環(huán)境空氣和廢氣樣品采集細(xì)節(jié)問題探討

楊芝慧，魏顯珍

（1.新疆卓凱新環(huán)境科技有限公司，新疆 烏蘇 833000；2.中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津 300191）

環(huán)境監(jiān)測是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要支撐，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是客觀評價(jià)環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢，反映污染治理成效，實(shí)施環(huán)境保護(hù)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等管理決策的基本依據(jù)。在環(huán)境監(jiān)測工作中，現(xiàn)場采樣是基礎(chǔ)和前提性工作，因?yàn)楝F(xiàn)場工作過程中所面臨的環(huán)境非常復(fù)雜，會(huì)受到很多因素的影響，只有不斷提高現(xiàn)場采樣操作的科學(xué)性和合理性，注意并合理把握好細(xì)節(jié)問題，才能確保樣本檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度、有效性和參考性。對采樣過程誤差的控制也是環(huán)境監(jiān)測工作的薄弱環(huán)節(jié)，樣品采集最為常見的誤差來源有檢測方法的選擇、現(xiàn)場工況的核查、采樣設(shè)備的校核檢查、監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)、采樣操作過程的規(guī)范化、樣品的保存和運(yùn)輸?shù)冗^程。

1 合理選擇檢測方法

1.1 檢測低濃度樣品的方法選擇

大氣環(huán)境的現(xiàn)場采樣工作，針對不同的污染源應(yīng)采用不同的檢測方法，在大氣環(huán)境中污染物濃度較高的情況下，一般采用直接采樣法，而對于濃度較低的情況，可以選擇使用濃縮采樣法、溶液吸收法或?yàn)V料阻留法。通常使用的現(xiàn)場監(jiān)測及便攜式檢測儀器檢出限相對化學(xué)分析法等實(shí)驗(yàn)室分析方法是比較高的，所以對某些濃度相對較低的大氣樣品進(jìn)行檢測時(shí)，如用現(xiàn)場儀器進(jìn)行采樣分析，則監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性均得不到有效保證，在這樣的情況下，應(yīng)采用化學(xué)分析法進(jìn)行有效的采樣分析[1]。

1.2 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)檢測方法的適用范圍

環(huán)境監(jiān)測方法修改或更新速度較快，一定要及時(shí)更新檢測方法，并注意各方法的適用范圍，分清適用的廢氣類型及濃度范圍，否則將得不到有效和準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。例如，監(jiān)測方法《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/T16157-1996）已經(jīng)修改，其修改單規(guī)定該方法只能出具大于20 mg/m3的數(shù)據(jù)結(jié)果，很多單位錯(cuò)誤使用GB/T16157-1996對低濃度顆粒物進(jìn)行檢測，對于排放濃度需要進(jìn)行折算的鍋爐和爐窯，監(jiān)測結(jié)果低于20 mg/m3時(shí)，出具了“＜20 mg/m3”的檢測結(jié)果，就不能確定折算后的準(zhǔn)確濃度，致使無法判斷是否達(dá)標(biāo)排放，如天津地方燃?xì)忮仩t的顆粒物排放限值為10 mg/m3，若結(jié)果出具“＜20 mg/m3”，則不能判斷是否達(dá)標(biāo)排放，所以出具小于20 mg/m3的低濃度顆粒物結(jié)果必須依據(jù)《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測定 重量法》（HJ 836-2017）方法進(jìn)行檢測分析。

2 使用富集方法采樣細(xì)節(jié)問題

2.1 溶液吸收采樣法

溶液吸收采樣法樣品的采集效率和溶解速度與氣泡在吸收液中的停留時(shí)間、氣泡的直徑以及吸收瓶的性能等有關(guān)。吸收液對樣品的溶解速度和穩(wěn)定性是需要注意的關(guān)鍵性問題，因?yàn)槲找杭氨徊杉娜芤壕哂蟹€(wěn)定性差的問題，極易受到空氣氧化，在陽光照射、溫度、濕度較高時(shí)，非常容易發(fā)生氧化分解。例如，氮氧化物、氨、甲醛等的采集要求避光，完成采樣后，對樣品進(jìn)行密封處理，特別是在炎熱的夏天，更需低溫冷藏保存運(yùn)輸，盡快分析樣本，避免各種外界因素影響檢測結(jié)果。

