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PM2.5監(jiān)測(cè)儀器的技術(shù)之爭(zhēng)

http://m.casecurityhq.com 2012-04-26 10:22 來(lái)源:中國(guó)環(huán)境報(bào)

  導(dǎo)讀:今年,京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域以及各直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市要按照新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》開展監(jiān)測(cè)工作。由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站承擔(dān)的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器比對(duì)工作還未結(jié)束,對(duì)于地方環(huán)境監(jiān)測(cè)部門來(lái)說(shuō),現(xiàn)在該如何選擇監(jiān)測(cè)儀器?基于不同原理研發(fā)的監(jiān)測(cè)儀器,為何會(huì)有較大差距?

  PM2.5這個(gè)小顆粒引起的大爭(zhēng)議還在繼續(xù)。

  眼下,各地環(huán)保部門正在積極籌措加強(qiáng)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作,監(jiān)測(cè)行業(yè)成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)初步估算,全國(guó)388個(gè)地級(jí)以上城市購(gòu)置相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備需要20多億元。

  今年年初,一則關(guān)于PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備的報(bào)道引人注目:振蕩天平法儀器的監(jiān)測(cè)結(jié)果較β射線法偏低15%~17%,這也是去年北京市環(huán)保局的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比美國(guó)大使館低的原因之一。事實(shí)是否真的如此?

  今年,京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域以及各直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市要按照新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》開展監(jiān)測(cè)工作。由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站承擔(dān)的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器比對(duì)工作還未結(jié)束,對(duì)于地方環(huán)境監(jiān)測(cè)部門來(lái)說(shuō),現(xiàn)在該如何選擇監(jiān)測(cè)儀器?基于不同原理研發(fā)的監(jiān)測(cè)儀器,為何會(huì)有較大差距?

  監(jiān)測(cè)PM2.5到底難在哪?

  振蕩天平法和β射線法儀器測(cè)得的數(shù)值都要與手工采樣結(jié)果進(jìn)行比對(duì)

  “振蕩天平法和β射線法的測(cè)量原理都沒有錯(cuò),不能籠統(tǒng)地說(shuō)哪個(gè)偏高或偏低,這兩種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)都不是真值。顆粒物的構(gòu)成很復(fù)雜,不像二氧化硫等污染物那樣容易測(cè)量,各地的顆粒物成分也可能不同,監(jiān)測(cè)工作因此就更為困難。現(xiàn)在,以手工采樣的重量法作為基準(zhǔn),其他方法的監(jiān)測(cè)值是否準(zhǔn)確,要與手工采樣的結(jié)果進(jìn)行比較,手工采樣測(cè)得的數(shù)值才被認(rèn)為是真值。”中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站大氣室主任王瑞斌告訴記者,雖然手工采樣也可能有顆粒物損失等問(wèn)題,但在目前技術(shù)水平所能達(dá)到的范圍內(nèi),就認(rèn)為這是基準(zhǔn)。

  2011年11月1日,《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測(cè)定重量法》(HJ618—2011)開始實(shí)施。所謂重量法,是指分別通過(guò)具有一定切割特性的采樣器,以恒速抽取定量體積空氣,使環(huán)境空氣中PM2.5和PM10被截留在已知質(zhì)量的濾膜上,根據(jù)采樣前后濾膜的重量差和采樣體積,計(jì)算出PM2.5和PM10的濃度。

  振蕩天平技術(shù)是上世紀(jì)80年代,由美國(guó)R&P公司應(yīng)用于環(huán)境顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的。在儀器中測(cè)量樣品質(zhì)量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定、另一端裝有濾膜的空心錐形玻璃管,樣品氣流通過(guò)濾膜,顆粒物被收集在濾膜上。在工作時(shí),空心錐形玻璃管處于振蕩狀態(tài),振蕩頻率會(huì)隨著濾膜上收集顆粒物質(zhì)量的變化發(fā)生改變,儀器通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量頻率變化得到顆粒物的質(zhì)量,然后根據(jù)收集這些顆粒物時(shí)采集的樣品體積計(jì)算出樣品的濃度。

