大量引进PM2.5监测仪器衍生的问题

大量引进PM2.5监测仪器衍生的问题

    北京、天津、上海、山西等地相继发布了PM2.5监测数据,百姓只要轻点鼠标,就可以了解相关监测数据。将PM2.5监测纳入环境空气质量常规监测指标撬动了一个市场,那么,监测PM2.5,对我国环境监测能力的挑战有多大?面对鱼龙混杂的市场格局,如何因地制宜地选择设备?目前,我国PM2.5监测设备的核心部件完全依赖进口,国内监测设备企业有无机会?大量引用进口监测设备有没有可能带来其他一些问题?带着这些问题,记者采访了相关专家。

  ■能完全依赖进口设备吗?
  
  在今后的设备维护、零部件更换、人员培训等方面持续受国外设备制造商牵制
  
  采访中,一些专家表示,把PM2.5监测纳入到空气质量常规监测指标,对我国目前的监测能力是一个挑战。首先是监测技术,目前国内的颗粒物监测设备除个别采样器外,均依赖国外产品或国外专利,在一定程度上形成了国外设备制造商垄断的局面,但国外监测仪器主要针对较低污染浓度设计,在我国较高污染条件下和特殊地区监测条件下的适用性还需要进行系统验证;其次是基础能力建设方面,PM2.5监测纳入常规监测指标后,将带动配套站房、天平室、观测平台等一系列基础建设;第三是人员和培训方面,PM2.5监测设备的维护工作相对繁琐,将耗费大量人力,此外这类监测设备的技术要求较高,需要对操作人员进行定期培训。

  由于我国大气PM2.5及大气污染监测装备技术研究起步较晚,大部分监测设备几乎完全依赖进口,部分自主开发的仪器设备尚未开展工程化、标准化、工艺以及网络化等关键技术研究,国产监测装备难以满足国家大规模联网布设的需求。

  从全国各地PM2.5监测仪器采购情况来看,从技术要求和区位分布分析,国外厂商的优势很大。根据记者调查的情况,国外厂商基本占据了今年60%以上的市场份额,现阶段国内厂商将主要处于跟随地位。

  对此,中国环境科学院副院长柴发合表示,国外设备纷纷向国内倾销,若全部(或大部分)采用国外进口设备,将面临一定的风险。因此,开展大气PM2.5及大气污染监测预警装备关键技术研究,加强大气PM2.5及大气污染监测预警装备技术保障体系能力建设,对于提升空气质量、保护民众健康和国家大气安全,具有十分重要的现实意义。

  此外,在PM2.5监测体系建设初期,过度依赖进口仪器设备,将在今后的设备维护、零部件更换、人员培训等方面持续受国外设备制造商牵制,对我国形成有自主知识产权的、受控的监测体系造成不利影响。

  ■监测设备选择如何因地制宜?
  
  需要在保证准确性的条件下,根据不同监测目的和自然条件进行选择
  
  目前,PM2.5的监测方法包括称重法、射线法及光谱法。据柴发合介绍,称重法是目前被公认为最准确的颗粒物测量方法,其基本原理是在恒温恒湿条件下使用天平称量采样膜上的样品重量,结合采样流量计算空气中的颗粒物浓度。称重法是目前欧美国家以及我国颗粒物浓度测量中规定的标准方法,虽然仍有一定的不确定性和较低的时间分辨率,但可以保留颗粒物样品,用来进行化学成分分析。

  在颗粒物质量浓度在线分析仪中,目前应用最为广泛的两种测量方法是β射线方法和振荡天平法。β射线法主要依靠β射线的衰减作用计算颗粒物质量浓度,而振荡天平法主要依靠颗粒物在滤膜上的集聚对天平振荡系数的改变来计算颗粒物质量浓度。

