國產PM2.5監測設備的崛起之路
來源： 閱讀：4054 更新時間：2013-02-18 13:51題記：新年伊始，我國中東部各地陸續出現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，都出現了不同程度的污染天氣，多地PM2.5“爆表”，空氣質量持續六級“嚴重污染”，這些都對監測儀器提出了更高要求。
近日由項目牽頭單位河北先河環保科技股份有限公司和第一技術支持單位中國環境監測總站組織，在北京召開了國家重大科學儀器設備開發專項《環境大氣中細粒子（PM2.5）監測設備開發與應用》項目啟動工作會，將研發具有自主知識產權PM2.5監測儀器及采樣成套設備。環保部科技標準司劉志全副司長、牽頭單位河北先河環保科技股份有限公司李玉國總裁、第一技術支持單位中國環境監測總站傅德黔副站長、項目技術專家、財務專家、用戶委員會成員及各任務承擔單位的主要負責人和技術骨干參加了會議。
（一）監測并控制PM2.5污染任重而道遠(項目背景、意義)
大氣復合污染日趨嚴重 灰霾天氣頻發不容忽視
由于經濟規模的迅速擴大和城市化進程的加快，大氣復合污染日趨嚴重，導致能見度惡化事件越來越多，原來少見的天氣現象“霾”成為一種常見現象，對空氣質量、人體健康、交通運輸等與人民群眾生產生活息息相關的領域產生了嚴重的影響。大氣細粒子（PM2.5）是導致復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，因此PM2.5的研究是目前的熱點。
控制PM2.5污染 要監測先行
美國及歐盟等國家很早就以PM2.5來描述大氣細粒子：美國環境保護署（USA-EPA）于1997年提出了PM2.5環境空氣質量標準，歐盟也明確提出將削減PM2.5濃度作為削減PM10濃度的總體規劃的一部分。我國一直以來以PM10作為環境空氣質量的評價標準，只在一些科研單位、高校和部分省市環境監測站開展了對PM2.5的相關研究。
2012年3月2日，國務院發布《環境空氣質量標準》，首次增設了PM2.5平均濃度限值，并將于2016年全面實施。《國家環境保護“十二五”規劃》指出，針對復合型大氣污染等突出環境問題，實施多種大氣污染物綜合控制，深化顆粒物污染控制，在重點地區實施細顆粒物監測；《國家環境保護“十二五”科技發展規劃》指出，要研究顆粒物分物種的定量源解析技術；2011年12月20日，中共中央政治局常委、國務院副總理李克強在第七次全國環境保護大會中指出：抓緊做好增加PM2.5監測指標的準備，鼓勵各地根據污染特征、經濟發展水平等分期實施，逐步與國際標準接軌。環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于環境保護工作情況的報告，列舉了當前中國環境保護所面臨的諸多挑戰，其中大氣污染問題尤為引人關注。因此，監測并控制PM2.5污染是我國目前乃至未來很長一段時間內都將面臨的重要任務之一，任重而道遠。
（二）突破PM2.5監測技術瓶頸
各種高質量大氣細粒子監測設備和技術手段的研制和開發，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測儀器設備方面發展較早，許多方面值得我國環保部門和儀器設備廠商借鑒，但其因存在技術壁壘和高昂的價格并不適合于在我國大面積推廣應用。
因此，研制和開發擁有自主知識產權的大氣細粒子監測儀器和技術手段是我國環保工作發展的重中之重，對環保部門控制污染排放以及相關政策的提出，以及對顆粒物的科學評價具有重要意義。
（三）“環境大氣中細粒子（PM2.5）監測設備開發與應用”項目將解決哪些問題？
“環境大氣中細粒子（PM2.5）監測設備開發與應用”項目由河北先河牽頭、科研院所和企事業單位共16家參與，項目總經費8888萬元，其中國家重大儀器設備開發專項資金4088萬元。
項目開發并產業化成套PM2.5監測儀，并制定適用于PM2.5監測的相關指標和技術規范，形成國產PM2.5監測的全程序質控體系及系列化的標準分析方法和PM2.5監測體系。項目基于自主研制開發基于β射線法、振蕩天平法以及光散射法的PM2.5連續自動監測儀/粒徑譜儀，PM2.5切割器/采樣器，實現對細粒子的連續采樣及其質量濃度的實時準確監測，為我國開展PM2.5環境管理提供有力的技術支持。
（四）專家觀點：PM2.5監測到底有哪些難點？
難點一、解決國外儀器在污染濃度過高及濃度變化快時數值不穩的問題