  “但是,在測(cè)量過(guò)程中,為了消除水汽影響,需要加溫,但加溫過(guò)程會(huì)造成顆粒物中揮發(fā)性物質(zhì)的損失,從而影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。”王瑞斌告訴記者。為了解決這一問(wèn)題,賽默飛研制出了濾膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(Filter Dynamic Measurement System,以下簡(jiǎn)稱FDMS),可對(duì)儀器結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。

  “FDMS不是某種補(bǔ)償措施,而是真正意義上能夠準(zhǔn)確測(cè)量到揮發(fā)性顆粒物,這是FDMS的設(shè)計(jì)初衷。”賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司中國(guó)商務(wù)運(yùn)營(yíng)總監(jiān)周曉斌強(qiáng)調(diào)。

  在β射線法PM2.5顆粒物監(jiān)測(cè)儀中,樣品氣體的相對(duì)濕度被調(diào)整到35%以下,樣品進(jìn)入儀器主機(jī)后顆粒物被收集在可以自動(dòng)更換的濾膜上。濾膜兩側(cè)分別設(shè)置了β射線源和β射線檢測(cè)器。隨著濾膜上收集的顆粒物越來(lái)越多,顆粒物質(zhì)量也隨之增加,β射線檢測(cè)器檢測(cè)到的β射線強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)地減弱。儀器通過(guò)分析β射線檢測(cè)器的信號(hào)變化得到一定時(shí)段內(nèi)采集的顆粒物質(zhì)量數(shù)值,結(jié)合相同時(shí)段內(nèi)采集樣品體積,最終得出采樣時(shí)段的顆粒物濃度。

  據(jù)介紹,PM2.5監(jiān)測(cè)的最大挑戰(zhàn)就是水的問(wèn)題和揮發(fā)性顆粒物的捕捉問(wèn)題。即使采用手工采樣,也會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。采訪中,周曉斌一直在強(qiáng)調(diào),“只有發(fā)明了FDMS,才能真正測(cè)量PM2.5中揮發(fā)性顆粒物的情況”。

  而業(yè)內(nèi)專家表示,加裝FDMS后,儀器的維護(hù)更為復(fù)雜,尤其是在國(guó)內(nèi)顆粒物成分復(fù)雜的情況下。

  周曉斌也承認(rèn),加裝了FDMS后,維護(hù)工作量會(huì)增加。“振蕩天平法儀器在美國(guó)的使用率達(dá)到62%左右,捕捉了別的方法不能捕捉的東西,這是有代價(jià)的,包括價(jià)格、維護(hù)等方面。目前,我們已經(jīng)對(duì)這一儀器進(jìn)行了改良,并在努力提高售后服務(wù)的能力。”

  該如何選擇監(jiān)測(cè)儀器?

  組織開展PM2.5手工標(biāo)準(zhǔn)方法和自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的比對(duì)測(cè)試

  對(duì)于正在籌備PM2.5監(jiān)測(cè)工作的全國(guó)各地環(huán)保部門來(lái)說(shuō),該如何選擇監(jiān)測(cè)儀器?據(jù)記者了解,由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站牽頭的比對(duì)工作正在進(jìn)行,目前還沒有形成最終報(bào)告。

  為確保“十二五”PM2.5監(jiān)測(cè)工作順利開展,中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站在去年12月開始著手準(zhǔn)備PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法適用性比對(duì)測(cè)試工作,并制定了《PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法適用性比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)方案》。

  根據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站網(wǎng)站的消息,參考美國(guó)EPA對(duì)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的認(rèn)證方法,以我國(guó)手工監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法為標(biāo)準(zhǔn),要對(duì)不同廠家、不同原理的環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行單機(jī)比對(duì)測(cè)試,以全面了解PM2.5監(jiān)測(cè)中的β射線方法、β射線方法聯(lián)用濕度補(bǔ)償和光散射法、振蕩天平(TEOM)方法、振蕩天平聯(lián)用膜補(bǔ)償測(cè)量方法(TEOM-FDMS)等國(guó)內(nèi)外主流監(jiān)測(cè)方法與手工標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)方法之間的差異,為我國(guó)“十二五”空氣監(jiān)測(cè)工作中PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)路線確定、監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范編制提供技術(shù)支持。

