國產(chǎn)PM2.5監(jiān)測設(shè)備的崛起之路
來源： 閱讀：3888 更新時間：2013-02-18 13:51題記：新年伊始，我國中東部各地陸續(xù)出現(xiàn)大范圍和長時間霧霾天氣，從華北到中部乃至黃淮、江南地區(qū)，都出現(xiàn)了不同程度的污染天氣，多地PM2.5“爆表”，空氣質(zhì)量持續(xù)六級“嚴重污染”，這些都對監(jiān)測儀器提出了更高要求。
近日由項目牽頭單位河北先河環(huán)？萍脊煞萦邢薰竞偷谝患夹g(shù)支持單位中國環(huán)境監(jiān)測總站組織，在北京召開了國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項《環(huán)境大氣中細粒子（PM2.5）監(jiān)測設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用》項目啟動工作會，將研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)PM2.5監(jiān)測儀器及采樣成套設(shè)備。環(huán)保部科技標(biāo)準(zhǔn)司劉志全副司長、牽頭單位河北先河環(huán)？萍脊煞萦邢薰纠钣駠偛谩⒌谝患夹g(shù)支持單位中國環(huán)境監(jiān)測總站傅德黔副站長、項目技術(shù)專家、財務(wù)專家、用戶委員會成員及各任務(wù)承擔(dān)單位的主要負責(zé)人和技術(shù)骨干參加了會議。
（一）監(jiān)測并控制PM2.5污染任重而道遠(項目背景、意義)
大氣復(fù)合污染日趨嚴重 灰霾天氣頻發(fā)不容忽視
由于經(jīng)濟規(guī)模的迅速擴大和城市化進程的加快，大氣復(fù)合污染日趨嚴重，導(dǎo)致能見度惡化事件越來越多，原來少見的天氣現(xiàn)象“霾”成為一種常見現(xiàn)象，對空氣質(zhì)量、人體健康、交通運輸?shù)扰c人民群眾生產(chǎn)生活息息相關(guān)的領(lǐng)域產(chǎn)生了嚴重的影響。大氣細粒子（PM2.5）是導(dǎo)致復(fù)合型大氣污染問題的主要原因，其大量吸附空氣中重金屬及氣態(tài)污染物等，并作為病毒和細菌的載體推波助瀾呼吸道疾病的傳染，從而極大危害了人體健康。同時，PM2.5也嚴重影響了空氣能見度，致使灰霾天氣頻發(fā)，因此PM2.5的研究是目前的熱點。
控制PM2.5污染 要監(jiān)測先行
美國及歐盟等國家很早就以PM2.5來描述大氣細粒子：美國環(huán)境保護署（USA-EPA）于1997年提出了PM2.5環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，歐盟也明確提出將削減PM2.5濃度作為削減PM10濃度的總體規(guī)劃的一部分。我國一直以來以PM10作為環(huán)境空氣質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)，只在一些科研單位、高校和部分省市環(huán)境監(jiān)測站開展了對PM2.5的相關(guān)研究。
2012年3月2日，國務(wù)院發(fā)布《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，首次增設(shè)了PM2.5平均濃度限值，并將于2016年全面實施！秶噎h(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》指出，針對復(fù)合型大氣污染等突出環(huán)境問題，實施多種大氣污染物綜合控制，深化顆粒物污染控制，在重點地區(qū)實施細顆粒物監(jiān)測；《國家環(huán)境保護“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃》指出，要研究顆粒物分物種的定量源解析技術(shù)；2011年12月20日，中共中央政治局常委、國務(wù)院副總理李克強在第七次全國環(huán)境保護大會中指出：抓緊做好增加PM2.5監(jiān)測指標(biāo)的準(zhǔn)備，鼓勵各地根據(jù)污染特征、經(jīng)濟發(fā)展水平等分期實施，逐步與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。環(huán)境保護部部長周生賢在十一屆全國人大常委會第二十三次會議上做了關(guān)于環(huán)境保護工作情況的報告，列舉了當(dāng)前中國環(huán)境保護所面臨的諸多挑戰(zhàn)，其中大氣污染問題尤為引人關(guān)注。因此，監(jiān)測并控制PM2.5污染是我國目前乃至未來很長一段時間內(nèi)都將面臨的重要任務(wù)之一，任重而道遠。
（二）突破PM2.5監(jiān)測技術(shù)瓶頸
