盛重义  南京师范大学环境学院副教授

一、可凝结颗粒物的范畴

可凝结颗粒物对参加今天这个会议的专家来说肯定不是陌生事物，提了很多年，最近我们课题组也发表了一些相关论文。学术圈对何为可凝结颗粒物没有什么争议，一般采纳美国EPA的定义，指排放后在很短时间内凝结为固态或者液态的颗粒物，但我觉得这个定义并不能够很准确来定量。我这段时间一直在思考可凝结颗粒物到底是什么。

从目前检测可过滤颗粒物FPM来说，一般采用0.3微米的滤膜。那么是不是可凝结颗粒物是指小于0.3微米的颗粒物呢？显然不是，因为可凝结颗粒物的定义不是这样的。我这里有两点疑问：

1、总的颗粒物是不是就是FPM+CPM？一般论文把总的颗粒物叫TPM，等于FPM+CPM。按照可凝结颗粒物的定义，烟道内气态，排出来数秒内变成固态和液态。但大量文献报道表明，可凝结颗粒物里面有钙、钠、镁等阳离子，而这些阳离子在烟气排放的温度条件下（50-60℃），肯定不可能是气态。那么这些物质是不是CPM？为什么我们的检测的CPM里面又有这些离子存在？因此我觉得CPM的范畴值得探讨。

2、报告中9个燃煤电厂CPM的数据采用美国202方法测的，测出来的数据还是蛮大的。这9个电厂很有代表性，它都是超低排电厂，也都是在2+26城市群中。从这些数据来看，明显的看到，CPM要比FPM多，基本上都是好几倍的关系。这样一来把两部分数据相加，发现TPM的数据几乎都超过了超低排颗粒物标准，即10mg/m3。所以如果把CPM算进去，真正能做到10 mg/m3的电厂还是比较少的。

这个是测试时的机组运行工况，这9个机组是运行的比较好的。我们测的不止这9个电厂，也有CPM数据比这个大得多的。这张PPT是CPM的组成，可凝结颗粒物它到底包含什么，国内很多的课题组都在研究，包括浙大、山大、清华等，一般认为，CPM里面包括有机部分和无机部分。

目前来看燃煤电厂CPM有机部分占的比例较大，基本上都超过了50%。但是这一部分有机物且不说它对环境的影响，仅对成分的定性和定量目前做的还不够，主要原因是浓度很低，而且种类非常多。国内浙大热能研究的较为深入，但也只能把有机物进行归类研究，比如说按照环的个数来分类并定量。如果后续要控制CPM，这部分有机物是一定要引起关注的。

再看无机的成分。我们列了9种水溶性离子。我们发现9种成分里面含量较多的阴离子有硫酸根离子、氯离子和硝酸根离子，阳离子较多的是钙离子和氨根离子。水溶性离子的数值大概在0.1-5mg/m3这个范围。

接下来我们讨论下可凝结颗粒物中阳离子的来源。颗粒物里面的阳离子，钠、钾、镁等在粉尘里，为什么到了可凝结颗粒物里？按照USEPA的定义，CPM里不应该有这些离子，因为这些离子在烟囱出口的烟气里不可能是气态。但是我们测出来是有的，为什么呢？因为我们现在用的可凝结颗粒物检测方法，是采用美国202标准的冲击冷凝法，收集过程是一个冷凝过程，在这个冷凝过程中，收集冷凝液和尾部0.3微米滤膜中的物质，把这两部分物质的量相加后再折算成烟气CPM浓度。

实际上，采用USEPA的202标准测出来的物质，超过了我们CPM的范畴，所以我们才会测出大量的水溶性离子。冷凝时，烟气中的亚微米的粒子如PM0.3，会发生凝并，这就是CPM中除了氨根以外的阳离子来源。按照我们采用的USEPA的202标准，可以把FPM测量时漏掉的那部分污染物全部测出来。

我有以下的思考：

第一，鉴于此，我们可以认为对于CPM的检测方法，冷凝法比稀释法更准确，因为我们需要获得准确的排放总清单，而不仅是定义出来的CPM。

第二，烟气中的二氧化硫和CPM水溶性中的硫酸根离子有没有关系？美国202方法在测试的时候有一个吹氮过程，要把溶解态的二氧化硫吹掉，因为溶解态的二氧化硫不是CPM。那么在冷凝降温过程中烟气中的二氧化硫会不会对CPM中的硫酸根离子产生影响呢？

