多功能大气环境颗粒物监测系统

美国TSI 公司于2016年11月4日在广西南宁举办了“大气环境颗粒物、超细颗粒物检测进行技术交流会”，此次交流会邀请了当地的环境监测部门、高校科研机构和当地仪器代理商。TSI公司现场介绍和展示了大气气溶胶检测的系列产品，特别是关于1nm 扫描电迁移率粒径谱仪，该款产品将气溶胶研究和检测提升到新的一个量级。交流会还就气溶胶粒径谱在关于灰霾源解析和常规大气环境监测中的重要作用进行探讨以及对粒径谱监测数据收集和处理进行了交流。交流会后还参观了广西环科院大气PM2.5研究监测站。TSI最新推出的SMPS™ 扫描电迁移粒径谱仪，被广泛用于测量1微米以下的气溶胶粒径分布的测量标准。选配3777型纳米增强仪以及3086型DMA差分电迁移分析仪（1nm-DMA）组件后，SMPS粒径谱仪能够测量纳米的粒径范围扩展至1nm。 3321 空气动力学粒径谱仪(APS™ ) 提供 0.5 至 20 微米粒径范围粒子的高分辨率、实时空气动力学检测。这些独特的粒径分析仪还检测 0.37 至 20 微米粒径范围粒子的光散射强度。APS 粒径谱仪通过向同一粒子提供成对数据向有兴趣研究气溶胶组成的人士开辟了令人振奋的新途径。TSI 3330型光学颗粒物粒径谱仪简单轻便，能够对颗粒物浓度和粒径谱分布进行快速和准确的测量。基于TSI公司40年气溶胶仪器设计的经验，本款产品使用120度光散射角收集散射光强度和精密的电子处理系统，从而得到高质量和高精度的数据。同时，TSI工厂严格的标定标准也确保仪器的精确性。该产品是广大环境研究机构和环境监测部门进行颗粒物监测分析和源解析的最佳仪器。关于TSI公司TSI公司研究、确定和解决各种测量问题，为全球市场服务。作为精密仪器设计和生产的行业领导者，TSI与世界各地的科研机构和客户合作，确立与气溶胶科学、气流、健康和安全、室内空气质量、流体力学及生物危害检测有关的测量标准。TSI总部位于美国，在欧洲和亚洲设有代表处，在其服务的全球各个市场建立了机构。每天，我们专业的员工都在把科研成果转化成现实。

2021年，生态环境部发布《“十四五”全国细颗粒物与臭氧协同控制监测网络能力建设方案》（环办监测函[2021]218号），该方案强调：“十四五”期间将按照“国家负责统一规范和联网、地方负责建设和运维”的模式，进一步加强细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）协同控制监测能力建设。同时，方案中特别提到，要“以交通、工业园区和排污单位为重点开展污染源专项监测，组建和完善全国协同控制监测网络，掌握PM2.5与O3的主要来源、浓度水平、生成机理、传输规律等，更好支撑多污染物协同控制和区域协同治理。”可以说，对颗粒物进行全天候、全方位、全粒径的监测溯源是后续精准治理必不可少的步骤。仪器信息网获悉，河北先河环保科技股份有限公司（以下简称：先河环保）推出颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统，该系统可有效支撑颗粒物与臭氧协同控制。本次第二十一届中国国际环保展览会（CIEPEC2023）上，先河环保携颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统亮相。展会期间，先河环保总裁助理、生态环境物联网与大数据应用技术国家地方联合工程研究中心主任潘本锋接受了仪器信息网的独家采访。先河环保总裁助理、生态环境物联网与大数据应用技术国家地方联合工程研究中心主任潘本锋仪器信息网：从2022年各地区陆续发布“十四五”时期生态环境保护规划中几乎都提到：要加强协同控制PM2.5和臭氧污染。针对该热点，先河环保在产品层面有的解决方案？潘本锋：目前，颗粒物和臭氧是影响大气环境质量的主要污染物，也是目前大气环境治理的重点与难点。