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2020年大气环境监测行业发展评述和2021年发展展望

返回列表 来源: 发布日期:2021-01-24

一、2020年行业评述

1.主要政策标准

2月,生态环境部审议并通过《生态环境监测条例(草案)》,提出通过制定条例,推动监测工作依法开展、监测管理依法行政、监测数据合法有效,进一步明确和规范主管部门、监测机构、监测人员、排污单位等相关主体的责任和义务。

5月,生态环境部发布《环境空气质量数值预报技术规范》(HJ 1130-2020)《固定污染源废气 二氧化硫的测定 便携式紫外吸收法》(HJ 1131-2020)《固定污染源废气 氮氧化物的测定 便携式紫外吸收法》(HJ 1132-2020)和《环境空气和废气 颗粒物中砷、硒、铋、锑的测定 原子荧光法》(HJ 1133-2020)四项生态环境监测类标准。

四项标准均为首次发布,主要涉及环境空气质量数值预报与环境空气、固定污染源废气监测领域,配套相关环境空气质量标准与污染物排放标准实施,支撑打赢蓝天保卫战。

2.行业发展

1)大气环境监测方面

随着近年来超低排放的发展,企业减排、管控的落实,环境空气质量得到了显著提升。细颗粒物的污染有了较大程度的下降,臭氧(O3)污染开始凸显;而从目前已知的颗粒物形成机理可以看出,O3对于二次颗粒物的生成有着很大的推进作用。因此,强化多污染物协同控制,加强细颗粒物和O3的协同控制,成为2020年比较重要的市场动向。

在明确的政策支持下,作为O3前体物的VOCs组分的监测需求,如工业园区、产业集群的VOCs组分走航、固定站监测,及O3超标城市、一般地市的光化学组分监测等,在今年的环境监测领域得到了爆炸性地增长。

另一方面,移动源的管控,如尾气遥感监测、黑烟抓拍及重型柴油机车、船舶、非道路移动机械等尾气排放监测及管理平台建设,也是今年各级政府、环保机构关注和投入的重点。

针对环境空气污染物浓度降低,空气质量提升到达瓶颈等情况,市场对于污染物浓度、组分监测的精确度要求都有所提高,环境监测总站、地方环保机构也陆续根据市场需求补全设备检测规范,加快检测实验室的建设,如《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法》(HJ653-2013)修订,VOCs组分分析仪、重金属分析仪的检测规范,长三角生态绿色一体化发展示范区挥发性有机物走航监测技术规范等。

2)环境监测仪器存在的问题

在大气监测仪器方面,还存在需要攻克的难题:1)网格化监测溯源应用与质控;2)天地一体监测体系多源融合难度大;3)大气污染物自动监测技术和方法标准需要健全

3.关键技术

1)大气环境监测关键技术

1)颗粒物传输通量激光雷达:利用相干探测技术,多普勒原理和后向米散射原理同时获取风和颗粒物在大气中的垂直空间不同高度的分布,实时捕捉颗粒物的传输方向和传输量,追溯颗粒物传输来源,判定对区域颗粒物污染的影响。

2)氨气分析方法:氨气是大气中唯一的高浓度碱性气体,逃逸到大气中的氨与硝酸或硫酸等酸性气体发生反应,形成硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒物,是大气环境中气态污染物转变成固态污染物的重要推手。

研究表明,“非农业”的氨排放占比已达66%,华北地区尤为严重。因此环境空气中氨气的监测需求也日益凸显。环境空气中的氨气浓度低、易溶于水、易吸附,监测技术和准确性上有一定难度。目前常用的监测方法有化学发光法,采用转化炉的形式进行间接测量;或采用光腔衰荡光谱法直接测量;或采用量子级联激光光谱法的开放光程测量设备进行原位式测量。

3)遥感监测技术:按照“遥感监测为主、地面校验为辅”的原则,结合模型算法,提高遥感监测精度。利用高空间分辨率、高时间分辨率的卫星监测,甄别污染高值区、指导地面走航监测;观测污染传输及区域面源的监测等;通过甲醛/NO2、乙二醛/NO2指标对O3控制区进行判断,辅助治理决策。

