PM2.5监测需补哪些缺?-浙江省环保装备行业协会-浙江省环保装备行业协会

行业新闻
关于协会
更多
浙江省环保装备行业协会是2009年成立,是以浙江省环保装备和资源综合利用装备制造厂商为主以及从事科技开发、设计和技术服务的企事业单位自愿参加组成的跨地区、跨部门、跨所有制的行业性、全省性的非赢利性社会组织,是经浙江省民政厅核准登记的社会团体法人。
行业新闻
您的位置:首页>行业新闻>
PM2.5监测需补哪些缺?
发布时间:2012-08-24 点击数:
 

白志鹏 杨文 耿春梅 侯鲁健


  编者按


  新修订的《环境空气质量标准》明确提出了PM2.5监测时间表。目前,各城市已陆续开展PM2.5监测工作。在监测过程中,还存在哪些问题?如何解决这些问题?本报特邀相关专家撰写此文,以飨读者。


  近年来,PM2.5污染成为政府和民众关注的环境热点问题。新修订的《环境空气质量标准》增设了PM2.5考核指标。环境保护部明确提出PM2.5监测时间表,指出急需在PM2.5监测仪器选型,建立监测规范、达标考核方法等方面加快进度,尽快出台相应的规定和指导意见,为环境空气质量管理服务。


  PM2.5指空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物,狭义上仅指PM2.5的质量浓度;广义上除PM2.5质量浓度外,还包括数浓度、体积浓度、表面积浓度、颗粒物粒度谱分布及其化学组成等。PM2.5既源于一次颗粒物排放,还包括由二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、氨等前体物发生化学反应生成的二次颗粒物。


  与大粒径颗粒物相比,PM2.5粒径小,易于载带重金属和有机物等有毒有害物质。且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。


  PM2.5监测缺乏技术规范


  ■阅读提示


  我国PM2.5监测缺乏统一技术规范,如缺乏PM2.5环境空气质量达标考核方法、PM2.5监测点位布设指导意见、重量法采样滤膜统一的质量标准及评价技术规范、PM2.5自动监测技术规范等。


  我国一些城市虽已积极开展PM2.5监测工作,但是在监测过程中还存在许多问题,主要有以下几方面:


  缺乏统一的PM2.5环境空气质量达标考核方法。我国对空气质量目前采用两种考核方法:API(空气污染指数)和浓度指标。《环境空气质量标准》要求以浓度指标作为PM2.5达标的考核指标,年均值和日均值需同时达标。但各地方政府一直采用API优良率作为达标的考核方法。因此,需结合我国实际情况进行科学论证,合理确定PM2.5达标考核方法,并制定和发布环境空气质量评价技术规范。


  缺乏PM2.5监测点位布设指导意见。我国常规环境空气质量监测点可分为4类:污染监控点、空气质量评价点、空气质量对照点和空气质量背景点。我国地级以上城市已按《环境空气质量监测规范(试行)》要求布设了PM10国控监测点,并形成了较为完善的监测网络。但PM2.5比PM10在空间上分布更均匀,不但能简单地把全部PM2.5监测点位都布设在原PM10点位上。因此,如何在城市里用最少的点位来准确全面反映城市的整体环境空气质量,以及如何在区域层面优化统筹各种类型的点位,迫切需要出台PM2.5


  监测点位布设的指导意见。


  重量法采样滤膜缺乏统一的质量标准及评价技术规范。国内的空气采样滤膜缺乏相应的检验及使用技术规范,影响国内PM2.5监测数据结果可比性和可靠性。无论是使用国产滤膜还是进口滤膜,即使是同种滤膜也会因为压降与均一性存在差异,从而产生滤膜颗粒物负荷差异和滤膜表面颗粒物分布不均匀,这是导致化学成分分析误差的原因之一。尤其需要指出的是,我国一些地区PM2.5浓度值过高,有时会出现颗粒物负荷超载和滤膜穿透等现象。此外,湿度对滤膜的性能也会产生明显影响。


