大量引進PM2.5監測儀器衍生問題
http://www.sharifulalam.com 2012-07-18 14:18 來源：中國環境報
在新版《環境空氣質量標準》中，PM2.5、臭氧等成為常規監測指標。據業內人士估計，設備采購預算有望達到6.61億元，而PM2.5監測引發的整個市場份額約為20億元。但是，大部分監測設備幾乎完全依賴進口，大量引用是否會衍生其他問題？
北京、天津、上海、山西等地相繼發布了PM2.5監測數據，百姓只要輕點鼠標，就可以了解相關監測數據。將PM2.5監測納入環境空氣質量常規監測指標撬動了一個市場，那么，監測PM2.5，對我國環境監測能力的挑戰有多大？面對魚龍混雜的市場格局，如何因地制宜地選擇設備？目前，我國PM2.5監測設備的核心部件完全依賴進口，國內監測設備企業有無機會？大量引用進口監測設備有沒有可能帶來其他一些問題？帶著這些問題，記者采訪了相關專家。
■能完全依賴進口設備嗎？
在今后的設備維護、零部件更換、人員培訓等方面持續受國外設備制造商牽制
采訪中，一些專家表示，把PM2.5監測納入到空氣質量常規監測指標，對我國目前的監測能力是一個挑戰。首先是監測技術，目前國內的顆粒物監測設備除個別采樣器外，均依賴國外產品或國外專利，在一定程度上形成了國外設備制造商壟斷的局面，但國外監測儀器主要針對較低污染濃度設計，在我國較高污染條件下和特殊地區監測條件下的適用性還需要進行系統驗證；其次是基礎能力建設方面，PM2.5監測納入常規監測指標后，將帶動配套站房、天平室、觀測平臺等一系列基礎建設；第三是人員和培訓方面，PM2.5監測設備的維護工作相對繁瑣，將耗費大量人力，此外這類監測設備的技術要求較高，需要對操作人員進行定期培訓。
由于我國大氣PM2.5及大氣污染監測裝備技術研究起步較晚，大部分監測設備幾乎完全依賴進口，部分自主開發的儀器設備尚未開展工程化、標準化、工藝以及網絡化等關鍵技術研究，國產監測裝備難以滿足國家大規模聯網布設的需求。
從全國各地PM2.5監測儀器采購情況來看，從技術要求和區位分布分析，國外廠商的優勢很大。根據記者調查的情況，國外廠商基本占據了今年60％以上的市場份額，現階段國內廠商將主要處于跟隨地位。
對此，中國環境科學院副院長柴發合表示，國外設備紛紛向國內傾銷，若全部(或大部分)采用國外進口設備，將面臨一定的風險。因此，開展大氣PM2.5及大氣污染監測預警裝備關鍵技術研究，加強大氣PM2.5及大氣污染監測預警裝備技術保障體系能力建設，對于提升空氣質量、保護民眾健康和國家大氣安全，具有十分重要的現實意義。
此外，在PM2.5監測體系建設初期，過度依賴進口儀器設備，將在今后的設備維護、零部件更換、人員培訓等方面持續受國外設備制造商牽制，對我國形成有自主知識產權的、受控的監測體系造成不利影響。
■監測設備選擇如何因地制宜？
需要在保證準確性的條件下，根據不同監測目的和自然條件進行選擇
目前，PM2.5的監測方法包括稱重法、射線法及光譜法。據柴發合介紹，稱重法是目前被公認為最準確的顆粒物測量方法，其基本原理是在恒溫恒濕條件下使用天平稱量采樣膜上的樣品重量，結合采樣流量計算空氣中的顆粒物濃度。稱重法是目前歐美國家以及我國顆粒物濃度測量中規定的標準方法，雖然仍有一定的不確定性和較低的時間分辨率，但可以保留顆粒物樣品，用來進行化學成分分析。
在顆粒物質量濃度在線分析儀中，目前應用最為廣泛的兩種測量方法是β射線方法和振蕩天平法。β射線法主要依靠β射線的衰減作用計算顆粒物質量濃度，而振蕩天平法主要依靠顆粒物在濾膜上的集聚對天平振蕩系數的改變來計算顆粒物質量濃度。