  对此,中国环境科学研究院大气所高健博士介绍说,从仪器原理上来讲,振荡天平法方法相对更能客观反映颗粒物的真实浓度,但在较高湿度环境下容易出现噪音值,其加热管也易使颗粒物中的挥发性物质损失从而降低测量浓度。由于构造复杂,振荡天平法仪器维护起来相对麻烦。

  相比之下,β射线法操作简单,维护方便,但测量值往往高出振荡天平法的测量值,而且随颗粒物浓度高低、成分以及环境湿度变化有较大差异。总之,在线测量方法相对于称重法有操作简单、时间分辨率高的优点,但在准确性上还存在较大争议。

  目前应用的PM2.5测量技术还包括光散射颗粒物测量方法(光谱法)。其运行原理是通过测量颗粒物进入仪器后对测量光线的散射特征测量颗粒物的大小及数量,并以此计算颗粒物的质量浓度。

  这一方法的优点包括反应迅速、设备占地小、安装操作简便、可同时测量多个粒径的颗粒物数量等。但光的散射与颗粒物浓度之间的关系受到诸多幸运28手机端因素影响,如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变,需要仪器使用者不断用标准方法进行校正。

  对此,柴发合指出,在选择颗粒物监测方法时需要在保证准确性的条件下,根据不同的监测目的和自然条件进行选择。比如,在基本监测中可选择在线监测方法和光谱法,有人员和实验室条件的监测站鼓励使用称重法,而应急监测、特殊条件监测(医疗卫生部门、地铁交通等)可以选择光谱法。

  目前,考虑到产品技术成熟度等因素,国内首批采购的PM2.5监测仪器以进口产品为主,比较有代表性的是美国赛默飞世尔的产品,其技术原理基于振荡天平法,优点是能够实现每分钟实时精确测量。但要使振荡天平法仪器所测值更准确,需要加装膜动态测量系统(FDMS)。早在2009年2月,美国环保署即要求赛默飞世尔的PM2.5检测仪加装FDMS。

  目前,振荡天平法仪器的核心技术由赛默飞世尔垄断,单台仪器价格为28万元,加装FDMS后,更是高达38万元之多,β射线法监测仪仅需不到15万元。

  目前,国内已有部分厂商推出采用β射线法的PM2.5监测仪样机,单台售价在15万元左右。对于经费不够充裕、数据实时性要求较低的二、三线城市环境监测站,这一类产品的竞争优势十分明显。

  ■国内企业能否后来赶上?

  加强自身研发能力建设,与科研院所合作进行产品研发、升级、评估及检验

  柴发合说,从目前国内PM2.5设备使用情况来看,国外进口仪器设备占据主导地位,但国内PM2.5监测及采样技术在近几年也有不小的发展,几家设备制造商均有自己的专利产品,并逐渐在国内市场上占据一定地位。

  总体而言,国外厂商具有多年的研究积累和产品开发、推广经验,其产品在欧美也经历了多年的使用检验,因此在初期能够占据大部分市场。国内厂商对PM2.5监测及采样设备的大规模研发在近几年才有所起色,且基本按照国外产品仿照制作,产品还不具备大规模量产的能力,也未经过长期使用检验。

  因此,虽然国内厂商在目前巨大的市场中可以分得一杯羹,但面对强大的国际竞争对手,还幸运28软件下载需要大力加强自身研发能力建设,与科研院所合作进行产品研发、升级、评估及检验,还需要得到国家和政府的扶持。

  值得注意的是,虽然目前PM2.5自动监测设备正大行其道,但在欧美国家大气环境监测工作中,PM2.5手工监测方法的地位依然不可撼动。

  由于手工监测PM2.5是基于颗粒物膜采样方法,其样品可以长期保存并用于PM2.5中各种污染成分的分析,以此确定污染来源,进而帮助政府制定科学有效的控制对策。因此,在鼓励开发PM2.5自动监测设备的同时,应同时鼓励针对PM2.5采样器的设计和开发,并发展PM2.5化学成分自动监测设备(如无机离子、碳成分、重金属等)的研发,以满足我国中长期大气环境保护工作中对仪器设备的需求。

