PM2.5監(jiān)測(cè)儀器的技術(shù)之爭(zhēng)

      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)部門來說，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，國(guó)內(nèi)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)部門來說，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)量過程中，為了消除水汽影響，需要加溫，但加溫過程會(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，*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*大挑戰(zhàn)就是水的問題和揮發(fā)性顆粒物的捕捉問題。即使采用手工采樣，也會(huì)出現(xiàn)這些問題。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)工作的國(guó)內(nèi)各地環(huán)保部門來說，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*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**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)然地說南方或者北方不能用什么。”王瑞斌說。
　　
　　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)問題，美國(guó)花了10多年的時(shí)間來研究，中國(guó)要用幾個(gè)月時(shí)間來跨越，挑戰(zhàn)性無疑是很大的。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。
　　
　　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。
　　
　　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，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)格在十幾萬元到三十幾萬元之間，“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。”