國產(chǎn)PM2.5監(jiān)測設(shè)備的崛起之路
來源： 閱讀：3742 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(yán)重污染”，這些都對監(jiān)測儀器提出了更高要求。
近日由項(xiàng)目牽頭單位河北先河環(huán)保科技股份有限公司和第一技術(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(xiàng)《環(huán)境大氣中細(xì)粒子（PM2.5）監(jiān)測設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用》項(xiàng)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、第一技術(shù)支持單位中國環(huán)境監(jiān)測總站傅德黔副站長、項(xiàng)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(fù)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(yuǎn)(項(xiàng)目背景、意義)
大氣復(fù)合污染日趨嚴(yán)重 灰霾天氣頻發(fā)不容忽視
由于經(jīng)濟(jì)規(guī)模的迅速擴(kuò)大和城市化進(jìn)程的加快，大氣復(fù)合污染日趨嚴(yán)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(yùn)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(yán)重的影響。大氣細(xì)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(xì)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(yán)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(diǎn)。
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(xì)粒子：美國環(huán)境保護(hù)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(shí)施！秶噎h(huán)境保護(hù)“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(shí)施多種大氣污染物綜合控制，深化顆粒物污染控制，在重點(diǎn)地區(qū)實(shí)施細(xì)顆粒物監(jiān)測；《國家環(huán)境保護(hù)“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(qiáng)在第七次全國環(huán)境保護(hù)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(jì)發(fā)展水平等分期實(shí)施，逐步與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。環(huán)境保護(hù)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(hù)工作情況的報告，列舉了當(dāng)前中國環(huán)境保護(hù)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(yuǎn)。
（二）突破PM2.5監(jiān)測技術(shù)瓶頸
各種高質(zhì)量大氣細(xì)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(xì)粒子污染的前提和重要保障。歐美國家在細(xì)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(xì)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(xì)粒子（PM2.5）監(jiān)測設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目將解決哪些問題？
“環(huán)境大氣中細(xì)粒子（PM2.5）監(jiān)測設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)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(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)8888萬元，其中國家重大儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)資金4088萬元。
項(xiàng)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)對細(xì)粒子的連續(xù)采樣及其質(zhì)量濃度的實(shí)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(diǎn)：PM2.5監(jiān)測到底有哪些難點(diǎn)？
難點(diǎn)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(yán)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(yán)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(dá)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(fù)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(xiàng)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(diǎn)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)對PM2.5的連續(xù)采樣及其質(zhì)量濃度的實(shí)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(jì)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(xiàng)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(yàn)收、運(yùn)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(yùn)行，這是我國首次針對環(huán)境監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行全國性的適應(yīng)性測試工作，其難度非常大。
難點(diǎn)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(xiàng)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(yàn)收、運(yùn)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(xiàng)目要面對的難題。
難點(diǎn)四、很多技術(shù)上的難題需要進(jìn)行攻克
本項(xiàng)目研制的環(huán)境大氣中細(xì)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(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。主要包括：
基于β射線檢測技術(shù)的濕度補(bǔ)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(jìn)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(diǎn)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(qiáng)度不一致，這對β射線檢測會造成不同程度的干擾，進(jìn)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(shí)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(jìn)行相互補(bǔ)償修正的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計與驗(yàn)證難度較大。
其他需重點(diǎn)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(diǎn)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(jì)發(fā)展不均衡，進(jìn)口產(chǎn)品高昂的價格及運(yùn)行費(fèi)用將使并不富裕的地方經(jīng)濟(jì)背上沉重的包袱，急需加強(qiáng)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(xiàng)目將在國家、環(huán)保部門的大力支持下，充分利用項(xiàng)目開發(fā)平臺安排各方面精干力量進(jìn)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(qiáng)的競爭力。