  缺乏PM2.5自动监测技术规范。我国部分城市和研究机构近10年相继开展了环境空气中PM2.5研究性自动监测工作。但由于缺乏PM2.5自动监测仪器国家认证/指定的仪器型号目录,造成目前广泛运行的PM10自动监测仪器和部分省市购置的PM2.5自动监测仪器品种类型较多,在PM2.5自动监测仪器设备选购、运行维护、质量保证和质量控制等方面缺乏完善的、统一可行的指导意见和技术规范。导致不同地区、不同型号仪器的监测数据缺乏代表性和可比性,影响监测数据的公信力和对监测数据的进一步深入挖掘和使用。


  部分PM2.5采样器达不到采样要求


  ■阅读提示


  目前部分自动采样器在设计上达不到采样要求,原因在于缺乏小时浓度监测值采样时间的技术要求,PM2.5浓度在转换为标态时容易产生系统差异,缺少针对我国自然条件进行优化的监测设备等。


  目前部分PM2.5自动采样器在设计上达不到我国采样要求。


  首先,环境空气质量标准规定,PM2.5自动分析方法可采用微量振荡天平法和β射线法,对24小时平均数据有效性规定为每日至少有20个小时平均浓度值或采样时间。目前,多个城市发布PM2.5小时均值浓度,但缺乏小时浓度监测值采样时间的技术要求,对此,应参照气体污染物小时均值采样要求给出每小时最低的采样时间要求。


  第二,不同国家对标态的规定有差别,导致PM2.5浓度在转换为标态时容易产生系统差异。美国规定标态为25℃、1atm,而我国规定为0℃、1atm。在我国应用美国标态的仪器时,可导致PM2.5值较我国标态约低8%,从而产生达标率差异。因此,在我国使用的监测仪器应符合并执行我国的标态规定。


  第三,缺少针对我国高原地区特有的低气压、温差大、散热差的自然条件进行优化的监测设备。


  第四,颗粒物浓度水平、成分特征的差异可造成自动监测结果出现误差。由于各地经济发展不平衡,在能源结构、产业结构、工业布局、区域自然环境等方面存在差异,PM2.5易受污染源和局地气候的影响导致小时平均值从几μg/m3到几百μg/m3的变化。有时出现幅度大、变化快的状况,对PM2.5监测仪器量程、精度和灵敏度要求高。


  国产PM2.5自动监测仪器研发起步晚,尚无具有自主知识产权关键核心技术。国内缺乏具有自主知识产权的组件和成套整装设备,已有的设备精密度或一致性偏低,导致国内各级监测站和科研单位大多选择采购进口仪器,从而使进口自动监测仪器占据国内大部分市场,对进口仪器的过分依赖导致其价格呈现上涨趋势。此外,还存在进口仪器运维费用高、运维服务不及时等问题。


  全面提升PM2.5监测能力的建议


  ■阅读提示


  加快出台空气质量评价技术规范,优化PM2.5监测点位,科学有序推进PM2.5


  监测,研发适合我国国情的PM2.5监测仪,尽快出台PM2.5监测技术规范和仪器认证/指定程序,加快发布污染源细颗粒物监测规范。


  针对我国PM2.5监测存在的问题,笔者认为,应从以下几方面提升我国PM2.5监测能力。


  首先,加快出台空气质量评价技术规范。鉴于我国PM2.5达标任务的长期性和艰巨性,借鉴国外经验,建议从低到高、由易到难循序渐进对PM2.5环境空气质量进行评价。采用多点位监测值平均值达标作为初级达标,各单点位监测值达标设定为达标。每个点位都达标后再通过模型估算PM2.5最高浓度点处也达标设定为全面达标。


  目前,我国用于空气质量标准达标状况、监测点位布设等的相应空气质量法规模式还是空白。因此,有必要在完善现有空气质量模式的同时,开发适用于环境空气质量管理的法规模式,以完善达标考核体系。