  据了解,我国现有大气污染源数据调查已开始从酸性气溶胶(酸雨)生成的角度对前体物二氧化硫和氮氧化物进行统计和控制。一些专家表示,大气污染源研究还应从二次微粒转化的角度对前体物二氧化硫、氮氧化物和氨进行调查分析,以进一步完善现有的污染源统计模式。在重视单项污染物指标,如二氧化硫的浓度指标与总量控制指标的基础上,应同时关注一次污染物转化为二次污染物、一次污染物与二次污染物之间产生的对能见度和人体健康的累积效应等综合性指标。

  PM2.5研究是我国城市大气污染研究中的薄弱环节。公众在要求常规大气污染物浓度达标的同时,会期望城市的天空更蓝。因此,今后的研究应对PM2.5的基本组成与累积途径等进行系统、细致的分析,为研究控制PM2.5的有效途径打下坚实基础。

  PM2.5监测带动20亿元市场
  
  320个城市共1400多个站点或需配备设备
  
  在新版《环境空气质量标准》中,PM2.5、臭氧等成为常规监测指标。根据环境保护部《空气质量新标准第一阶段监测实施方案》,今年10月底前,74个城市的496个点位必须完成新标准中PM2.5、一氧化碳、臭氧等3项新增指标的自动监测设备安装。据业内人士估计,设备采购预算有望达到6.61亿元,而PM2.5监测引发的整个市场份额约为20亿元。

  记者在山西等地采访时了解到,各地相继出台规划和措施来逐步完善、优化环境空气质量自动监测网络,全面提升环境空气质量自动监测能力。其中,山西省提出要最终实现全省

  PM2.5(细颗粒物)、臭氧和一氧化碳监测全覆盖。

  据了解,山西省于去年在11个省辖市的22个自动监测点位增配了PM2.5、臭氧和一氧化碳监测仪器,并于去年12月投入试运行。未来3年,山西省还将投入3.15亿元,逐步完善、优化环境空气质量自动监测网络,开展6项污染物监测。

  记者从山东省环保厅获悉,结合环境保护部《重点区域大气污染联防联控“十二五”规划》,从2012年起,山东省17市将全面开展PM2.5监测试点。

  中国环境科学院副院长柴发合在接受记者采访时介绍说,目前我国进行环境空气质量监测的城市约320个,共1400多个站点,如果在“十二五”期间均配备PM2.5监测设备,加上配套设备及后续维护工作,将涉及数十亿乃至上百亿的资金投入。

  此外,由于PM2.5的重要性和敏感性,可以想象在科学界也将掀起一次PM2.5研究热,因此相关科研仪器设备也将热销。可以说,PM2.5所带动的将不仅是一个学科,还涉及到多个行业、多个产业的发展。

  根据相关预测分析,“十二五”期间各城市在PM2.5监测设备领域的投资规模将至少达到20亿元。同时,这也将进一步推动工业污染源监测工作的改进,带动整个环境监测行业的发展。

  对此,中国环境科学研究院大气所高健博士在接受记者采访时表示,在全国范围内进行PM2.5监测所带动的市场是巨大的,包括监测基本设备及相关配套设施的配置、监测设备的维护费用、监测站房建设、标准称重实验室建设、人员培训等。其中,监测设备、站房以及实验室基本为一次性投入,相关配件、维护费用、人员及设备升级需要持续投入。

  一方面,国家和地方的投入做大了PM2.5监测这块蛋糕。另一方面,由于PM2.5监测设备更换频率较高,仪器设备更新都会为企业带来收入,这是一个长期的过程。据介绍,监测设备要两三年更换一次,全国有1000多个监测点,每个监测点配备3台仪器,这一市场份额也是很庞大的。

 
环境设备监测颗粒仪器

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