先河環保：探索中國式PM2.5監測技術
來源：中國環境報 閱讀：3654 更新時間：2012-03-08 08:26國務院日前發布新修訂的《環境空氣質量標準》，增加了“PM2.5”監測指標。3月5日，第十一屆全國人大五次會議的政府工作報告中指出，中國今年在京津冀、長三角、珠三角等重點區域以及直轄市和省會城市開展細顆粒物(PM2.5)等項目監測。
配合PM2.5監測工作的開展，國產儀器的技術儲備及生產能力如何？下一步，空氣污染監測技術的發展方向在哪里？筆者走訪了中國環境監測儀器行業首家上市公司、中國首家實現城市空氣質量連續自動監測系統國產化的公司——河北先河環保科技股份有限公司。
■顆粒物監測研究與中國首套空氣監測系統同步
說起國產顆粒物監測的發展，要從先河研制中國第一套空氣質量監測系統說起。1999年，先河環保承擔了國家經貿委等部門組織的“九五”重大裝備研制計劃項目——城市空氣質量監測系統課題；2000年，先河環保成功研制出我國第一套完全擁有自主知識產權的空氣質量監測系統并通過鑒定，產品達到國際先進水平，填補了國內技術空白，這其中就包括基于PM10監測的顆粒物監測儀，配備不同切割器可測量TSP、PM10、PM2.5。
伴隨中國第一套空氣質量監測系統研制成功，先河環保即掌握了顆粒物監測的核心技術，至今已有10年以上的技術積累，截至目前，先河已擁有在全國1000個空氣質量監測子站建設維護的經驗，顆粒物監測儀器遍布大江南北，產品技術日臻完善，該系列產品2007年獲國家科技進步二等獎，2009年被評為國家自主創新產品，并于2010年首批通過了國家環保認證(中國環境保護產品認證證書CCEP)，這也是先河PM2.5監測技術的根基所在。
2003年，先河環保和日本綠藍株式會社進行技術合作，根據日本的技術標準進行了空氣質量監測系統的產品升級，達到了日本環境監測評價的要求，全方位提升了儀器的整體性能。
■PM2.5監測，始于承擔國家“863”計劃課題
因為具備了顆粒物監測的技術及產業化基礎，2002年，先河環保、清華大學、中科院安徽光機所聯合承擔了“863”計劃“大氣細粒子連續監測技術與設備”課題，擔當起提高我國PM2.5監測自主創新能力、充分發揮高技術引領監測事業發展的先導作用的重任，并由此走出了一條PM2.5監測的中國路。在該課題中，先河承擔了《大氣細粒子采樣技術與設備》項目，獨立研制了多通道PM2.5采樣器，目前仍在清華大學使用。
2005年12月13日，“大氣細粒子連續監測技術與設備”課題在北京通過了“863”計劃資源環境技術領域辦公室組織的現場驗收。該課題研制出了具有自主知識產權的三通道PM2.5化學物種采樣器和新型七級沖擊采樣器，并在北京、重慶、寧波進行了現場運行，達到了較高的技術水準。該課題還研制出了國內首臺具有自主知識產權的單顆粒細粒子飛行時間質譜儀，可以在線測量氣溶膠粒子的粒徑和主要化學組份。
2006年，先河環保和中國環境監測總站合作研究了β射線法顆粒物監測儀關鍵技術——校準膜的質量控制程序，解決了校準膜制作選材、變形和質量保證等許多難題，確保了顆粒物自動監測儀校準膜的準確性，使校準膜這一關鍵技術有了完善的質量保證控制。
■突破多項關鍵技術，切割器國內首家通過認證
經過10年的持續技術創新，先河已擁有成熟的PM2.5監測技術，該儀器的測量原理基于目前β射線法的主流技術，產品性能已經達到國外同類產品水平。
先河環保致力于PM2.5切割效率的持續研究和技術積累，最新研制開發的特性尺寸的PM2.5旋風切割器2011年12月獲得中國疾病預防控制中心認證，是新標準HJ618－2011《環境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》頒布后國內首家通過認證，解決了切割粒徑、捕集效率的幾何標準差等關鍵技術問題，能夠精確地捕集細粒子PM2.5。
公司還實現了多項關鍵技術的突破，通過智能加熱系統解決了濕度對顆粒物測量影響的問題；濾紙帶、校準膜、恒流系統等關鍵技術的解決，保證了測量的準確性。
■研究灰霾產生機理，為科學減排提供決策支持
灰霾來自大氣中PM2.5的消光作用，氣象因素是外因，大氣復合污染還是主要因素。由于經濟規模的迅速擴大和城市化進程的加快，在城市群區域和大城市的大氣復合污染日趨嚴重，特別是區域經濟的一體化以及污染物通過大氣環流在城市間輸送，已經形成了區域內污染高度關聯的區域型污染。因此建立區域性、復合型大氣污染監測系統，并根據數據分析制定有針對性的大氣復合污染的防治對策，對大氣環境質量不斷改善具有重要意義。
基于此，先河環保從2009年開始進行區域性大氣復合污染監測、預警的研究，提出有針對性的大氣復合污染監測整體解決方案。該解決方案由空氣質量監測儀器與軟件分析系統構成，空氣質量監測儀器是基礎硬件，通過合理布點，科學設置監測參數(涵蓋氣溶膠物理及化學性質監測、光學性質監測、氣象參數監測、場景監測等大氣復合污染相關參數)，并與污染源在線儀器聯網，將相關數據傳輸到軟件分析系統，借助污染擴散、預報等模型，最后得出基于監測數據的分析結果，為領導決策提供支持。