而国家提出的加强细颗粒物和臭氧协同控制具体来说，就是要落实“问题、时间、区域、对象、措施”五个精准要求，进而实现污染物的精准监测及溯源解析，为制定城市大气污染控制对策提供必要的科学依据。因此，围绕大气颗粒物污染的精准溯源、科学研判、依法治理，先河环保推出了颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统，该系统可有效支撑颗粒物与臭氧协同控制。图解颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统仪器信息网：该产品（颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统）与传统的空气监测类产品有何不同？在研发设计与技术创新上，有何亮点和突破？潘本锋：颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统是对颗粒物进行全天候、全方位、全粒径的颗粒物监测溯源。这套系统基于颗粒物监测数据，结合源解析算法，对颗粒物分粒径进行实时源解析、及时预警和精准溯源，实现数据的统一收集、统一展示和统一分析。也就是说，这套系统能够协助我们快速确定颗粒物的来源，比如颗粒物是来自于机动车？还是工地扬尘？或是来自于生活源或工业源？类似这样的粒径溯源会为我们下一步的治理提供信息，指导各地开展精细化管控，实现精准治污、科学治污、依法治污，为国家提供可靠和技术与数据支撑。系统采取“一张网、一中心、四应用”的总体架构，布局科学合理，让人一目了然。其中，“一张网”统筹粒径监测、走航监测等各种基础数据；“一中心”集成各源各类大气环境数据资源，实现数据采集汇聚、数据计算研发、数据存储共享、数据资产管理，为数据应用提供服务；“四应用”囊括了实时监测、粒径分析、颗粒物来源解析以及粒径与空气质量关联分析四大模块，实现精准溯源，助力颗粒物污染高效、并持续地改善。目前，这套平台系统已取得软件著作权。仪器信息网：依托这套系统，先河环保能够为各地的颗粒物污染管控带来哪些具体的帮助？潘本锋：依托这一系统，可以为各地大气颗粒物污染管控提供三方面的帮助：一是帮助各地政府构建颗粒物粒径监测网。这套系统通过高精度粒径监测站与微型站的组合方式，以粒径移动监测作为固定站补充，帮助各地政府全面掌握各区域粒径分布与污染来源。粒径监测网可以覆盖环境空气质量评价点、区域预警、道路、工业园区等，实现对区域颗粒物数据的全天候、全方位、全粒径的动态立体监测与评估，为环境颗粒物监管提供数据支撑。环保展上展出高精度粒径监测站与微型站二是协助建设颗粒物粒径监测与溯源决策支持平台。通过建设智慧平台，可实时展示各监测设备状态及监测浓度，并对粒径段数据、粒径分布及变化趋势、粒径浓度变化规律进行统计分析，这便于我们掌握道路扬尘、施工扬尘、固定燃烧源、机动车和工艺过程源等对本地颗粒物污染的贡献，实现对PM10和PM2.5的实时源解析溯源。三是实现颗粒物粒径溯源分析研判服务。依托颗粒物粒径监测与溯源决策支持平台，融合大气环境监测数据及其他专业数据资源，我们提供的颗粒物粒径数据溯源分析研判服务可为政府部门提供准确、及时的数据信息和科学、高效的管控建议，以实现颗粒物污染精准溯源。仪器信息网：目前该系统是否已经进入市场应用阶段，效果怎样？潘本锋：目前，颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统已经推向市场，特别是在扬尘精细化治理领域取得了较好的管控效果。目前，先河环保已在河南、河北、山西等区域安排了试点。比如在河北某试点，我们利用粒径谱监测仪、颗粒物粒径溯源解析车等对当地PM10进行来源解析，结果显示，这座城市的扬尘源（道路尘、施工尘）为第一大贡献源，且夜间4μm—10μm大粒径段颗粒物浓度显著高于白天。为此，先河环保专家组协助政府开展常态化、高标准的扬尘源针对性管控，同时狠抓重点时段，强化夜间粗颗粒管控，提出了许多管控建议。