  2012年1月8日起,中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站大氣室先后調(diào)集了美國(guó)賽默飛世爾科技公司、美國(guó)MetOne公司、河北先河環(huán)保、北京中晟泰科公司、武漢天虹公司、安徽藍(lán)盾光電子公司等國(guó)內(nèi)外企業(yè)的9種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器,以及美國(guó)賽默飛世爾科技公司、德國(guó)Derenda公司、武漢天虹公司等國(guó)內(nèi)外廠家的4種手工采樣監(jiān)測(cè)儀器。

  2012年1月中旬開始,中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站根據(jù)已編制的PM2.5監(jiān)測(cè)方法適用性測(cè)試方案,組織開展了PM2.5手工標(biāo)準(zhǔn)方法和自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的比對(duì)測(cè)試。

  “我們所做的是嘗試給大家一個(gè)建議,但目前還沒做完。對(duì)于這個(gè)測(cè)試,我們非常慎重,數(shù)據(jù)要足夠充分,才能證明選型是合適的。如果達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn),我們會(huì)在合適的時(shí)候公布一些型號(hào)。但目前的測(cè)試多是在污染較少、干燥天氣下進(jìn)行的,影響儀器性能的大霧天氣較少,還需要進(jìn)一步測(cè)試。”

  王瑞斌提醒,不要糾結(jié)于原理,每一種原理都有很多廠家采用,涉及的儀器有很多型號(hào),但不是所有都可以用,要重結(jié)果而不是重原理,關(guān)鍵是要測(cè)量準(zhǔn)確。“儀器出現(xiàn)誤差是很自然的現(xiàn)象,我們對(duì)儀器誤差是認(rèn)可的。一個(gè)高10%,一個(gè)低10%,20%就出來(lái)了。如果大家采用了國(guó)家認(rèn)可的型號(hào),結(jié)果就是國(guó)家認(rèn)可的。”

  相比而言,采用振蕩天平法技術(shù)的企業(yè)較少,國(guó)外主要是美國(guó)賽默飛世爾公司,安徽藍(lán)盾光電子、武漢天虹等國(guó)內(nèi)廠商也都吸收和引進(jìn)了這一技術(shù)并生產(chǎn)出自己的設(shè)備。美國(guó)賽默飛世爾、美國(guó)METONE、先河環(huán)保、武漢天虹等國(guó)內(nèi)外企業(yè)生產(chǎn)β射線法監(jiān)測(cè)設(shè)備。

  南北方不同的氣候條件對(duì)儀器有不同要求嗎?“如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在南北方不同的條件下,儀器表現(xiàn)有差別,會(huì)出臺(tái)明確意見,如果沒有數(shù)據(jù)支撐,不能想當(dāng)然地說(shuō)南方或者北方不能用什么。”王瑞斌說(shuō)。

  美國(guó)花了10年,我們用幾個(gè)月行嗎?

  競(jìng)爭(zhēng)是必須的,希望是良性的競(jìng)爭(zhēng),對(duì)市場(chǎng)、企業(yè)、用戶、政府、技術(shù)發(fā)展革新都有好處

  今年3月,記者在北京見到了賽默飛世爾科技空氣質(zhì)量?jī)x器副總裁兼總經(jīng)理MichaelNemergut。他表示,賽默飛已經(jīng)拜訪了美國(guó)大使館,希望能將它們的儀器也放到美國(guó)大使館進(jìn)行PM2.5監(jiān)測(cè),但目前還沒形成相應(yīng)的機(jī)制。

  “對(duì)于PM2.5的監(jiān)測(cè)問(wèn)題,美國(guó)花了10多年的時(shí)間來(lái)研究,中國(guó)要用幾個(gè)月時(shí)間來(lái)跨越,挑戰(zhàn)性無(wú)疑是很大的。中國(guó)沒有必要也不應(yīng)跟著美國(guó)走,中國(guó)比美國(guó)的情況更復(fù)雜,但國(guó)內(nèi)應(yīng)該可以從中借鑒經(jīng)驗(yàn),將自己的工作做得更好。”周曉斌說(shuō)。

