先河环保：探索中国式PM2.5监测技术
来源：中国环境报 阅读：3376 更新时间：2012-03-08 08:26国务院日前发布新修订的《环境空气质量标准》，增加了“PM2.5”监测指标。3月5日，第十一届全国人大五次会议的政府工作报告中指出，中国今年在京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市开展细颗粒物(PM2.5)等项目监测。
配合PM2.5监测工作的开展，国产仪器的技术储备及生产能力如何？下一步，空气污染监测技术的发展方向在哪里？笔者走访了中国环境监测仪器行业首家上市公司、中国首家实现城市空气质量连续自动监测系统国产化的公司——河北先河环保科技股份有限公司。
■颗粒物监测研究与中国首套空气监测系统同步
说起国产颗粒物监测的发展，要从先河研制中国第一套空气质量监测系统说起。1999年，先河环保承担了国家经贸委等部门组织的“九五”重大装备研制计划项目——城市空气质量监测系统课题；2000年，先河环保成功研制出我国第一套完全拥有自主知识产权的空气质量监测系统并通过鉴定，产品达到国际先进水平，填补了国内技术空白，这其中就包括基于PM10监测的颗粒物监测仪，配备不同切割器可测量TSP、PM10、PM2.5。
伴随中国第一套空气质量监测系统研制成功，先河环保即掌握了颗粒物监测的核心技术，至今已有10年以上的技术积累，截至目前，先河已拥有在全国1000个空气质量监测子站建设维护的经验，颗粒物监测仪器遍布大江南北，产品技术日臻完善，该系列产品2007年获国家科技进步二等奖，2009年被评为国家自主创新产品，并于2010年首批通过了国家环保认证(中国环境保护产品认证证书CCEP)，这也是先河PM2.5监测技术的根基所在。
2003年，先河环保和日本绿蓝株式会社进行技术合作，根据日本的技术标准进行了空气质量监测系统的产品升级，达到了日本环境监测评价的要求，全方位提升了仪器的整体性能。
■PM2.5监测，始于承担国家“863”计划课题
因为具备了颗粒物监测的技术及产业化基础，2002年，先河环保、清华大学、中科院安徽光机所联合承担了“863”计划“大气细粒子连续监测技术与设备”课题，担当起提高我国PM2.5监测自主创新能力、充分发挥高技术引领监测事业发展的先导作用的重任，并由此走出了一条PM2.5监测的中国路。在该课题中，先河承担了《大气细粒子采样技术与设备》项目，独立研制了多通道PM2.5采样器，目前仍在清华大学使用。
2005年12月13日，“大气细粒子连续监测技术与设备”课题在北京通过了“863”计划资源环境技术领域办公室组织的现场验收。该课题研制出了具有自主知识产权的三通道PM2.5化学物种采样器和新型七级冲击采样器，并在北京、重庆、宁波进行了现场运行，达到了较高的技术水准。该课题还研制出了国内首台具有自主知识产权的单颗粒细粒子飞行时间质谱仪，可以在线测量气溶胶粒子的粒径和主要化学组份。
2006年，先河环保和中国环境监测总站合作研究了β射线法颗粒物监测仪关键技术——校准膜的质量控制程序，解决了校准膜制作选材、变形和质量保证等许多难题，确保了颗粒物自动监测仪校准膜的准确性，使校准膜这一关键技术有了完善的质量保证控制。
■突破多项关键技术，切割器国内首家通过认证
经过10年的持续技术创新，先河已拥有成熟的PM2.5监测技术，该仪器的测量原理基于目前β射线法的主流技术，产品性能已经达到国外同类产品水平。
先河环保致力于PM2.5切割效率的持续研究和技术积累，最新研制开发的特性尺寸的PM2.5旋风切割器2011年12月获得中国疾病预防控制中心认证，是新标准HJ618－2011《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》颁布后国内首家通过认证，解决了切割粒径、捕集效率的几何标准差等关键技术问题，能够精确地捕集细粒子PM2.5。
公司还实现了多项关键技术的突破，通过智能加热系统解决了湿度对颗粒物测量影响的问题；滤纸带、校准膜、恒流系统等关键技术的解决，保证了测量的准确性。
■研究灰霾产生机理，为科学减排提供决策支持
灰霾来自大气中PM2.5的消光作用，气象因素是外因，大气复合污染还是主要因素。由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，在城市群区域和大城市的大气复合污染日趋严重，特别是区域经济的一体化以及污染物通过大气环流在城市间输送，已经形成了区域内污染高度关联的区域型污染。因此建立区域性、复合型大气污染监测系统，并根据数据分析制定有针对性的大气复合污染的防治对策，对大气环境质量不断改善具有重要意义。
基于此，先河环保从2009年开始进行区域性大气复合污染监测、预警的研究，提出有针对性的大气复合污染监测整体解决方案。该解决方案由空气质量监测仪器与软件分析系统构成，空气质量监测仪器是基础硬件，通过合理布点，科学设置监测参数(涵盖气溶胶物理及化学性质监测、光学性质监测、气象参数监测、场景监测等大气复合污染相关参数)，并与污染源在线仪器联网，将相关数据传输到软件分析系统，借助污染扩散、预报等模型，最后得出基于监测数据的分析结果，为领导决策提供支持。