該系統通過環境空氣中復合污染物的監測，研究灰霾(微塵)的產生機理，找出主要影響因素，從源頭控制環境空氣顆粒物中的微粒子污染，并根據數據模型分析提出大氣復合污染物的污染防治對策，可達到如下主要效果:
1、可以進行空氣質量發布。提供全市空氣質量、分區空氣質量、站點空氣質量的實時發布，可查看某種監測參數日均值濃度的污染等級分布和趨勢走向，實時、準確地評價污染情況。
2、可以進行污染事件預報預警。大氣污染是污染物與氣象條件、地形地貌共同作用的結果，該系統可結合城市污染源排放狀況、地形地貌特征和氣象條件，對城市區域空氣的污染程度、污染范圍進行預報，并可根據預報來分析污染的走向與趨勢，準確預警嚴重污染事件，有助于提前采取預防措施，減少嚴重污染的產生。
3、可以定量評估目標地區污染物來源。可進行污染來源的實時解析，實現排放源時空分配的精細化，找出造成污染的主要因素，并計算出不同地區的相互輸送量。一方面可以確定本地源和外來源貢獻的相對比例，方便提出區域聯防聯控宏觀控制的建議和方案。另一方面可進行污染源追溯，根據污染成分的化學分析鎖定污染企業，通過推動污染企業治理，從源頭上進行控制，提高污染治理的針對性。
4、進行減排效果評估。可以依托監測數據，提供減排前與減排后的對比分析，進行減排效果評估，實現對大氣治理效果的量化評價；可以對影響能見度的氣象參數、污染參數進行相關性分析，有助于研究造成能見度惡化的原因，及時總結治理成果并持續改進。
■向大氣復合污染監測技術高端邁進，為環境監測提供技術支撐
瞄準環境監測技術制高點，參與國際環境監測高技術競爭，力爭做到同步發展，堅持戰略性、前沿性和前瞻性，是先河環保的研發目標。作為國家創新型企業、國家火炬計劃重點高新技術企業，具有行業資深技術背景的先河環保，將產品研發定位在國家環境戰略高技術研發。
2011年先河環保共承擔國家課題5項，并作為兩個國家項目的主持單位，與中國科學院、清華大學、復旦大學、上海交通大學、中國環境科學研究院等多家國內頂級高校和科研院所共同承擔國家課題，成功地奠定了公司“十二五”期間在國家環保儀器研發和產業化戰略布局中的領導地位。
先河環保非常注重國際間科技交流與合作，以前沿技術研究發展為重點，著力于國際先進監測技術的集成應用和產業化示范，目前已與多個國家和地區有關公司建立了合作，推進全球范圍內大氣監測領域的戰略合作。
2008年，先河環保與具有30年大氣監測系統生產經驗的澳大利亞E－cotech公司正式簽約，開始了全球范圍、深層次的戰略合作。依托優質的產品，先河環保在國家環境監測總站組織的2008污染減排專項農村站試點和首批質控站項目中成功中標。
2009年，公司與全球知名的顆粒物監測儀器制造企業——美國Metone公司合作，代理其PM10、PM2.5監測儀，這不僅標志著雙方合作關系的建立，同時也代表著國際高端環境監測儀器本土化優質服務時代的到來。
2011年，先河作為主持單位，與Ecotech公司共同承擔“大氣復合污染自動污染監測預警系統”課題，該課題為“十二五”國家國際科技合作計劃項目，主要目標是引進高精度背景空氣質量監測儀器技術，形成自有技術的痕量污染自動監測儀器；引進溫室氣體監測技術及濁度儀監測技術，并完成灰霾監測儀器的集成研究，其技術水平與國際先進技術同步。國家國際科技合作專項的研制，使先河環保進入了國家國際科技交流的創新平臺，也促進了公司技術合作向更高層次發展。
配合PM2.5監測工作的開展，先河環保積極參與總站質檢室組織編寫的“環境空氣PM2.5、CO、O3監測技術規范(草案)”標準的編制工作，主要承擔了“環境空氣PM2.5連續自動監測系統安裝與驗收技術規范(草案)”的編制，參與了“環境空氣PM2.5連續自動監測系統技術要求及檢測方法(草案)”等的編制工作，為PM2.5監測工作的開展提供了技術支撐。
■募投項目基礎建設，為產能擴張奠定基礎
走進先河環保產業園，可以看到一大片建筑拔地而起，據介紹這是其上市募投建設項目。其中，新建21600平米綜合車間辦公區主體已經封頂，車間部分鋼結構框架完工，預計2012年5月份辦公區可投入使用，7月份可全面投入使用，達產后可實現年產值15億元，為公司產能擴張奠定了基礎。
據介紹，先河目前的生產設施就具備年產500套空氣監測系統的生產能力，顆粒物監測儀年產量500套以上，新的綜合車間投入使用后，年生產能力將滿足未來5~10年的監測能力建設的需要。
監測PM2.5只是手段，關鍵是要通過監測，呼吁全社會立即行動起來遏制空氣污染，這條“治本”之道任重而道遠。先河環保將致力于大氣監測技術的前瞻研究，以PM2.5監測作為新的起點，為中國空氣質量改善提供精良的裝備支持和有力的決策支撐，為公眾呼吸上更潔凈的空氣做出自己的貢獻。