  據(jù)介紹,美國(guó)EPA對(duì)于PM2.5的監(jiān)測(cè)始于1999年,但在2008年之前,一直采用聯(lián)邦參比法(簡(jiǎn)稱FRM)也就是手工稱重法作為標(biāo)準(zhǔn)方法監(jiān)測(cè)并報(bào)送數(shù)據(jù)。從2008年開始,EPA開始使用聯(lián)邦等效法(簡(jiǎn)稱FEM),并先后認(rèn)證了6臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器,包括振蕩天平法、β射線法等。

  周曉斌告訴記者,美國(guó)目前還有大批未經(jīng)EPA認(rèn)證的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器仍在使用,經(jīng)過(guò)EPA認(rèn)證后的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器要加裝FDMS,但這并不是強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。如果加裝了FDMS,監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)被認(rèn)定為FEM結(jié)果,沒有加裝FDMS的監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)被認(rèn)定為PRE-FEM結(jié)果,都需要與FRM進(jìn)行比對(duì)校準(zhǔn)。“FEM結(jié)果需要每6天與FRM結(jié)果比對(duì)一次,而PRE-FEM的監(jiān)測(cè)結(jié)果需要每3天比對(duì)一次。”

  雖然各種爭(zhēng)論和報(bào)道不斷出現(xiàn),但國(guó)內(nèi)對(duì)PM2.5監(jiān)測(cè)儀器的大規(guī)模采購(gòu)尚未開始。對(duì)于這個(gè)即將開啟的市場(chǎng),國(guó)內(nèi)外相關(guān)監(jiān)測(cè)儀器企業(yè)都在密切關(guān)注。

  在中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站進(jìn)行的比對(duì)測(cè)試中,河北先河環(huán)保公司的XHPM-2000E監(jiān)測(cè)儀(PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀)也在其中。先河環(huán)保在今年2月20日的一份澄清公告中表示,“目前,公司在PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀技術(shù)及產(chǎn)品方面均有充分儲(chǔ)備,能夠滿足政府不同層次的采購(gòu)需求。”

  “競(jìng)爭(zhēng)是必須的,沒有競(jìng)爭(zhēng)就沒有發(fā)展。我們希望是良性的競(jìng)爭(zhēng),對(duì)市場(chǎng)、企業(yè)、用戶、政府、技術(shù)發(fā)展革新都有好處。賽默飛可以提供EPA認(rèn)證的6款儀器中的4款。我們有更寬的產(chǎn)品線,可以滿足不同客戶的需求。如果選擇價(jià)格低廉、維護(hù)工作量小的,我們有β射線法;如果資金寬裕,考慮揮發(fā)性顆粒物,則可用振蕩天平法。”周曉斌說(shuō)。

  據(jù)介紹,監(jiān)測(cè)儀器的生命周期一般為6~8年,如何在這樣一個(gè)周期內(nèi)保證穩(wěn)定運(yùn)行,是各地環(huán)境監(jiān)測(cè)部門在采購(gòu)儀器時(shí)必須慎重考慮的問(wèn)題。

  根據(jù)周曉斌提供的數(shù)據(jù),賽默飛目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)售出的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器有100多臺(tái),包括振蕩天平法和β射線法。

  對(duì)于賽默飛儀器在國(guó)內(nèi)外的價(jià)格差異,周曉斌說(shuō),賽默飛在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的儀器根據(jù)不同原理和不同配置,價(jià)格在十幾萬(wàn)元到三十幾萬(wàn)元之間,“國(guó)內(nèi)市場(chǎng)價(jià)格不是簡(jiǎn)單地用美國(guó)市場(chǎng)價(jià)格乘以匯率得來(lái)的,還要加上7%的關(guān)稅、17%的增值稅、運(yùn)費(fèi)等。國(guó)內(nèi)是競(jìng)爭(zhēng)性很強(qiáng)的市場(chǎng),我們不可能在美國(guó)賣10元,在國(guó)內(nèi)賣12元。”

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