  第二,优化PM2.5监测点位,科学有序推进PM2.5监测。我国应高度重视监测网络设计的科学性。要在充分调研已有的研究成果和了解我国PM2.5特性的基础上,通过现有的地面监测,并结合卫星遥感和空气质量模型,掌握PM2.5的时间和空间分布特征。参考国外经验,在污染最重的区域布设监测点位,以保证所有区域达标。


  由于PM2.5污染具有区域性特点,应适当增设测量污染物输送的区域点位,这样才能准确全面反映城市和区域PM2.5污染特征和变化趋势。结合监测的目的,发布我国PM2.5监测战略,提出我国PM2.5手工监测与自动监测布点技术指南,出台环境空气质量监测点位管理办法,指导各地PM2.5监测优化布点,逐步形成符合我国大气环境特点的环境空气质量监测网络。定期、不定期对监测点位进行评估,评估结果作为监测点保持、撤销或调整、增设的依据。通过评估发现现有监测体系存在的问题,及时调整国家的监测战略或技术要求。


  第三,研发适合我国国情的PM2.5监测仪。关注温湿度、压力、PM2.5中易挥发性二次组分对监测的影响。二次无机细颗粒物(硫酸盐、硝酸盐和铵盐等)和二次有机物一般占PM2.5质量浓度的30%以上,个别地区可高达50%以上。PM2.5中硝酸盐、铵盐和有机物为易挥发性组分,在大气中与气态组分处于动态平衡,受温湿度和大气压力影响很大,在采样过程中易被吸附或分解、凝结或挥发,造成或正或负的误差。同时,上述化学组分吸湿性强,受湿度的影响粒径大小(尺度)变化幅度大,对于PM2.5采样粒径切割和称重均产生显著影响。此外,环境湿度对滤膜的性能也会产生明显影响。因此,在开展PM2.5自动监测的同时,同期开展重量法日均值比对研究,探究大气压力、温度、湿度、成分(硫酸盐、硝酸盐、铵盐、二次有机物、结合水、结晶水等)等多种因素对监测的影响,在制定手工和自动监测规范时应充分考虑上述因素对监测的影响,提出因地因时的校正方法。特别需要指出的是,我国有广阔的高原地貌,对于PM2.5的监测需考虑到海拔高、气压低和温差大的特殊情况。


  同时,还要开展未列入环境空气质量标准的PM2.5监测技术的研究和应用。目前的标准中仅将微量振荡天平法和β射线法作为PM2.5的自动分析方法。而PM2.5自动分析方法还有光学法、电荷法、压电晶体法等,其在科学研究中有比较广泛的应用。尽管微量振荡天平法、β射线法是PM2.5自动监测仪器中的主导仪器,但不应排斥其他技术。对于符合PM2.5自动分析技术指标的仪器都应允许使用。


  此外,还要加强高精度、大尺度、快速PM2.5监测新技术研发,以及加快整装成套监测设备和耗材国产化研发进度。


  第四,尽快出台PM2.5监测技术规范和仪器认证/指定程序。一是建议根据国际通行做法,以重量法作为PM2.5监测的基准方法。自动监测法作为等效方法,用于趋势发布和预警预报。但基准方法和等效方法的数据关系如何调整修正、公报和达标采用什么数据等问题需要进一步明确。


  二是制定和发布PM2.5自动监测规范。规范中应明确对仪器性能(切割效率、流量控制精度、温湿度、采样滤膜压降等)、操作规范、监测质量保证、质量控制和数据格式与传输等要求,尤其是对PM2.5小时平均采样时间的技术指标作进一步要求。并强制作为自动监测仪器的技术指标,指引自动监测技术发展方向。


