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科學應對霧霾:PM2.5,儀器監測數值到底準不準?

霧霾頻頻來襲。打開手機查看PM2.5數值預報并與人的自身感受對照,會感覺略微的差異,這不免讓人產生疑慮:儀器監測出來的PM2.5值準嗎?為此,科技日報記者采訪有關專家尋求答案。

為什么有時人們的體感和PM2.5監測值不太一樣?

“人們常常憑自己的感覺判斷空氣質量,例如通過視覺目測大氣能見度,或者通過嗅覺感受所呼吸的空氣是否有刺激性氣味等等。”中科院安徽光學精密機械研究所副所長劉建國告訴記者,這些體感因素并不能完全真實地反映霧霾天氣的嚴重程度,更難以用來判斷PM2.5值的高低。

他分析說,大氣能見度受很多因素影響,除了空氣污染外,溫度、濕度等氣象因素的變化也會引起大氣能見度的變化。很多時候,大范圍的嚴重霧霾往往和靜穩天氣密切相關。大氣在垂直方向出現逆溫,空氣中的懸浮顆粒污染物被阻滯集聚在大氣邊界層下方,難以擴散和稀釋。與此同時,含有硫酸鹽、硝酸鹽、有機碳和揮發性有機污染物成分的大氣細顆粒物,不僅是形成霧滴的凝結核,而且也存在吸濕性增長。在不利氣象因素下極易形成惡性循環,形成霧和霾長時間共存、難以消散的局面。因此,人們對霧霾的體感會大大增強。

“為了身體健康,人們自然會關注空氣質量。但要治霾,首先要對霾的主要成因大氣細粒子(PM2.5)及其時空分布和區域輸送進行系統監測。通過對PM2.5的成分分析,結合大氣污染源清單和預報模型,來掌握不同地區PM2.5的來源,我們才能對癥下藥。”劉建國說。

準確監測PM2.5需要解決哪些技術難題?

目前,國內外對PM2.5濃度的監測主要有濾膜采樣—人工稱重法、石英微量振蕩天平法和β射線法。其中,人工稱重法是美國環保署和我國環保部推薦的標準方法,但由于需要較長的采樣時間,無法提供目前空氣質量日報和預報所需要的每小時均值。而石英微量振蕩天平法和β射線法等方法是自動監測,每小時可獲得一個監測結果,被稱作“等效方法”。所有等效方法的監測值都要與標準方法所獲得的結果進行比較,以確定其是否準確。

“為防止采樣過程中水汽凝結的影響,無論是石英微量振蕩天平法還是β射線法自動監測設備,采樣管都要加溫到空氣的露點以上,通常是50℃,相對濕度保持在40%以下,整個測量過程都要在恒溫恒濕的狀態下進行。”劉建國告訴記者,但加溫過程會造成顆粒物中揮發性和半揮發性物質的損失,導致測量結果偏低。“現在,我國已經參考美國的做法,增加了補償裝置,可以把揮發性物質和半揮發性物質的損失再補回去,這樣就可以使測量結果更可靠。”

劉建國稱,顆粒物往往是固液混合物,構成非常復雜,即使是PM2.5監測標準方法——人工稱重法,同樣也可能由于所采用的濾膜及溫濕度的變化產生顆粒物損失等問題。

根據2011年11月1日開始實施的《環境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》(HJ618-2011),人工測定PM2.5須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,使環境空氣中PM2.5被截留在已知質量的濾膜上,根據采樣前后濾膜的重量差和采樣體積,計算出PM2.5的濃度。

“在人工稱重法測量過程中,要盡可能避免氣態物質被濾膜吸附,濾膜平衡時要做到恒溫恒濕。如果這些條件在實際大氣環境中不能完全滿足,就會引起測量誤差。”劉建國強調,現有技術水平下,人工稱重法所獲得的監測數據已經盡可能地接近了PM2.5的實際狀況。通過和人工稱重法進行嚴格比對,石英微量振蕩天平法和β射線法的測量結果也是可靠的。

國產PM2.5監測儀器可靠嗎?

在PM2.5爭論之初,我國自主知識產權的PM2.5監測儀器還沒有進入市場,國外品牌占了先機。但在環保部后續組織的PM2.5儀器考核中,河北先河、安徽藍盾、武漢天虹等一批企業的監測儀器先后通過了認證考核。這讓人不禁產生疑問,在這么短時間內研發并生產的監測儀器可靠嗎?

“PM2.5監測儀器并不是短期之內研發出來的。”河北先河環??萍脊煞萦邢薰径麻L李玉國告訴記者,早在1999年,先河就承擔了“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,成功研制出我國第一套擁有完全自主知識產權的空氣質量監測系統。2002年,先河又與清華大學、中科院安徽光機所聯合承擔了863計劃項目——大氣細粒子(PM2.5)連續監測技術與設備。此后,公司又同其他單位相繼合作研究了校準膜的質量控制程序等多項課題。“先河的PM2.5監測儀器,是長期技術積累和持續創新的結果。”李玉國說。

在劉建國看來,先河是我國環境監測發展的一個縮影。2000年以來,尤其是在“十五”我國把資源環境技術納入863計劃之后,我國在大氣環境質量自動監測、大氣固定污染源和流動污染源的連續自動監測等方面取得了重要進展。伴隨一批自主科技成果的產業化,我國打破了環境自動監測儀器必須依賴國外的局面。

儀器運行穩定、數據準確可靠是環境監測設備的基本要求。2013年8月1日,環保部正式實施了《環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續自動監測系統技術要求及檢測方法》,要求所有的PM2.5監測儀器都要和手工采樣結果進行比對,以確保監測結果的準確性。同時,每臺自動監測設備在出廠前都要進行一系列嚴格測試,包括穩定性運行、老化測試、數據對比等,并且每一環節都制定了相應的質量管理辦法。“我國PM2.5監測儀器無論在儀器性能指標還是可靠穩定性都不亞于進口設備。”劉建國表示。

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