该系统通过环境空气中复合污染物的监测，研究灰霾(微尘)的产生机理，找出主要影响因素，从源头控制环境空气颗粒物中的微粒子污染，并根据数据模型分析提出大气复合污染物的污染防治对策，可达到如下主要效果:
1、可以进行空气质量发布。提供全市空气质量、分区空气质量、站点空气质量的实时发布，可查看某种监测参数日均值浓度的污染等级分布和趋势走向，实时、准确地评价污染情况。
2、可以进行污染事件预报预警。大气污染是污染物与气象条件、地形地貌共同作用的结果，该系统可结合城市污染源排放状况、地形地貌特征和气象条件，对城市区域空气的污染程度、污染范围进行预报，并可根据预报来分析污染的走向与趋势，准确预警严重污染事件，有助于提前采取预防措施，减少严重污染的产生。
3、可以定量评估目标地区污染物来源。可进行污染来源的实时解析，实现排放源时空分配的精细化，找出造成污染的主要因素，并计算出不同地区的相互输送量。一方面可以确定本地源和外来源贡献的相对比例，方便提出区域联防联控宏观控制的建议和方案。另一方面可进行污染源追溯，根据污染成分的化学分析锁定污染企业，通过推动污染企业治理，从源头上进行控制，提高污染治理的针对性。
4、进行减排效果评估。可以依托监测数据，提供减排前与减排后的对比分析，进行减排效果评估，实现对大气治理效果的量化评价；可以对影响能见度的气象参数、污染参数进行相关性分析，有助于研究造成能见度恶化的原因，及时总结治理成果并持续改进。
■向大气复合污染监测技术高端迈进，为环境监测提供技术支撑
瞄准环境监测技术制高点，参与国际环境监测高技术竞争，力争做到同步发展，坚持战略性、前沿性和前瞻性，是先河环保的研发目标。作为国家创新型企业、国家火炬计划重点高新技术企业，具有行业资深技术背景的先河环保，将产品研发定位在国家环境战略高技术研发。
2011年先河环保共承担国家课题5项，并作为两个国家项目的主持单位，与中国科学院、清华大学、复旦大学、上海交通大学、中国环境科学研究院等多家国内顶级高校和科研院所共同承担国家课题，成功地奠定了公司“十二五”期间在国家环保仪器研发和产业化战略布局中的领导地位。
先河环保非常注重国际间科技交流与合作，以前沿技术研究发展为重点，着力于国际先进监测技术的集成应用和产业化示范，目前已与多个国家和地区有关公司建立了合作，推进全球范围内大气监测领域的战略合作。
2008年，先河环保与具有30年大气监测系统生产经验的澳大利亚E－cotech公司正式签约，开始了全球范围、深层次的战略合作。依托优质的产品，先河环保在国家环境监测总站组织的2008污染减排专项农村站试点和首批质控站项目中成功中标。
2009年，公司与全球知名的颗粒物监测仪器制造企业——美国Metone公司合作，代理其PM10、PM2.5监测仪，这不仅标志着双方合作关系的建立，同时也代表着国际高端环境监测仪器本土化优质服务时代的到来。
2011年，先河作为主持单位，与Ecotech公司共同承担“大气复合污染自动污染监测预警系统”课题，该课题为“十二五”国家国际科技合作计划项目，主要目标是引进高精度背景空气质量监测仪器技术，形成自有技术的痕量污染自动监测仪器；引进温室气体监测技术及浊度仪监测技术，并完成灰霾监测仪器的集成研究，其技术水平与国际先进技术同步。国家国际科技合作专项的研制，使先河环保进入了国家国际科技交流的创新平台，也促进了公司技术合作向更高层次发展。
配合PM2.5监测工作的开展，先河环保积极参与总站质检室组织编写的“环境空气PM2.5、CO、O3监测技术规范(草案)”标准的编制工作，主要承担了“环境空气PM2.5连续自动监测系统安装与验收技术规范(草案)”的编制，参与了“环境空气PM2.5连续自动监测系统技术要求及检测方法(草案)”等的编制工作，为PM2.5监测工作的开展提供了技术支撑。
■募投项目基础建设，为产能扩张奠定基础
走进先河环保产业园，可以看到一大片建筑拔地而起，据介绍这是其上市募投建设项目。其中，新建21600平米综合车间办公区主体已经封顶，车间部分钢结构框架完工，预计2012年5月份办公区可投入使用，7月份可全面投入使用，达产后可实现年产值15亿元，为公司产能扩张奠定了基础。
据介绍，先河目前的生产设施就具备年产500套空气监测系统的生产能力，颗粒物监测仪年产量500套以上，新的综合车间投入使用后，年生产能力将满足未来5~10年的监测能力建设的需要。
监测PM2.5只是手段，关键是要通过监测，呼吁全社会立即行动起来遏制空气污染，这条“治本”之道任重而道远。先河环保将致力于大气监测技术的前瞻研究，以PM2.5监测作为新的起点，为中国空气质量改善提供精良的装备支持和有力的决策支撑，为公众呼吸上更洁净的空气做出自己的贡献。