對此，中國環境科學研究院大氣所高健博士介紹說，從儀器原理上來講，振蕩天平法方法相對更能客觀反映顆粒物的真實濃度，但在較高濕度環境下容易出現噪音值，其加熱管也易使顆粒物中的揮發性物質損失從而降低測量濃度。由于構造復雜，振蕩天平法儀器維護起來相對麻煩。
相比之下，β射線法操作簡單，維護方便，但測量值往往高出振蕩天平法的測量值，而且隨顆粒物濃度高低、成分以及環境濕度變化有較大差異。總之，在線測量方法相對于稱重法有操作簡單、時間分辨率高的優點，但在準確性上還存在較大爭議。
目前應用的PM2.5測量技術還包括光散射顆粒物測量方法(光譜法)。其運行原理是通過測量顆粒物進入儀器后對測量光線的散射特征測量顆粒物的大小及數量，并以此計算顆粒物的質量濃度。
這一方法的優點包括反應迅速、設備占地小、安裝操作簡便、可同時測量多個粒徑的顆粒物數量等。但光的散射與顆粒物濃度之間的關系受到諸多因素影響，如顆粒物的化學組成、形狀、比重、粒徑分布等。這意味著光散射和顆粒物濃度之間的換算公式隨時隨地都可能在變，需要儀器使用者不斷用標準方法進行校正。
對此，柴發合指出，在選擇顆粒物監測方法時需要在保證準確性的條件下，根據不同的監測目的和自然條件進行選擇。比如，在基本監測中可選擇在線監測方法和光譜法，有人員和實驗室條件的監測站鼓勵使用稱重法，而應急監測、特殊條件監測(醫療衛生部門、地鐵交通等)可以選擇光譜法。
目前，考慮到產品技術成熟度等因素，國內首批采購的PM2.5監測儀器以進口產品為主，比較有代表性的是美國賽默飛世爾的產品，其技術原理基于振蕩天平法，優點是能夠實現每分鐘實時精確測量。但要使振蕩天平法儀器所測值更準確，需要加裝膜動態測量系統(FDMS)。早在2009年2月，美國環保署即要求賽默飛世爾的PM2.5檢測儀加裝FDMS。
目前，振蕩天平法儀器的核心技術由賽默飛世爾壟斷，單臺儀器價格為28萬元，加裝FDMS后，更是高達38萬元之多，β射線法監測儀僅需不到15萬元。
目前，國內已有部分廠商推出采用β射線法的PM2.5監測儀樣機，單臺售價在15萬元左右。對于經費不夠充裕、數據實時性要求較低的二、三線城市環境監測站，這一類產品的競爭優勢十分明顯。
■國內企業能否后來趕上？
加強自身研發能力建設，與科研院所合作進行產品研發、升級、評估及檢驗
柴發合說，從目前國內PM2.5設備使用情況來看，國外進口儀器設備占據主導地位，但國內PM2.5監測及采樣技術在近幾年也有不小的發展，幾家設備制造商均有自己的專利產品，并逐漸在國內市場上占據一定地位。
總體而言，國外廠商具有多年的研究積累和產品開發、推廣經驗，其產品在歐美也經歷了多年的使用檢驗，因此在初期能夠占據大部分市場。國內廠商對PM2.5監測及采樣設備的大規模研發在近幾年才有所起色，且基本按照國外產品仿照制作，產品還不具備大規模量產的能力，也未經過長期使用檢驗。
因此，雖然國內廠商在目前巨大的市場中可以分得一杯羹，但面對強大的國際競爭對手，還需要大力加強自身研發能力建設，與科研院所合作進行產品研發、升級、評估及檢驗，還需要得到國家和政府的扶持。
值得注意的是，雖然目前PM2.5自動監測設備正大行其道，但在歐美國家大氣環境監測工作中，PM2.5手工監測方法的地位依然不可撼動。
由于手工監測PM2.5是基于顆粒物膜采樣方法，其樣品可以長期保存并用于PM2.5中各種污染成分的分析，以此確定污染來源，進而幫助政府制定科學有效的控制對策。因此，在鼓勵開發PM2.5自動監測設備的同時，應同時鼓勵針對PM2.5采樣器的設計和開發，并發展PM2.5化學成分自動監測設備(如無機離子、碳成分、重金屬等)的研發，以滿足我國中長期大氣環境保護工作中對儀器設備的需求。
