采样方法 (GB/T16157-1996)基础上 ,按照国家大气污染防治行动计划的有关要求， 同时参考国内外相关文献，在我国现有标准、规定和各监测站的技术经验的基础上，结合我省实际情况和当前世界的科学技术水平，修订本标准。 4.2 标准的适用范围和主要技术内容 有关颗粒物的测定射线法的技术要求是对国内有关固定污染源颗粒物测定及采样方法标准、固定污染源烟尘采样器的行业标准、国外低浓度颗粒物的测定方法标准、征求仪器厂商代表意见等的调研、分析基础上制定，其相应的技术要求的检测方法是对具有应用前景的方法进行试验验证的基础上制订。 为切实加强本标准的实施，规范我省固定污染源低浓度颗粒物测定方法
19、的规范，促进低 浓度颗粒物测定水平的提高和数据的有效性，更好地为环境管理、环境决策服务。各级环境监测站及其他环境监测机构工作人员及相关企业应按照本标准执行。 4.3 标准制修订的技术路线 （ 1）查阅期刊文献、国内和国际标准化组织的标准文本。 （ 2）完成标准的开题报告提交河北省环保厅科技处，组织专家论证，确定技术路线，拟定实验方案； （ 3）参照有关的基础标准或者规范技术要求，编制国家标准文本草案，同时编制标准文本制订的说明。提交标准文本和编制说明的征求意见稿； （ 4）征求意见稿上报河北省环保厅科技处，环境保护相关机 构、科研院所、大专院校等公开征求意见； 5 方法研究报告 下达制订任务
20、组成标准编制组 开展调研工作 文献资料调研 相关标准调研 烟尘测定仪调研 编写开题报告并论证 编写标准草案，编制说明 标准草案验证及修改 标准草案审查 提交标准文本报批稿 经行政审查，标准发布 掌握最新相关性研究 验证 不同污染源测试验证 5.1 方法研究的目标 射线法作为一种成熟的质量测试技术已广泛应用到料位计等质量监测仪器中。 本方法研究目标是制定测定固定污染源排气中颗粒物的射线法。 方法适用于固定污染源排气中颗粒物的瞬时监测。编写相关测试说明及验证报告试验仪器检出限、准确度测试选择标准组提供的循环风洞，利用 GB/T16157 方法进行标定， 选用两个生产厂家的仪器进行测试验证，现场测试
21、验证 6 家实验室仪器精密度。 测试按照 HJ168-2010 的有关规定，通过研究和实验验证，本标准明确了监测方法的检出限、精密度、准确度等，满足我国现行的关于固定污染源排放颗粒物标准的测定要求。 方法检出限： 按照 HJ168-2010 的有关规定，在标准编制组提供的循环风洞，选取洁净环境空气为零气进行样品测试，按本方法操作步骤及流程进行 7 次平行测定：该方法检出限为0.240.35 mg/Nm3，选用其中最大并且取整，本标准将射线法测定颗粒物的检出限定为 0.4 mg/Nm3。 本标准的方法精密度： 6个实验室对 3种浓度水平的气流： 1 号风洞（ 100mg/m3）、 2号风洞（ 3
22、0-80mg/m3）、3 号风洞（ 20-50 mg/m3）进行测定： 实验室内相对标准偏差分别为： 0.3%2.2%、 0.8%3.7%、 1.6%7.7%； 实验室间相对标准偏差分别为： 3.08%、 4.50%、 3.89%； 重复性限分别为： 4.4 mg/Nm3、 3.2 mg/Nm3、 2.5 mg/Nm3； 再现性限分别为： 12.4 mg/Nm3、 7.3 mg/Nm3、 2.5 mg/Nm3。 本标准的方法准确度： 6个实验室对 3种浓度水平的气流： 1号风洞（ 100mg/m3）、 2号风 洞（ 30-80mg/m3）、3 号风洞（ 20-50 mg/m3）进行测定： 相对
23、误差分别为： 0.00%8.70%， 7.69%21.15%， 10%20%。 相对误差的最终值为： 3.86% 3.20%， 11.54% 5.01%， 15.00% 4.47%。 5.2 方法原理 测定时，将采用电离室结构的射线传感器放入烟道内，进气口正对气流方向，保证排气等速通过电离室。电离室中一定能量的射线通过物质时会与物质中的原子或原子核相互作用，引起能量衰减，能量衰减量与物质的质量成比例。通过射线能量衰减量计算物质的质 量，通过物质的质量和电离室的体积计算颗粒物的浓度。 m-0 meII (1) 式中： I 经过物质时的强度 ,eV； 0I 起始辐射强度 ,eV； m 质量衰减系数； m 质量， g。 5.3 干扰和消除 烟道内湿度较大时，废气中的颗粒物和水汽容易在传感器内表面沉积，对本测定方法的零点产生干扰，因而须对传感器定期清理及零点校准。传感器必须附带温度补偿电路，消除温度使传感器内部体积变化的影响。对于湿法脱硫后烟气中颗粒物浓度的测定时间，应控制不大于 3 分钟，并在测定完成后立即清除传感器内的凝结水。
