大气中的PM2.5的监测方法研究现状

大气中的PM2.5的监测方法研究现状张昕然（201448010214）吉林师范大学环境科学与工程学院目录1.现有标准方法简介......................................................................................-1-1.1.国内的标准方法...............................................................................-1-1.1.1.环境空气PM10和PM2.5的测定重量法.......................-1-1.1.2.光散射法β射线法振荡天平法........................................-1-1.2.国外的标准方法...............................................................................-3-1.2.1.英国PM2.5监测网络与监测方法.....................................-3-1.2.2.日本PM2.5监测网络与监测方法.....................................-3-1.2.3.美国PM2.5监测网络与方法.............................................-4-2.标准方法的改进现状..................................................................................-5-2.1.我国PM2.5监测网络布局与方法体系分析................................-5-2.1.1.我国PM2.5监测网络布局分析.........................................-5-2.1.2.我国PM2.5监测方法体系分析.........................................-7-3.基于新原理的分析方法..............................................................................-7-4.发展趋势分析..............................................................................................-8-5.参考文献......................................................................................................-9--1-1.现有标准方法简介1.1.国内的标准方法在监测方法选择上，β射线法联用动态加热系统(DHS)PM2.5自动监测仪器和振荡天平法联用膜动态测量系统(FDMS)PM2.5自动监测仪器均能够满足监测工作的需要，综合考虑两种类型仪器的性能指标和运行成本，β射线法联用动态加热系统(DHS)PM2.5自动监测仪器操作相对简单，运行维护成本相对较低，更适合在我国环境空气监测网络内推广和普及。1.1.1.环境空气PM10和PM2.5的测定重量法2011年我国颁布了《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》(HJ618－2011)。为我国开展PM2.5监测工作奠定了基础，该方法是我国PM2.5监测的标准方法，其他任何自动监测方法都必须与该方法进行比对，取的满意结果后才能用于监测工作。PM2.5的重量法测定虽然是我国的标准方法，但是该方法监测成本高、操作过程繁杂、对实验室环境和操作人员都要较高的技术要求，更为重要的是该方法不能及时获的实时监测结果，因此无法完全满足当前环境管理的要求和社会公众对环境信息公开的迫切需求。因此，PM2.5的监测宜采取自动监测方法，以适应各方面的需求，目前国际上成熟的PM2.5自动监测方法有光散射法、β射线法、振荡天平法等等。1.1.2.光散射法β射线法振荡天平法2012年中国环境监测总站对部分型号的光散射法PM2.5自动监测仪、β射线法自动监测仪、振荡天平法自动监测仪进行了手工标准监测方法的比对测试，研究结果显示，β射线法联用动态加热系统(DHS)的PM2.5自动监测仪、振荡天平法联用膜动态测量系统(FDMS)的PM2.5自动监测仪与我国手工标准监测方法具有较好的可比性，光散射法PM2.5自动监测仪和未加装FDMS的振荡天平法PM2.5自动监测仪与我国手工标准监测方法之间的可比性较差。四种不同类型监测仪器的比对测试。结果见图1—图3。-2-图1振荡天平法联用FDMS仪器与手工标准方法比对测试结果图2β射线法联用DHS仪器与手工标准图3振荡天平法与手工标准方法比对测试结果方法比对测试结果研究结果表明，振荡天平法法监测仪器与β射线法监测仪器均能够满足监测工作需要，但因为设计原理和仪器构造不同，两种仪器操作使用要求与运行成本存在一定差异。β射线法监测仪器在使用过程中，操作较为简单，运行维护成本低廉;相对于β射线法监测仪器，振荡天平法监测仪器在使用过程中其操作相对复杂，运行维护成本也高于β射线法监测仪器。2012年我国在直辖市、省会城市、计划单列市、京津冀、长三角、珠三角等重点区域城市已经先期开展了PM2.5监测能力建设，共涉及74个城市的496个环境空气监测点位。据注，由于PM2．5是导致雾霾天气的主要污染物，因此PM2．5的监测与防治问题迅速成为人们关注的焦点，2012年2月《环境空气质量标准》(GB3095－2012)正台，占仪器总数的85%。因此，综合考虑两种方法仪器的性能指标和运行维护成本，β射线法PM2.5监测仪器更适合于在我国环境空气监测网络内推广和普及。