各種高質(zhì)量大氣細粒子監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)手段的研制和開發(fā)，是有效治理細粒子污染的前提和重要保障。歐美國家在細粒子監(jiān)測儀器設(shè)備方面發(fā)展較早，許多方面值得我國環(huán)保部門和儀器設(shè)備廠商借鑒，但其因存在技術(shù)壁壘和高昂的價格并不適合于在我國大面積推廣應(yīng)用。
因此，研制和開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大氣細粒子監(jiān)測儀器和技術(shù)手段是我國環(huán)保工作發(fā)展的重中之重，對環(huán)保部門控制污染排放以及相關(guān)政策的提出，以及對顆粒物的科學(xué)評價具有重要意義。
（三）“環(huán)境大氣中細粒子（PM2.5）監(jiān)測設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用”項目將解決哪些問題？
“環(huán)境大氣中細粒子（PM2.5）監(jiān)測設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用”項目由河北先河牽頭、科研院所和企事業(yè)單位共16家參與，項目總經(jīng)費8888萬元，其中國家重大儀器設(shè)備開發(fā)專項資金4088萬元。
項目開發(fā)并產(chǎn)業(yè)化成套PM2.5監(jiān)測儀，并制定適用于PM2.5監(jiān)測的相關(guān)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)范，形成國產(chǎn)PM2.5監(jiān)測的全程序質(zhì)控體系及系列化的標(biāo)準(zhǔn)分析方法和PM2.5監(jiān)測體系。項目基于自主研制開發(fā)基于β射線法、振蕩天平法以及光散射法的PM2.5連續(xù)自動監(jiān)測儀/粒徑譜儀，PM2.5切割器/采樣器，實現(xiàn)對細粒子的連續(xù)采樣及其質(zhì)量濃度的實時準(zhǔn)確監(jiān)測，為我國開展PM2.5環(huán)境管理提供有力的技術(shù)支持。
（四）專家觀點：PM2.5監(jiān)測到底有哪些難點？
難點一、解決國外儀器在污染濃度過高及濃度變化快時數(shù)值不穩(wěn)的問題
近期空氣污染較為嚴重，PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)頻頻爆表，北方城市空氣污染更為嚴重，其中的燃煤型污染尤其會導(dǎo)致的PM2.5濃度增高、偏大，如元旦過后華北區(qū)域部分城市濃度監(jiān)測值達到750微克/立方米左右，部分時間濃度峰值上升至1000微克/立方米，國外監(jiān)測設(shè)備在此情況下出現(xiàn)超量程、流量報警、負壓超高報警等問題，造成該時間段數(shù)據(jù)異常。另外國外設(shè)備在空氣濃度變化快時也會出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定的現(xiàn)象。本開發(fā)項目立足于設(shè)備的穩(wěn)定性，增大流量的可調(diào)節(jié)范圍空間，從材料的選取到結(jié)構(gòu)的設(shè)計、儀器量程與分辨率等要充分考慮到污染濃度高、污染濃度變化快等特定的污染條件。
難點二：中國的環(huán)境及大氣污染隨區(qū)域不同有較大差異，不能照搬國外設(shè)備
我國幅員遼闊，不同地區(qū)溫度、濕度、大氣壓力、顆粒物特征等存在較大差距，PM2.5濃度以及化學(xué)組成物特征也存在著極大的差異，尤其是在條件差別較大、污染濃度高、大氣壓力低的時候，國外設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)存在與手工參比方法差別大的現(xiàn)象，在個別環(huán)境條件下儀器不能正常工作，不能滿足不同區(qū)域及特定條件對設(shè)備的要求。
本項目研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)PM2.5監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對PM2.5的連續(xù)采樣及其質(zhì)量濃度的實時準(zhǔn)確監(jiān)測，滿足在不同區(qū)域、不同條件下設(shè)備適用性要求，技術(shù)水平要超越國外設(shè)備。
