PM2.5引發(fā)監(jiān)測技術爭議

PM2.5這個小顆粒引起的大爭議還在繼續(xù)。

眼下，各地環(huán)保部門正在積極籌措加強環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作，監(jiān)測行業(yè)成為備受關注的焦點。根據(jù)初步估算，全國388個地級以上城市購置相關監(jiān)測設備需要20多億元。

今年年初，一則關于PM2.5監(jiān)測設備的報道引人注目:振蕩天平法儀器的監(jiān)測結果較β射線法偏低15％~17％，這也是去年北京市環(huán)保局的監(jiān)測數(shù)據(jù)比美國大*低的原因之一。事實是否真的如此？

今年，京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域以及各直轄市、省會城市和計劃單列市要按照新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》開展監(jiān)測工作。由中國環(huán)境監(jiān)測總站承擔的PM2.5監(jiān)測儀器比對工作還未結束，對于地方環(huán)境監(jiān)測部門來說，現(xiàn)在該如何選擇監(jiān)測儀器？基于不同原理研發(fā)的監(jiān)測儀器，為何會有較大差距？

監(jiān)測PM2.5到底難在哪？

振蕩天平法和β射線法儀器測得的數(shù)值都要與手工采樣結果進行比對

“振蕩天平法和β射線法的測量原理都沒有錯，不能籠統(tǒng)地說哪個偏高或偏低，這兩種方法測得的數(shù)據(jù)都不是真值。顆粒物的構成很復雜，不像二氧化硫等污染物那樣容易測量，各地的顆粒物成分也可能不同，監(jiān)測工作因此就更為困難?，F(xiàn)在，以手工采樣的重量法作為基準，其他方法的監(jiān)測值是否準確，要與手工采樣的結果進行比較，手工采樣測得的數(shù)值才被認為是真值。”中國環(huán)境監(jiān)測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，但在目前技術水平所能達到的范圍內(nèi)，就認為這是基準。

2011年11月1日，《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》（HJ618—2011）開始實施。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，計算出PM2.5和PM10的濃度。

振蕩天平技術是上世紀80年代，由美國R&P公司應用于環(huán)境顆粒物自動監(jiān)測領域的。在儀器中測量樣品質(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，空心錐形玻璃管處于振蕩狀態(tài)，振蕩頻率會隨著濾膜上收集顆粒物質(zhì)量的變化發(fā)生改變，儀器通過準確測量頻率變化得到顆粒物的質(zhì)量，然后根據(jù)收集這些顆粒物時采集的樣品體積計算出樣品的濃度。

“但是，在測量過程中，為了消除水汽影響，需要加溫，但加溫過程會造成顆粒物中揮發(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態(tài)測量系統(tǒng)（Filter　Dynamic　Measurement　System，以下簡稱FDMS），可對儀器結果進行校準。

“FDMS不是某種補償措施，而是真正意義上能夠準確測量到揮發(fā)性顆粒物，這是FDMS的設計初衷。”賽默飛世爾科技（中國）有限公司中國商務運營總監(jiān)周曉斌強調(diào)。

在β射線法PM2.5顆粒物監(jiān)測儀中，樣品氣體的相對濕度被調(diào)整到35％以下，樣品進入儀器主機后顆粒物被收集在可以自動更換的濾膜上。濾膜兩側分別設置了β射線源和β射線檢測器。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射線檢測器檢測到的β射線強度也會相應地減弱。儀器通過分析β射線檢測器的信號變化得到一定時段內(nèi)采集的顆粒物質(zhì)量數(shù)值，結合相同時段內(nèi)采集樣品體積，zui終得出采樣時段的顆粒物濃度。

據(jù)介紹，PM2.5監(jiān)測的zui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，也會出現(xiàn)這些問題。采訪中，周曉斌一直在強調(diào)，“只有發(fā)明了FDMS，才能真正測量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，儀器的維護更為復雜，尤其是在國內(nèi)顆粒物成分復雜的情況下。

周曉斌也承認，加裝了FDMS后，維護工作量會增加。“振蕩天平法儀器在美國的使用率達到62％左右，捕捉了別的方法不能捕捉的東西，這是有代價的，包括價格、維護等方面。目前，我們已經(jīng)對這一儀器進行了改良，并在努力提高售后服務的能力。”

該如何選擇監(jiān)測儀器？

組織開展PM2.5手工標準方法和自動監(jiān)測方法的比對測試

對于正在籌備PM2.5監(jiān)測工作的全國各地環(huán)保部門來說，該如何選擇監(jiān)測儀器？據(jù)記者了解，由中國環(huán)境監(jiān)測總站牽頭的比對工作正在進行，目前還沒有形成zui終報告。

為確保“十二五”PM2.5監(jiān)測工作順利開展，中國環(huán)境監(jiān)測總站在去年12月開始著手準備PM2.5自動監(jiān)測方法適用性比對測試工作，并制定了《PM2.5自動監(jiān)測方法適用性比對測試實驗方案》。

根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站的消息，參考美國EPA對PM2.5自動監(jiān)測儀器的認證方法，以我國手工監(jiān)測標準方法為標準，要對不同廠家、不同原理的環(huán)境空氣自動監(jiān)測儀進行單機比對測試，以全面了解PM2.5監(jiān)測中的β射線方法、β射線方法聯(lián)用濕度補償和光散射法、振蕩天平（TEOM）方法、振蕩天平聯(lián)用膜補償測量方法（TEOM－FDMS）等國內(nèi)外主流監(jiān)測方法與手工標準監(jiān)測方法之間的差異，為我國“十二五”空氣監(jiān)測工作中PM2.5監(jiān)測技術路線確定、監(jiān)測技術規(guī)范編制提供。