-3-1.2.国外的标准方法1.2.1.英国PM2.5监测网络与监测方法1.英国PM2.5监测网络英国环境食品与农业事务部(UKDEFRA)组建了英国城市和农村空气自动监测网(automaticurbanandruralnetwork，AURN)，该网络是英国目前最大的空气自动监测网，也是最主要的用来空气质量达标评价的监测网络。2008年英国的PM2.5例行监测点位只有一个，位于LondonBloomsbury，截止2011年英国的PM2.5监测点位有131个，包括城市背景点、郊区背景点、农村背景点、城市交通点、城市工业点等点位类型。这些点位中有将近一半的点位由环境食品与农业事务部直接负责管理，另一半由地方政府的相关部门负责管理。此外，英国还设立了一个颗粒物数量与浓度研究监测网(TheParticleNumbersandConcentrationsNetwork)，由环境食品与农业事务部委托有关研究机构负责管理，截止2011年该网络共有5个点位组成，主要监测颗粒物的数量浓度、粒径分布、质量浓度、离子组分、元素碳、有机碳等。2.英国PM2.5监测方法在英国城市和农村空气自动监测网(AURN)中采用三种方法进行PM2.5的监测，即振荡天平联用膜动态测量系统(FDMS)法、β射线法、重量法，其中重量法是欧盟相关规范要求的参考方法。相关研究指出，标准振荡天平法不符合欧盟的等效方法要求，但是因为振荡天平法可以获取连续的、瞬时的监测数据，所以在英国被广泛使用。为了弥补挥发性物质的损失，英国曾经使用修正系数1.3来对监测数据进行修正，但是随后的研究表明，修正后仍然不能满足欧盟等效方法要求，为此英国DEFRA建议地方当局可以在采用VCM模型修正的基础上，使用振荡天平法来开展空气质量监测。此外研究还表明，光散射法同样不是欧盟的等效方法。1.2.2.日本PM2.5监测网络与监测方法1.日本PM2.5监测网络据资料显示，截止2009年日本国内共有空气监测点位1987个，其中包含1549个环境空气质量监测点位，438个路边空气质量监测点位。按照相关法律规定，这些点位主要由日本地方政府的相关机构负责管理，其中纳入国家监测网管理的环境空气质量监测点位有9个，路边空气质量监测点位10个。在日本并非所有的空气监测点位都开展了PM2.5的常规监测，目前开展PM2.5监测-4-的点位有588个，其中包括环境空气质量监测点位424个，路边空气质量监测点位164个。2.日本PM2.5监测方法日本环境质量标准中规定的PM2.5标准监测方法，包括了滤膜采样重量法、β射线吸收法、振荡天平法、光散射法等。目前在日本国家监测网中的9个点位，其PM2.5监测方法主要为β射线吸收法。1.2.3.美国PM2.5监测网络与方法1.美国PM2.5监测网络美国从20世纪70年代开始组建了环境空气质量监测网，有州和地方环境空气监测站(StateandLocalAmbientMonitoringStations，SLAMS)组成，监测项目包括SO2、NO2、CO、O3、Pb、TSP、PM10、PM2.5，监测点位最多时达到3000多个，监测设备5000多套。这些监测站点大多由州和地方政府的相关部门负责运行，其监测结果用来和国家标准比较，以判断一个区域的空气质量是否达到国家标准的要求。美国于1997年颁布了PM2.5的环境质量标准，其PM2.5监测工作于1999年开始，截止2007年底，大约有1000个监测点位开展了PM2.5的监测工作，其中滤膜采样手工监测设备947套，自动监测设备591套。美国1970年至2007年环境空气监测点位变化情况见下图。图美国环境空气监测点位数量此外，美国从2000年起组建了颗粒物化学成分监测网(ChemicalSpeciationNetwork，CSN)，共包含大约300个监测点位，在这些点位每三天或每六天采样一次，主要进行PM2.5的质量分析、元素分析(包含铅)、主要离子组分分析、元素碳分析、有机碳分析等颗粒物的主要组分分析。该网是一个跨部门合作的监测网，主要开展PM2.5形态分析、重金属监测等。目前该网络包括了110个区域监测站、7个CleanAirStatusandTrendsNetwork(CASTNET)中的监测站点、34个CSN站点。-5-2011年美国组建了国家核心监测网，包括80个站点，其中63个城市站点和17个农村站点，监测项目主要有PM2.5质量浓度(滤膜采样法)、PM2.5质量浓度(自动监测法)、PM2.5－10质量浓度、PM2.5化学组分(包括离子组分、金属、元素碳、有机碳等)、气态污染物浓度、气象参数等。2012年美国对PM2.5环境质量标准进行了修订，并对PM2.5的监测网络提出了新的要求，计划从2015年开始逐步增加PM2.5的道路交通监控点，并要求在每个100万人口以上的城市设置一个监控点，为了减少投资，PM2.5道路监控点将从现有的NO2或CO道路监控点中选取。2.美国PM2.5监测方法美国EPA要求在环境空气质量监测网中必须使用联邦参考方法或等效方法进行PM2.5的监测工作，2008年以前主要采用滤膜采样方法进行监测，每三天或六天采样一次。截止2007年底，共有947个滤膜采样手工监测仪器和591台自动监测仪器。2008年美国EPA第一次批准了PM2.5的自动监测方法为等效方法，自动监测方法开始逐步应用于国家监测网中。截止2012年，通过美国EPA认证的自动监测方法有11种，监测方法包括光散射法、振荡天平法(联用FDMS)、β射线法，通过美国EPA认证的PM2.5自动监测设备清单见表1。2.标准方法的改进现状2.1.我国PM2.5监测网络布局与方法体系分析2.1.1.我国PM2.5监测网络布局分析我国现有的环境空气监测网络始建于20世纪80年代，最初以手工监测为表1美国EPAPM2.5自动监测设备认证清单方法认证编号方法代码GrimmModelEDM180PM2.5MonitorEQPM－0311－19519