近期空氣污染較為嚴重，PM2.5監測數據頻頻爆表，北方城市空氣污染更為嚴重，其中的燃煤型污染尤其會導致的PM2.5濃度增高、偏大，如元旦過后華北區域部分城市濃度監測值達到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，國外監測設備在此情況下出現超量程、流量報警、負壓超高報警等問題，造成該時間段數據異常。另外國外設備在空氣濃度變化快時也會出現數值不穩定的現象。本開發項目立足于設備的穩定性，增大流量的可調節范圍空間，從材料的選取到結構的設計、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：中國的環境及大氣污染隨區域不同有較大差異，不能照搬國外設備
我國幅員遼闊，不同地區溫度、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，國外設備監測數據存在與手工參比方法差別大的現象，在個別環境條件下儀器不能正常工作，不能滿足不同區域及特定條件對設備的要求。
本項目研發具有自主知識產權的國產PM2.5監測設備，實現對PM2.5的連續采樣及其質量濃度的實時準確監測，滿足在不同區域、不同條件下設備適用性要求，技術水平要超越國外設備。
2012年1月份中國環境監測總站組織PM2.5儀器測試在北京市、上海市、重慶市、濟南市、廣東省等地的環境監測中心相續展開，組織開展了PM2.5自動監測方法適用性比對測試工作。本次PM2.5開發項目中國環境監測總站、廣州市、上海市、重慶市、黑龍江省、甘肅省等六地的監測中心又將共同承擔自動監測儀器的質量完善、性能評價研究和應用示范，形成產品的技術要求及檢測方法、安裝驗收、運行與質控、數據處理與傳輸等技術規范工作，配合設備研發企業做好設備的適應性測試，確保產品能夠在不同區域的正常運行，這是我國首次針對環境監測設備進行全國性的適應性測試工作，其難度非常大。
難點三：PM2.5質控體系、標準體系要盡快出臺
目前，各地安裝情況大部分都以自己的監測要求為準，其采樣基準、采購、安裝、調試、數據采集質控標準并沒有統一，控制條件并未明文約束。國家需要一套質控標準，來保證設備數據準確，本項目以監測總站為首的八個監測中心共同開展基于PM2.5連續自動監測儀和PM2.5采樣器的應用示范，形成全程序的質控規范體系，編制安裝驗收、運行、數據處理與傳輸等技術規范，并要在相對緊迫的時間內，在全國范圍建立統一的體系標準，這也是項目要面對的難題。
難點四、很多技術上的難題需要進行攻克
本項目研制的環境大氣中細粒子PM2.5的監測設備主要包含單通道、雙通道（同時監測PM10，PM2.5）及與光散射融合技術的自動監測儀,針對不同溫度、不同污染條件、不同境因素的PM2.5監測設備進行技術改進。主要包括：
基于β射線檢測技術的濕度補償系統、流量自動控制系統，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計是需要進行整體突破的難題。
大氣濕度與空氣中揮發性與半揮發性物質對測量數據的影響，從而重點研究智能加熱系統的適應性。
由于空氣中存在放射性物質，在不同地區強度不一致，這對β射線檢測會造成不同程度的干擾，進而給測量數據造成偏差，如何甄別放射性物質的干擾對于提高儀器檢測精度與穩定性有重大意義。
光散射融合技術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射線檢測到數據如何進行相互補償修正的數學模型的設計與驗證難度較大。
其他需重點突破穩定的高精度檢測系統、動態數字濾波、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、自動換膜模塊等關鍵技術。
難點五、如何打破國外技術壁壘、價格壟斷
由于PM2.5監測技術難度較大，國際上具備PM2.5監測技術的企業較少，一些國外公司利用技術壟斷提高產品售價。目前市場上基于振蕩天平法的PM2.5監測設備價格最高在35萬元，而基于β射線法的PM2.5監測設備價格也都在20萬元以上。目前中國各地經濟發展不均衡，進口產品高昂的價格及運行費用將使并不富裕的地方經濟背上沉重的包袱，急需加強核心部件和關鍵技術的研究，推出性價比高、質量精良的國產設備。本項目將在國家、環保部門的大力支持下，充分利用項目開發平臺安排各方面精干力量進行科技攻關，使國產PM2.5設備在質量、價格上跟國外設備相比具有較強的競爭力。