  三是出台仪器认证/指定程序。针对我国现阶段PM2.5浓度高、化学成分复杂的现状,应从降低购置和运维成本、减少专业技术人员投入和稳定长期运行性能等多方面考虑仪器选型。建议对国内外多种仪器设备进行评估和比对,根据多个城市研究性监测和业务监测数据,提出适合不同经济发展水平、经济结构、气象条件和地理分区的区域监测设备选型指导意见。尽快建立全面的PM2.5监测仪器市场准入和比对认证制度,防止在原产国没有通过认证的仪器设备进入中国市场。不断发布和更新PM2.5监测设备选型名录,作为各地市选购所需的监测设备的依据。同一区域尽可能选用名录上发布的同一类监测仪器,这样便于对比和运行维护。


  四是建立空气采样滤膜质量标准和评价技术规范。为满足颗粒物监测和科研需求,应建立采样滤膜质量标准及评价技术规范,明确不同采样滤膜的种类、规格、结构形式和适用范围。对采样滤膜的主要性能指标进行研究和规范。完善滤膜称重规范,特别是温度和湿度范围,研究并建立PM2.5和PM10采样滤膜性能评价方法、滤膜样品分析测试方法等。出台空气采样滤膜的检验方法和验收、保存、包装及运输等方面的规范。


  第五,加快发布污染源细颗粒物监测规范。随着新修订的《环境空气质量标准》发布,污染源产生的细颗粒物(PM2.5)的监测势在必行,应尽快制定相关污染源PM2.5排放标准。针对源采样的技术主要有加热采样和稀释采样两种技术路线。加热采样法是通过加热去除湿度的影响,但缺少环境老化过程,不能模拟发生源产生污染物进入大气后的行为过程。稀释采样法是通过稀释降低湿度和温度,模拟反应发生源产生的污染物进入大气后的老化行为过程,之后进行滤膜采样和成分分析,得到成分谱。稀释采样法为主流方法,发展至今已经有20多年。但由于污染源复杂,至今尚未形成统一的监测规范,造成污染源监测数据的可比性差。对此,建议我国加快制定并发布污染源细颗粒物监测规范,为全面开展污染源监测做好准备。


  作者单位:白志鹏、杨文、耿春梅,中国环境科学研究院大气化学和气溶胶创新基地;侯鲁健,山东省济南市环境科学研究院


  相关链接

  发达国家PM2.5监测现状


  美国:从上世纪80年代初开始研究和观测PM2.5,1997年发布PM2.5标准,1999年开始建设PM2.5监测网络,2006年获得有效的PM2.5监测数据,2009年开始认定PM2.5自动监测仪器,前后经历了30年之久。为了执行美国空气质量标准,联邦管理法规规定标准污染物的监测方法必须经EPA认证后才能在各监测站点安装运行。美国将各种监测方法分别认证为联邦参比方法和联邦等效方法,并一直以重量法作为参比方法,并作为考核空气是否达标的依据。目前,在美国PM2.5监测网络中,微量振荡天平法监测仪器约占62%,β射线法的仪器占28%左右,光学法仪器所占比例较少。同时,美国发布了认证仪器的名录,并为每个型号设备都提供详细使用说明和持续更新标准操作规程、质量保证/质量控制的方式,以保证监测数据的可靠性和准确性。


  欧洲:目前,大部分欧洲国家都是同时监测PM10和PM2.5。尽管PM2.5监测站的数量在逐渐增加,但PM2.5监测站点总数量并不多。在欧洲,重量法仍然是PM2.5主要监测手段。在监测规范方面,2005年欧洲标准化委员会颁布的CEN14907标准中规定了PM2.5测量的参比方法(重量法),并对其操作规程、质量保证/质量控制做了详细的规定。此外,欧盟还开展了PM2.5自动监测设备的比对试验工作,对如何建立PM2.5等效测量方法编写了技术指南,但没有对PM2.5自动监测仪器开展认证工作。


  日本:日本环境省在2000年初步制定了PM2.5自动监测规范(暂定稿)。在2007年对规范做了进一步修订,在2009年9月9日正式公布了细粒子PM2.5的环境标准。在PM2.5标准正式颁布后,日本环境省组织了PM2.5自动监测设备与重量法设备的比对试验工作,通过这一工作给出PM2.5自动监测认定设备名录。