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

2012年1月中旬開始，中國環(huán)境監(jiān)測總站根據(jù)已編制的PM2.5監(jiān)測方法適用性測試方案，組織開展了PM2.5手工標準方法和自動監(jiān)測方法的比對測試。

“我們所做的是嘗試給大家一個建議，但目前還沒做完。對于這個測試，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。如果達到這一標準，我們會在合適的時候公布一些型號。但目前的測試多是在污染較少、干燥天氣下進行的，影響儀器性能的大霧天氣較少，還需要進一步測試。”

王瑞斌提醒，不要糾結于原理，每一種原理都有很多廠家采用，涉及的儀器有很多型號，但不是所有都可以用，要重結果而不是重原理，關鍵是要測量準確。“儀器出現(xiàn)誤差是很自然的現(xiàn)象，我們對儀器誤差是認可的。一個高10％，一個低10％，20％就出來了。如果大家采用了國家認可的型號，結果就是國家認可的。”

相比而言，采用振蕩天平法技術的企業(yè)較少，國外主要是美國賽默飛世爾公司，安徽藍盾光電子、武漢天虹等國內(nèi)廠商也都吸收和引進了這一技術并生產(chǎn)出自己的設備。美國賽默飛世爾、美國METONE、先河環(huán)保、武漢天虹等國內(nèi)外企業(yè)生產(chǎn)β射線法監(jiān)測設備。

南北方不同的氣候條件對儀器有不同要求嗎？“如果實驗數(shù)據(jù)表明在南北方不同的條件下，儀器表現(xiàn)有差別，會出臺明確意見，如果沒有數(shù)據(jù)支撐，不能想當然地說南方或者北方不能用什么。”王瑞斌說。

美國花了10年，我們用幾個月行嗎？

競爭是必須的，希望是良性的競爭，對市場、企業(yè)、用戶、政府、技術發(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)量儀器副總裁兼總Michael　Nemergut。他表示，賽默飛已經(jīng)拜訪了美國大*，希望能將它們的儀器也放到美國大*進行PM2.5監(jiān)測，但目前還沒形成相應的機制。

“對于PM2.5的監(jiān)測問題，美國花了10多年的時間來研究，中國要用幾個月時間來跨越，挑戰(zhàn)性無疑是很大的。中國沒有必要也不應跟著美國走，中國比美國的情況更復雜，但國內(nèi)應該可以從中借鑒經(jīng)驗，將自己的工作做得更好。”周曉斌說。

據(jù)介紹，美國EPA對于PM2.5的監(jiān)測始于1999年，但在2008年之前，一直采用聯(lián)邦參比法（簡稱FRM）也就是手工稱重法作為標準方法監(jiān)測并報送數(shù)據(jù)。從2008年開始，EPA開始使用聯(lián)邦等效法（簡稱FEM），并先后認證了6臺監(jiān)測儀器，包括振蕩天平法、β射線法等。

周曉斌告訴記者，美國目前還有大批未經(jīng)EPA認證的PM2.5監(jiān)測儀器仍在使用，經(jīng)過EPA認證后的PM2.5監(jiān)測儀器要加裝FDMS，但這并不是強制標準。如果加裝了FDMS，監(jiān)測結果會被認定為FEM結果，沒有加裝FDMS的監(jiān)測結果會被認定為PRE－FEM　結果，都需要與FRM進行比對校準。“FEM結果需要每6天與FRM結果比對一次，而PRE－FEM　的監(jiān)測結果需要每3天比對一次。”

雖然各種爭論和報道不斷出現(xiàn)，但國內(nèi)對PM2.5監(jiān)測儀器的大規(guī)模采購尚未開始。對于這個即將開啟的市場，國內(nèi)外相關監(jiān)測儀器企業(yè)都在密切關注。

在中國環(huán)境監(jiān)測總站進行的比對測試中，河北先河環(huán)保公司的XHPM－2000E監(jiān)測儀（PM2.5自動監(jiān)測儀）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自動監(jiān)測儀技術及產(chǎn)品方面均有充分儲備，能夠滿足政府不同層次的采購需求。”

“競爭是必須的，沒有競爭就沒有發(fā)展。我們希望是良性的競爭，對市場、企業(yè)、用戶、政府、技術發(fā)展革新都有好處。賽默飛可以提供EPA認證的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。如果選擇價格低廉、維護工作量小的，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)測儀器的生命周期一般為6~8年，如何在這樣一個周期內(nèi)保證穩(wěn)定運行，是各地環(huán)境監(jiān)測部門在采購儀器時必須慎重考慮的問題。

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

對于賽默飛儀器在國內(nèi)外的價格差異，周曉斌說，賽默飛在國內(nèi)市場銷售的儀器根據(jù)不同原理和不同配置，價格在十幾萬元到三十幾萬元之間，“國內(nèi)市場價格不是簡單地用美國市場價格乘以匯率得來的，還要加上7％的關稅、17％的增值稅、運費等。國內(nèi)是競爭性很強的市場，我們不可能在美國賣10元，在國內(nèi)賣12元。”