2012年1月份中國環(huán)境監(jiān)測總站組織PM2.5儀器測試在北京市、上海市、重慶市、濟南市、廣東省等地的環(huán)境監(jiān)測中心相續(xù)展開，組織開展了PM2.5自動監(jiān)測方法適用性比對測試工作。本次PM2.5開發(fā)項目中國環(huán)境監(jiān)測總站、廣州市、上海市、重慶市、黑龍江省、甘肅省等六地的監(jiān)測中心又將共同承擔(dān)自動監(jiān)測儀器的質(zhì)量完善、性能評價研究和應(yīng)用示范，形成產(chǎn)品的技術(shù)要求及檢測方法、安裝驗收、運行與質(zhì)控、數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)燃夹g(shù)規(guī)范工作，配合設(shè)備研發(fā)企業(yè)做好設(shè)備的適應(yīng)性測試，確保產(chǎn)品能夠在不同區(qū)域的正常運行，這是我國首次針對環(huán)境監(jiān)測設(shè)備進行全國性的適應(yīng)性測試工作，其難度非常大。
難點三：PM2.5質(zhì)控體系、標(biāo)準(zhǔn)體系要盡快出臺
目前，各地安裝情況大部分都以自己的監(jiān)測要求為準(zhǔn)，其采樣基準(zhǔn)、采購、安裝、調(diào)試、數(shù)據(jù)采集質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)并沒有統(tǒng)一，控制條件并未明文約束。國家需要一套質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，來保證設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，本項目以監(jiān)測總站為首的八個監(jiān)測中心共同開展基于PM2.5連續(xù)自動監(jiān)測儀和PM2.5采樣器的應(yīng)用示范，形成全程序的質(zhì)控規(guī)范體系，編制安裝驗收、運行、數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)燃夹g(shù)規(guī)范，并要在相對緊迫的時間內(nèi)，在全國范圍建立統(tǒng)一的體系標(biāo)準(zhǔn)，這也是項目要面對的難題。
難點四、很多技術(shù)上的難題需要進行攻克
本項目研制的環(huán)境大氣中細粒子PM2.5的監(jiān)測設(shè)備主要包含單通道、雙通道（同時監(jiān)測PM10，PM2.5）及與光散射融合技術(shù)的自動監(jiān)測儀,針對不同溫度、不同污染條件、不同境因素的PM2.5監(jiān)測設(shè)備進行技術(shù)改進。主要包括：
基于β射線檢測技術(shù)的濕度補償系統(tǒng)、流量自動控制系統(tǒng)，尤其是雙通道流量的控制在不同壓力及變化的情況下的恒流設(shè)計是需要進行整體突破的難題。
大氣濕度與空氣中揮發(fā)性與半揮發(fā)性物質(zhì)對測量數(shù)據(jù)的影響，從而重點研究智能加熱系統(tǒng)的適應(yīng)性。
由于空氣中存在放射性物質(zhì)，在不同地區(qū)強度不一致，這對β射線檢測會造成不同程度的干擾，進而給測量數(shù)據(jù)造成偏差，如何甄別放射性物質(zhì)的干擾對于提高儀器檢測精度與穩(wěn)定性有重大意義。
光散射融合技術(shù)提高了儀器的時間分辨率，更能實時的檢測出空氣中顆粒物的濃度，其中光散射測量到的信號與β射線檢測到數(shù)據(jù)如何進行相互補償修正的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計與驗證難度較大。
其他需重點突破穩(wěn)定的高精度檢測系統(tǒng)、動態(tài)數(shù)字濾波、光散射矯正模塊、散射光光阱與背景光消除模塊、光散射多道分析模塊、自動換膜模塊等關(guān)鍵技術(shù)。
難點五、如何打破國外技術(shù)壁壘、價格壟斷
由于PM2.5監(jiān)測技術(shù)難度較大，國際上具備PM2.5監(jiān)測技術(shù)的企業(yè)較少，一些國外公司利用技術(shù)壟斷提高產(chǎn)品售價。目前市場上基于振蕩天平法的PM2.5監(jiān)測設(shè)備價格最高在35萬元，而基于β射線法的PM2.5監(jiān)測設(shè)備價格也都在20萬元以上。目前中國各地經(jīng)濟發(fā)展不均衡，進口產(chǎn)品高昂的價格及運行費用將使并不富裕的地方經(jīng)濟背上沉重的包袱，急需加強核心部件和關(guān)鍵技術(shù)的研究，推出性價比高、質(zhì)量精良的國產(chǎn)設(shè)備。本項目將在國家、環(huán)保部門的大力支持下，充分利用項目開發(fā)平臺安排各方面精干力量進行科技攻關(guān)，使國產(chǎn)PM2.5設(shè)備在質(zhì)量、價格上跟國外設(shè)備相比具有較強的競爭力。