4)空气质量模型分析的定制化研究:空气质量模型分析的准确性受数据质量、数量的影响很大,在推动数据共享、监测手段多样化的前提下,现阶段的空气质量模型分析更趋向于根据项目实际情况,合理的规划能够获取的各类监测数据,如地面监测数据、地基雷达观测数据、卫星遥感监测数据等,用于二次驱动模型,修正、佐证空气质量模型分析的结果,提高预测、评估精度。

5)环境监测设备智能化、远程化维护:疫情防控对环境监测网络的运行维护影响很大,迫使设备生产商开展监测设备智能化、远程化维护的研究。结合5G技术,实现远程诊断、远程质控、远程维护等功能,同时又兼顾数据信息安全。部分国外仪器厂商已经开始在其下一代产品中部署相关功能。

二、2021年发展展望

2021年,将是生态环境监测“十四五”的开局之年,在生态环境总思路“提气、降碳、强生态,增水、固土、防风险”指引下,推动污染防治攻坚战在关键领域、关键指标上实现新突破。

在大气环境方面,“十四五”期间,国控点位数量从1436个增加至2000个左右,将改进空气质量评价与排名规则,排名范围扩大到全部地级及以上城市。研究开展主要污染物浓度三年滑动平均值评价,降低气象条件波动对评价排名结果的影响。

O3与PM2.5协同控制迫在眉睫,区域联防联控与重污染天气应对成为常态。深入推进挥发性有机物减排的需求,需要构建更加完整、全域覆盖、全要素覆盖的大气立体监测体系。O3与PM2.5协同控制需要在现有城市、区域监测网络(包含常规空气站和组分网站,以及省/市/区/县级监测站)的基础上,依靠更精准、痕量级、快速响应的在线监测仪表和区域立体监测设备,掌握前驱物生成条件、衍生过程、区域传输关系、健康安全影响等,为实现O3与PM2.5协同管控提供科学数据支撑。

在大气污染重点城市、污染传输通道,大区域大尺度范围内监测PM2.5、NOx、O3、VOCs、重金属、离子元素等监测因子将根据区域实际情况被积极采纳。对于高速道路、港口、机场等交通枢纽移动排放源,开展必要的环境空气质量监测,建立道路交通监测网络。固定源、移动源、面源全部涵盖,污染源企业、城市、区域全域覆盖,地面、近地面立体遥感,为实现精准治污提供有效污染物分布、通道传输等数据,助力实现有效溯源,精准治污。

现有的监测网络以常规六参数为基础,重点区域也陆续建立了组分监测站点,但总体数量不足,监测污染物的种类较少,部分设备时效性不强,并不能满足光化学污染反应机理等研究的需求。因此,扩展监测污染物的种类,如增加温室气体、元素分析、中间物监测等,发展时间分辨率高的监测设备,研究各类污染物在污染过程中的生成、转化、传输,研究复合型污染的形成机理,将是一个主要任务。

另一方面,国家空气监测城市站的设备更换周期为5-8年,《生态环境监测规划纲要(2020-2035年)》中对于下一阶段的建设任务要求中也提及了监测网络往乡镇、农村发展,并加强交通路边站的建设,常规参数的监测设备前景广阔。随着环境空气质量的持续向好,对监测设备的量程、检出限、精密度的要求会更高。因此,改进常规参数监测设备性能指标,甚至采用新技术新方法实现突破,将会是监测设备生产商竞争的主要方向。

我国碳达峰、碳中和等一系列中长期目标和愿景已经明确,为应对气候变化、走绿色低碳发展的道路明确了目标、指明了方向,注入了强大动力,为整个环境监测带来新的技术突破、市场需求。结合连续自动监测和遥感监测手段,依托现有大气监测城市站点或区域站点,逐步增加CO2等温室气体指标,探索开展城市和区域温室气体浓度监测,并纳入到常规监测系统中。

卫星遥感监测作为大尺度的监测手段,在污染传输监测、整体环境评估等方面优势明显。现阶段,卫星遥感对于近地面的监测并不理想,对于气溶胶的监测易受气溶胶形状、组分的影响而产生偏差。因此,发展“地空协同监测,以地基监测数据对遥测数据进行统计修正,以遥测结果指导地面监测,污染物溯源、治理,以遥测数据对区域环境空气的模型分析、预测预警等进行二次修正”的综合应用,可作为环境监测和管理类综合项目的主要思路。

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