比如，进一步强化施工工地治理、采取道路清洗湿扫、严格重点运输车辆扬尘管控等措施。经过几天的综合整治，该试点扬尘污染控制效果明显，扬尘污染数据及大粒径段污染占比下降明显。仪器信息网：立足十四五，展望未来，先河环保将在哪些领域进一步加强布局？潘本锋：步入十四五以来，先河环保紧抓“高质量发展与技术创新”，并积极布局下一步的技术创新和产业规划。我们力争将科技创新有效转变为产品创新、模式创新、应用创新，驱动公司技术和高质量发展共同进步。当前，“双碳”是各地政府关注的重点，先河环保围绕国家降碳、减污、扩绿等目标，持续推动生态环境和“双碳”全产业链业务，并将整合生态环境监测、监管和治理全产业链的创新资源，紧扣以生态大脑为核心的生态环境大数据分析、环境治理体系，加快构建生态环境的产业创新。我们将持续构建高效、精准、专业的现代化治理体系，不断推进源头治理、系统治理、综合治理业务的创新与深耕，协助区域生态环境质量持续改善和区域经济协调绿色发展，进而推动整个生态环境产业做大做强。先河环保展台后记：本次，先河环保还带来了水生态、污水治理、交通污染监测、温室气体监测等众多明星产品，覆盖了多个领域。潘本锋特别介绍到，随着大家对“双碳”愈发加大关注，先河环保在未来还会在温室气体方面加强与相关科研机构的合作，并推出新的产品。比如本次带来的XHCRDS100P高精度温室气体在线监测系统可以对大气环境中的温室气体(CO2，CO，H2O，CH4)进行精准实时监测。预知该系统详情，请持续关注仪器信息网有关环保展温室气体监测领域的后续报道。

雾霾频频来袭，治理迫不及待。作为国家科技进步二等奖获得者，中科院合肥物质科学研究院 “大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目，为科学认知雾霾奠定重要技术基础。　　在刚刚结束的省“两会”上，“绿色发展”“健康安徽”成为代表、委员关注的热点。随着雾霾天气日益增多，如何科学治霾成为亟待解决的重要难题。日前，中科院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所主持完成的“大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目荣获国家科技进步二等奖，为我国环境监测技术现代化和监测仪器国产化作出突出贡献。　　雾霾治理亟需技术支撑“十多年前，很多人不相信中国会出现严重的雾霾天气，但我们早已预测到这种可能性的存在，于是先期开展大气细颗粒物在线监测技术研究和科技攻关。”中科院合肥物质科学研究院研究员、“大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目主要完成人刘建国说，这种前瞻性研究为我国开展环境质量准确监测、发展自主产权的环境监测仪器打下良好的基础。　　近年来，随着工业化、城镇化快速推进，我国大气污染形势严峻，高浓度大气细颗粒物导致雾霾频发、大气能见度下降，严重影响大多数城市空气质量和人体健康。为准确掌握大气细颗粒物污染现状、正确认识大气细颗粒物来源，快速准确地测量大气细颗粒物质量浓度、成分、粒径谱分布和大气能见度，成为我国大气环境科学研究和业务监测的迫切之需。　　然而，由于雾霾本身的复杂性，我国以城市为中心的空气质量自动监测站所提供的监测数据，难以满足雾霾追因与控制需求。 “治理雾霾，监测数据非常重要。”中科院合肥物质科学研究院研究员、项目主要完成人桂华侨介绍，发展先进的大气细颗粒物监测设备与观测平台，准确全面掌握大气雾霾污染特征，认识其发展和演变规律，是科学制定雾霾防治措施的基础。　　“大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目，由刘建国研究员牵头，中科院安徽光学精密机械研究所科技攻关、安徽蓝盾光电子股份有限公司产业化开发而形成的科研成果。 “这一‘十年磨一剑’的成果，立足环境监测和科学研究之需，也符合‘健康中国’的时代需求。 ”刘建国表示，源源不断的监测数据可以进一步了解污染源清单，让未来大气环境治理措施更加科学。　　“火眼金睛”瞄准细颗粒物　　大气细颗粒物PM2.5监测仪、粒径谱仪、有机碳/元素碳分析仪、大气能见度仪...走进中科院安徽光机所实验室，一系列已走向产业化的监测设备，让记者眼睛一亮。 “别小看这些设备，有了它们就如同有了‘火眼金睛’，能够快速准确查出大气细颗粒物质量浓度、成分等。 ”桂华侨透露，早在6年前，我省就在全国率先建成“安徽省高速公路恶劣气象条件监测预警系统”，利用他们自主研发的大气能见度仪，可实时监测高速公路大气能见度变化情况。由于预警及时，该系统自试运行以来，全省高速公路死亡3人以上交通事故起数和死亡人数同比下降40%以上。　　“关键技术的突破，使得我国大气细颗粒物在线监测技术达到国际先进水平。 ”刘建国介绍，通过动态加热系统、采样管升降装置/走纸装置、碳临界温度的精确定位、差分电迁移分级和快速分析、稳定的场致电离电荷源技术、大气能见度标定和野外校准、光学透镜测污装置等一系列关键技术的突破，他们创新设计了一整套大气细颗粒物高灵敏探测技术工程化解决方案，解决了大气细颗粒物多参数准确、快速、在线监测的技术难题，一举满足了我国环境、气象、交通、科研等多部门对大气细颗粒物在线监测的技术需求。　　“稳定性强、灵敏度高，可实时在线、无人值守，这是我们设备最显著的优势。 ”桂华侨表示，围绕该系统关键技术的研发和仪器设备的研制，他们已累计获得8项发明专利授权、5项软件著作权登记以及8项实用新型专利授权。其中，大气细颗粒物PM2.5监测仪，通过环保部环境监测仪器质检中心技术认证 大气细颗粒物切割器，通过中国疾控中心检测 大气能见度仪，以零故障和96%的数据准确率通过中国气象局定型认证 大气颗粒物有机碳/元素碳分析仪，通过省科技厅科技成果鉴定，关键技术指标达到国际同类产品的先进水平。　　监测设备告别进口时代“由于我们技术的投入使用，使得国内至少三分之二以上的大气细颗粒物在线监测设备实现国产化。 ”刘建国骄傲地说，过去，我国大气细颗粒物在线监测核心设备主要从美国、日本、德国等国家进口，国产设备在品种、数量、性能、质量上远远满足不了实际工作需要，安徽光机所技术成果产业化后，打破了长期以来高档环境监测设备依赖进口的局面。　　我国地域辽阔、气候差异大，对环境监测仪器的适应性要求也比较高。 “进口设备高价买回来后，有时会‘水土不服’，服务也跟不上。 ”桂华侨告诉记者，他们与企业合作生产的国产设备不仅价格低、服务好，性能也与进口设备相当，可以24小时全天候稳定运行。 2008年以来，项目组利用该监测系统先后在珠三角、长三角和北京等地区开展综合应用示范，验证了监测数据的准确性，并参与2008年北京奥运会、2010年上海世博会、广州亚运会以及2014年北京亚太经合组织会议空气质量保障任务，用科学数据评估了国家重大活动空气质量保障措施的效果。　　目前，中科院安徽光机所研制的大气细颗粒物在线监测设备，已批量应用于环保部城市空气质量自动监测网、重点区域和城市大气灰霾监测超级站、中国气象局气象观测网、气溶胶质量浓度监测网络，以及安徽、贵州等省“高速公路恶劣气象条件监测网”。近3年，全国20多个省市已安装大气细颗粒物监测设备2100余套，实现新增产值2.5亿元，新增利税9533万元。　　“下一步，我们将更加关注与百姓健康有关的研究，比如纳米量级的大气超细颗粒物监测。 ”刘建国透露，超细颗粒物对于人体健康、环境、气候变化的影响可能更大，其在线监测难度也更大，需要更多的技术研发，这是一个重大挑战。另外，大气环境领域臭氧、挥发性有机污染物监测，也需要更多高灵敏度的仪器设备。 “科学研究任重而道远，需要持之以恒的科技攻关。 ”他坦言，国产仪器推广应用的时候，也面临一些困境，很多人对国产仪器抱有怀疑和不信任的心态，国家还应加大对国产仪器的政策支持，为推广应用提供便利。