首先我们做了一个相关性的分析，发现CPM中的硫酸根离子和二氧化硫浓度没有明显的相关性。

然后我们在实验室做了一个模拟烟气冷凝降温实验，瞬间给湿烟气降温，从200℃分别降到75、60和5℃，并检测硫酸根的数据：

1、仅有二氧化硫和水存在的条件下，降温时，湿度越大硫酸根就越多。

2、二氧化硫和氮氧化物同时存在的条件下，硫酸根浓度和第一种情况相当，但是加入氨以后，硫酸根离子会大幅增加。这个试验也从侧面证明，二氧化硫在高湿度快速冷凝过程中会变成少量硫酸根离子，当有了氨以后，浓度会大幅增加。

另外一个就是硝酸根离子，硝酸根离子和硫酸根离子有区别，并没有硫酸根离子那么明显的规律，硝酸根离子浓度较低，大概在0.1-0.5mg/m3左右。烟气中有了氨以后，虽然它的影响并没有像硫酸根那么大，但是硝酸根离子的浓度也还是会增加。

有以下思考：

第一，我们真正要测的是燃煤烟气中全部的污染物（颗粒物），要把被忽略的污染物测准。

第二，实验室模拟试验证明二氧化硫和氮氧化物在快速降温条件下，它也会部分变成我们所说的CPM水溶性离子，这一部分离子要不要去监测它？要不要作为指标来考虑？因为本身它是气态污染物，如果说我不是快速降温，这些气态污染物已经被测到了，但是在快速降温中变成水溶性离子，这一部分物质怎么办？

第三，模拟烟气发现排烟温度、降温幅度、湿度和氨气会促进硫酸根和硝酸根离子的生成。

二、可凝结颗粒物监测

到底什么方法才适合用来检测CPM呢？那要看我们到底是想测什么？是CPM还是除了FPM以外的被忽略的污染物？我认为应该包括以下三种物质：

第一，降温过程中发生相变的物质，如三氧化硫，在降温过程中相变结露，形成气溶胶。

第二，降温过程中发生凝并的颗粒物，如PM0.3。

第三，在降温过程中进入冷凝液滴并发生化学反应的物质，比如二氧化硫、氮氧化物、氨等。

虽然第三类物质，在气态污染物监测中是可以监测到，但我们不能简单的认为这些就是气态污染物，因为它最终影响大气环境是以气溶胶的形式而不以气态污染物的形式。

现在有两种常用的检测方法，一种是冲击冷凝法，USEPA的202标准，这个方法也是现在用得最多的方法。另一种是稀释冷凝法。目前有一些专家建议，采用稀释冷凝法来检测CPM。

稀释冷凝法不是直接冷凝，而是用空气稀释烟气，模拟烟气进入大气的过程，待CPM凝并后测出总的颗粒物浓度，再减掉FPM的浓度，就可以得到CPM的浓度。总体上来说稀释冷凝法做出来数据偏低。

冲击冷凝法优点是可以把所有FPM测量过程中漏掉的污染物都测出来，缺点是冷凝过程中，二氧化硫、氨、氮氧化物它有可能发生反应生成盐。

稀释冷凝法，它能模拟烟囱出来的真实情况，但缺点是有可能会遗漏掉一部分污染物，因为烟气体积在扩大过程当中，部分亚微米离子被快速稀释，会出现虽然温度降低了但不能凝并成粒径大于0.3微米的粒子，这也是为什么稀释法测出来的数据比冲击冷凝法要低。对于CPM的检测方法，我们国家尚未出台相关标准。

三、可凝结颗粒物控制

如何控制CPM呢？东南大学的一个课题组认为在氨法脱硫过程中，改变吸收液PH值，有利于降低CPM的排放。

山东大学的一个课题组提出通过降温将CPM凝并，然后再去除的方法。他们提出先采用第一个塔给烟气降温，第二个塔再进行洗涤去除。

总体上来说，CPM的控制方法还处于探索阶段。

附注：为使未来五年的大气污染治理更加有效，中国绿发会国际环境专项基金分析了近年来大气污染治理的得失，试图找出大气污染治理的短板，并直面当前雾霾治理领域的争议和分歧，希望在“十四五”大气污染治理时进行更系统的规划和更有效的治理。基于这一目的，于11月24日在京组织召开了“大气污染精准治理（第二次）座谈会”。上述内容为与会专家发言整理系列分享，欢迎社会各界共同关注、讨论。