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2020年环境监测行业发展评述和2021年发展展望

文章出处:未知 人气:发表时间:2021-01-22 09:49
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)水环境监测方面
纵观2020年全年投标情况,户外多参数水质监测系统的占比较往年略有提升;伴随着“十三五”收官,黑臭水体在线监测系统占比大幅提升。以往黑臭水体监测都是采取人工采样、实验室化验分析的方式进行,但随着监管需求的提升,有向在线化监测发展的趋势;针对水质自动监测系统的辅助装置出现了多种多样的定制化需求,如废液处理、离心预处理、风光互补清洁能源等。

1)小型水质监测站应用逐渐丰富
随着微型部件、高精度定量、低试剂分析方法的研究的不断成熟,水质监测分析仪外形体积大幅缩小,试剂消耗量大幅降低。常规监测的氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、总磷(TP)、总氮(TN)、水质重金属[砷(As)、汞(Hg)、铬Cr(Ⅵ)、铅(Pb)和镉Cd)]以及化学需氧量(CODCr)等监测仪,采用内部紧凑的小体积结构、低试剂消耗量、低功耗设计等,满足小型水站(占地2m2以内户外柜式)使用要求。
水质环境监测系统由原来标准机柜式集成方式,发展成小型站(7m2左右)、微型站/户外小型站(占地面积小于2m2)、浮船监测站等集成方式。系统均配置完备的采样预处理单元、质控单元、试剂冷藏单元、电控单元,以及相应的空调系统。采用低电压和低功耗的设计,依靠太阳能供电方式进行连续监测。
2)新技术不断在水质环境监测中得到应用
目前,常规水质环境监测系统一般监测五参数(水温、pH、溶解氧、电导率、浊度)、氨氮、高锰酸盐指数、总氮、总磷、叶绿素、蓝绿藻等因子。以质谱检测器(MS)或者氢火焰离子检测器(FID)为主的水中VOCs在线监测仪、以X射线荧光光谱(XRF)、等离子体-质谱(ICP-MS)为检测方法的水质重金属或水质溯源监测设备逐渐在市场上崭露头角。
(3)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;
在水质监测仪器方面,常规水环境在线连续监测仪器大多采用化学+光电检测技术,在仪器技术和应用方面还存在待解决问题:1)仪器可靠性偏低,维护工作量大;2)水质在线监测非实时工作;3)水质在线设备无法实现源头质控;4)水质在线监测无法实现断面通量监测。

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。

(2)水环境监测关键技术
1)微型水质自动监测站:将全光谱技术、光学传感器技术、离子选择性传感器技术等集成在小型户外机箱中,采取太阳能或市电供电,安装于水体周边的一种小型、方便搬移的高集成度的水质自动监测站。适宜于输水河道、水库、湖泊、景观水、管网水的水质自动连续监测,以及突发性污染事故的预警。可实现对水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、COD、BOD5、TOC、DOC、硝酸盐、亚硝酸盐、H2S、TSS、UV254、NO2-N、BTX、色度、指纹图和光谱报警、氨氮、叶绿素a、蓝绿藻、磷酸盐、盐度、氯化物、氟化物等指标的实时监测。
2)水质综合毒性分析仪:生物法监测已经成为各种饮用水源地水质预警系统中不可或缺的部分。

4.面临的挑战和机遇
2020年,新冠肺炎疫情呈现出持续蔓延、控制、常态化的态势,给环境监测行业整体发展带来深远影响,也带来新的发展机遇。
(1)面临的挑战
1)行业、企业复工时间推迟,影响已经推进或开展项目的实施,导致企业资金周转压力陡增;
2)受到不同地区、不同疫情防控要求的限制,仪器行业人员流动受阻,影响企业仪器设备生产、项目实施、运维服务;
3)环境监测仪器企业现场操作、设备维护、现场质控等传统运营方式受到挑战。
(2)发展机遇
1)环境应急检测仪器设备:与生命安全、医疗健康、公共卫生等相关的环境应急检测类设备仪器,在疫情发生地域出现新的需求;
2)健康安全类监测仪器:生物毒性、菌类等监测设备,在污水处理、医疗废水处理等疫区场景下得到更广泛应用;
3)水环境、大气环境、应急监测、土壤监测和地下水监测等领域的监测深度、广度进一步加强;
4)智能化、近场/远程交互:疫情下,设备的运营、质控、维护传统方式受到制约。5G、人工智能、大数据、区块链等技术的创新进展,对环境监测仪器设备的智能化、近场通讯、远程交互等提出新要求,推动仪器向“自主运行、自主/远程质控、自主/远程维护”进化;
5)环境监测行业转型:疫情的出现,给传统监测带来新的机遇,引导生态环境监测从理化指标的常规监测,进入生命健康安全的生态安全监测领域;新的监测仪器、新的应用场景,需要新监测仪器、质控方式和运维方式。

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。
在土壤和地下水方面,“十四五”期间,将构建重点区域质量监管和“双源”(地下水型饮用水水源地和重点地下水污染源)监控相结合的全国地下水环境监测体系,以及构建土壤和地下水协同监测、管控的土壤环境风险管控体系。以掌握全国土壤环境状况变化趋势为目的的国家土壤环境监测,将网格化覆盖我国陆域全部土地利用类型和土壤类型,国家土壤监测点位数量将保持在8万个左右。
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。

在水环境方面,统筹流域与区域、水域与陆域、生物与生态,逐步实现水质监测向水生态监测转变。“十四五”将在全国共布设3646个国控断面,点位覆盖全国重要流域干流及主要支流、重要水体省市界、地级及以上城市和全国重要江河湖泊水功能区。“十四五”国家地表水按“9+X”方式进行监测,按“5+X”方式进行评价,进一步完善国家地表水监测及评价方式,优化监测资源配置,给环境监测带来持续的市场需求,为技术改进、质控升级带来动力。水环境领域在流域生态监测、面源污染监测、预警监测等方面不断拓展,开展持久性有机污染物、抗生素和内分泌干扰物等新型污染物、水源涵养地、背景断面、质控比对等手工监测,推动生物多样性、健康安全指标、环境DNA/指纹等生态指标的实施,监测方式的多栖发展、创新技术不断拓展应用,促进水环境质量监测逐步实现生态监测。

随着国家政策的推进,在地表水环境质量监测方面,BOD5、生物毒性仪等生物法的监测手段有较大市场需求。在黑臭水体监测方面,占地面积小,可监测透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮等参数的一体化监测设备有较大的市场需求。

此外,分析速度快、准确度高、符合国家行业相关标准、少试剂或不用试剂的监测方法,切实有效的废液处理装置、满足仪器仪表分析使用的高效预处理装置、可使用清洁能源的分析系统都有着广阔的发展空间。

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