2.2 固體吸附劑富集

用此方法采樣時(shí)要注意采樣體積的確定。第一，在吸附劑一定的情況下，控制采樣的流量和時(shí)間，使采樣管內(nèi)吸附劑的后三分之一樣品含量少于總量的10%（對應(yīng)的采樣體積稱為穿透體積）[2]。穿透體積與樣品及吸附劑的性質(zhì)、樣品濃度及共存物、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、采樣流量等因素有關(guān)。要了解所采集樣品中含有多個(gè)組分，應(yīng)按吸附性最差的控制采樣體積；第二，最小采樣體積必須使樣品濃度大于分析方法的檢測限，采樣的目的是完成現(xiàn)場待測濃度和分析方法檢測限的匹配，一般根據(jù)兩倍的方法檢測限除以最高容許濃度確定最小采樣體積。因此，采樣體積應(yīng)小于采樣管穿透體積，大于最小采樣體積。

3 采樣器具準(zhǔn)備工作中的細(xì)節(jié)問題

（1）溶液吸收法采樣前應(yīng)檢查管路是否潔凈，及時(shí)清洗或更換。檢查所用吸收瓶的阻力和吸收效率是否符合要求，氣泡分散是否均勻；吸附管在使用前應(yīng)進(jìn)行老化，并抽取10%進(jìn)行空白和解吸附效率測試；及時(shí)更換儀器防塵濾膜和干燥劑，一般干燥器硅膠有1/2變色則需要更換。

（2）對采樣儀器裝置及容器進(jìn)行氣密性檢查，選取一定數(shù)量的吸附管按要求連接到采樣儀器上進(jìn)行氣密性檢查；現(xiàn)場采樣時(shí)需要對真空瓶、氣袋、注射容器等容器的氣密性進(jìn)行嚴(yán)格檢查，避免出現(xiàn)其他氣體混入、樣品丟失、漏氣等問題，有效保障樣品的可靠性。

（3）采樣前后都要用經(jīng)檢定合格標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)校驗(yàn)采樣系統(tǒng)的流量，流量誤差應(yīng)小于5%；使用經(jīng)檢定合格的孔口流量計(jì)等對顆粒物采樣器進(jìn)行流量檢查，當(dāng)流量示值誤差超過采樣流量2%時(shí)，應(yīng)對采樣器流量進(jìn)行校準(zhǔn)。采樣器的溫度測量示值應(yīng)用經(jīng)檢定合格的溫度計(jì)進(jìn)行檢查，誤差超過±2℃時(shí)對采樣器進(jìn)行溫度校準(zhǔn)；采樣器的壓力傳感器應(yīng)用經(jīng)檢定合格的氣壓計(jì)進(jìn)行檢查，誤差超過±1 kPa時(shí)應(yīng)對采樣器進(jìn)行壓力校準(zhǔn)[3]。

（4）采樣工具和容器的選擇應(yīng)建立在最可靠的對所分析組分有關(guān)的空白試驗(yàn)結(jié)果之上，有必要對采樣工具的任何部件（如導(dǎo)管、密封圈、金屬或塑料組件）是否對有關(guān)分析組分產(chǎn)生影響的情況進(jìn)行細(xì)致的評價(jià)和檢驗(yàn)。必須根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目的要求來選擇材質(zhì)合適的采樣工具和容器。容器材質(zhì)對環(huán)境樣品中某些組分的吸附作用導(dǎo)致樣品分析組分損失是不可忽視的誤差來源，例如，塑料容器可吸附有機(jī)質(zhì)和痕量金屬，大氣采樣的氣路管壁會(huì)吸附某些廢氣成分。

4 制定監(jiān)測方案的細(xì)節(jié)問題

根據(jù)項(xiàng)目污染源排放特性和周圍環(huán)境狀況及環(huán)境氣象條件確定采樣點(diǎn)位、時(shí)間和頻次。首先，環(huán)境空氣及無組織廢氣污染物的分布及濃度與周圍的地貌環(huán)境、氣象情況等自然條件息息相關(guān)。采集時(shí)一般針對需要采樣的地區(qū)特點(diǎn)選取同心圓和扇形布點(diǎn)法，并在不同海拔處布置采樣點(diǎn)位，擴(kuò)大數(shù)據(jù)的采集范圍。由于監(jiān)測對象的某些指標(biāo)在不同的時(shí)間和空間其濃度不同，因此必須在不同的時(shí)段并根據(jù)監(jiān)測的目的和監(jiān)測能力等因素來確定合理的采樣頻率，以便盡可能地反映監(jiān)測對象在時(shí)、空、量上的變化規(guī)律，以最低的采樣頻率，取得最有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)。對于監(jiān)測影響較大的雨雪天氣或有利于污染物擴(kuò)散和稀釋的其他氣象條件，如大氣不穩(wěn)定度為A、B，無明顯風(fēng)向或風(fēng)向變化超過±45°，風(fēng)速大于4.5 m/s，均不適宜進(jìn)行手工采樣廠界無組織監(jiān)測[4]。在采集環(huán)境空氣VOCs樣品時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)小于40℃，當(dāng)風(fēng)速大于5.6 m/s時(shí)，吸附管應(yīng)與風(fēng)向垂直放置，并在上風(fēng)向設(shè)置掩體。對敏感點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，敏感點(diǎn)應(yīng)處于污染源的下風(fēng)向。