據了解，我國現有大氣污染源數據調查已開始從酸性氣溶膠(酸雨)生成的角度對前體物二氧化硫和氮氧化物進行統計和控制。一些專家表示，大氣污染源研究還應從二次微粒轉化的角度對前體物二氧化硫、氮氧化物和氨進行調查分析，以進一步完善現有的污染源統計模式。在重視單項污染物指標，如二氧化硫的濃度指標與總量控制指標的基礎上，應同時關注一次污染物轉化為二次污染物、一次污染物與二次污染物之間產生的對能見度和人體健康的累積效應等綜合性指標。
PM2.5研究是我國城市大氣污染研究中的薄弱環節。公眾在要求常規大氣污染物濃度達標的同時，會期望城市的天空更藍。因此，今后的研究應對PM2.5的基本組成與累積途徑等進行系統、細致的分析，為研究控制PM2.5的有效途徑打下堅實基礎。
PM2.5監測帶動20億元市場
320個城市共1400多個站點或需配備設備
在新版《環境空氣質量標準》中，PM2.5、臭氧等成為常規監測指標。根據環境保護部《空氣質量新標準第一階段監測實施方案》，今年10月底前，74個城市的496個點位必須完成新標準中PM2.5、一氧化碳、臭氧等3項新增指標的自動監測設備安裝。據業內人士估計，設備采購預算有望達到6.61億元，而PM2.5監測引發的整個市場份額約為20億元。
記者在山西等地采訪時了解到，各地相繼出臺規劃和措施來逐步完善、優化環境空氣質量自動監測網絡，全面提升環境空氣質量自動監測能力。其中，山西省提出要最終實現全省
PM2.5(細顆粒物)、臭氧和一氧化碳監測全覆蓋。
據了解，山西省于去年在11個省轄市的22個自動監測點位增配了PM2.5、臭氧和一氧化碳監測儀器，并于去年12月投入試運行。未來3年，山西省還將投入3.15億元，逐步完善、優化環境空氣質量自動監測網絡，開展6項污染物監測。
記者從山東省環保廳獲悉，結合環境保護部《重點區域大氣污染聯防聯控“十二五”規劃》，從2012年起，山東省17市將全面開展PM2.5監測試點。
中國環境科學院副院長柴發合在接受記者采訪時介紹說，目前我國進行環境空氣質量監測的城市約320個，共1400多個站點，如果在“十二五”期間均配備PM2.5監測設備，加上配套設備及后續維護工作，將涉及數十億乃至上百億的資金投入。
此外，由于PM2.5的重要性和敏感性，可以想象在科學界也將掀起一次PM2.5研究熱，因此相關科研儀器設備也將熱銷。可以說，PM2.5所帶動的將不僅是一個學科，還涉及到多個行業、多個產業的發展。
根據相關預測分析，“十二五”期間各城市在PM2.5監測設備領域的投資規模將至少達到20億元。同時，這也將進一步推動工業污染源監測工作的改進，帶動整個環境監測行業的發展。
對此，中國環境科學研究院大氣所高健博士在接受記者采訪時表示，在全國范圍內進行PM2.5監測所帶動的市場是巨大的，包括監測基本設備及相關配套設施的配置、監測設備的維護費用、監測站房建設、標準稱重實驗室建設、人員培訓等。其中，監測設備、站房以及實驗室基本為一次性投入，相關配件、維護費用、人員及設備升級需要持續投入。
一方面，國家和地方的投入做大了PM2.5監測這塊蛋糕。另一方面，由于PM2.5監測設備更換頻率較高，儀器設備更新都會為企業帶來收入，這是一個長期的過程。據介紹，監測設備要兩三年更換一次，全國有1000多個監測點，每個監測點配備3臺儀器，這一市場份額也是很龐大的。
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