5 選擇采樣斷面細(xì)節(jié)問題分析

采樣斷面盡量選擇在氣流平穩(wěn)、塵粒分布均勻的位置，避開煙道的彎頭、閥門和變徑管等處，實(shí)際監(jiān)測中還要考慮采樣安全、采樣人員所處工作環(huán)境、勞動(dòng)強(qiáng)度等問題進(jìn)行綜合分析，從而確定采樣斷面。有時(shí)由于采樣現(xiàn)場條件的限制，找不到理想的斷面，應(yīng)當(dāng)增加采樣點(diǎn)數(shù)量。例如，有多臺(tái)鍋爐共用一個(gè)大型煙囪排放廢氣和煙塵，其各臺(tái)鍋爐除塵器后都有一段平整的水平煙道通向共用煙道的情況，應(yīng)考慮將采樣斷面選在各水平煙道上，因?yàn)榇笮蜔焽枭系牟蓸哟嬖跓煔饬魉俚秃团月仿╋L(fēng)等問題而影響采樣的準(zhǔn)確性，還可能存在安全問題。采樣斷面位于引風(fēng)機(jī)前的采樣應(yīng)將采樣管插入煙道中，先對距離采樣孔最遠(yuǎn)的采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，然后逐個(gè)采至最近的一個(gè)點(diǎn)，采樣結(jié)束時(shí)迅速封閉采樣氣路，從煙道中快速取出采樣管。如果必須把采樣孔開在水平煙道的上部，采樣時(shí)需要采樣管頭部朝下插入煙道才能進(jìn)行。采樣結(jié)束停止抽氣后，濾筒中粒徑較大的塵粒在重力作用下會(huì)向下墜落損失，造成誤差。因此，應(yīng)在采樣結(jié)束前兩秒內(nèi)提前把采樣管從煙道中取出，并將采樣管頭部保持向上放置。

6 運(yùn)行工況核查中的細(xì)節(jié)問題

監(jiān)測采樣應(yīng)在生產(chǎn)工況運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行，并有專人負(fù)責(zé)對工況進(jìn)行監(jiān)督，常見的工況核定方法如表1所示。另外，通過煙溫可粗略判斷鍋爐或爐窯的運(yùn)行工況，如果發(fā)現(xiàn)煙氣溫度有很明顯的向上漂移增高或者向下滑落降低現(xiàn)象，鍋爐系統(tǒng)可能正處于升溫階段或停止輸進(jìn)燃料，都說明工況尚不穩(wěn)定；出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)當(dāng)停止采樣，待鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定正常后再進(jìn)行采樣監(jiān)測。

表1 常用的工況核定/統(tǒng)計(jì)方法

7 結(jié)論

由于環(huán)境空氣和廢氣的組成、現(xiàn)場氣象條件及局地流場變化均相對復(fù)雜，為保證環(huán)境監(jiān)測的效率，人們需要明確大氣采樣的具體目標(biāo)。環(huán)境監(jiān)測實(shí)施現(xiàn)場采樣時(shí)，所選用的技術(shù)和方法、運(yùn)用的儀器、操作的技術(shù)手段和方法等，都對現(xiàn)場采樣的質(zhì)量影響很大。樣品的選取、采集涵蓋了很多方面的內(nèi)容，需要了解不同類型物質(zhì)現(xiàn)場采樣的需求，分析采樣過程中的相關(guān)問題，并針對性制定對策，完善注意事項(xiàng)，做好采樣準(zhǔn)備，科學(xué)實(shí)施采樣舉措，這樣才能提升采樣結(jié)果的可靠性，提升環(huán)境監(jiān)測的實(shí)效性。