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2020年環境監測行業發展評述和2021年發展展望

發布時間:2021-01-22閱讀次數:


一、2020年行業評述

1.主要政策標準

2月,生態環境部審議并通過《生態環境監測條例(草案)》,提出通過制定條例,推動監測工作依法開展、監測管理依法行政、監測數據合法有效,進一步明確和規范主管部門、監測機構、監測人員、排污單位等相關主體的責任和義務。

5月,生態環境部發布《環境空氣質量數值預報技術規范》(HJ 1130-2020)《固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 便攜式紫外吸收法》(HJ 1131-2020)《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 便攜式紫外吸收法》(HJ 1132-2020)和《環境空氣和廢氣 顆粒物中砷、硒、鉍、銻的測定 原子熒光法》(HJ 1133-2020)四項生態環境監測類標準。四項標準均為首次發布,主要涉及環境空氣質量數值預報與環境空氣、固定污染源廢氣監測領域,配套相關環境空氣質量標準與污染物排放標準實施,支撐打贏藍天保衛戰。

2.行業發展

1)大氣環境監測方面

隨著近年來超低排放的發展,企業減排、管控的落實,環境空氣質量得到了顯著提升。細顆粒物的污染有了較大程度的下降,臭氧(O3)污染開始凸顯;而從目前已知的顆粒物形成機理可以看出,O3對于二次顆粒物的生成有著很大的推進作用。因此,強化多污染物協同控制,加強細顆粒物和O3的協同控制,成為2020年比較重要的市場動向。在明確的政策支持下,作為O3前體物的VOCs組分的監測需求,如工業園區、產業集群的VOCs組分走航、固定站監測,及O3超標城市、一般地市的光化學組分監測等,在今年的環境監測領域得到了爆炸性地增長。

另一方面,移動源的管控,如尾氣遙感監測、黑煙抓拍及重型柴油機車、船舶、非道路移動機械等尾氣排放監測及管理平臺建設,也是今年各級政府、環保機構關注和投入的重點。

針對環境空氣污染物濃度降低,空氣質量提升到達瓶頸等情況,市場對于污染物濃度、組分監測的精確度要求都有所提高,環境監測總站、地方環保機構也陸續根據市場需求補全設備檢測規范,加快檢測實驗室的建設,如《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》(HJ653-2013)修訂,VOCs組分分析儀、重金屬分析儀的檢測規范,長三角生態綠色一體化發展示范區揮發性有機物走航監測技術規范等。

2)水環境監測方面

縱觀2020年全年投標情況,戶外多參數水質監測系統的占比較往年略有提升;伴隨著“十三五”收官,黑臭水體在線監測系統占比大幅提升。以往黑臭水體監測都是采取人工采樣、實驗室化驗分析的方式進行,但隨著監管需求的提升,有向在線化監測發展的趨勢;針對水質自動監測系統的輔助裝置出現了多種多樣的定制化需求,如廢液處理、離心預處理、風光互補清潔能源等。

1)小型水質監測站應用逐漸豐富

隨著微型部件、高精度定量、低試劑分析方法的研究的不斷成熟,水質監測分析儀外形體積大幅縮小,試劑消耗量大幅降低。常規監測的氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN)、水質重金屬[砷(As)、汞(Hg)、鉻Cr(Ⅵ)、鉛(Pb)和鎘Cd)]以及化學需氧量(CODCr)等監測儀,采用內部緊湊的小體積結構、低試劑消耗量、低功耗設計等,滿足小型水站(占地2m2以內戶外柜式)使用要求。

水質環境監測系統由原來標準機柜式集成方式,發展成小型站(7m2左右)、微型站/戶外小型站(占地面積小于2m2)、浮船監測站等集成方式。系統均配置完備的采樣預處理單元、質控單元、試劑冷藏單元、電控單元,以及相應的空調系統。采用低電壓和低功耗的設計,依靠太陽能供電方式進行連續監測。

2)新技術不斷在水質環境監測中得到應用

目前,常規水質環境監測系統一般監測五參數(水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度)、氨氮、高錳酸鹽指數、總氮、總磷、葉綠素、藍綠藻等因子。以質譜檢測器(MS)或者氫火焰離子檢測器(FID)為主的水中VOCs在線監測儀、以X射線熒光光譜(XRF)、等離子體-質譜(ICP-MS)為檢測方法的水質重金屬或水質溯源監測設備逐漸在市場上嶄露頭角。

3)環境監測儀器存在的問題

在大氣監測儀器方面,還存在需要攻克的難題:1)網格化監測溯源應用與質控;2)天地一體監測體系多源融合難度大;3)大氣污染物自動監測技術和方法標準需要健全;

在水質監測儀器方面,常規水環境在線連續監測儀器大多采用化學+光電檢測技術,在儀器技術和應用方面還存在待解決問題:1)儀器可靠性偏低,維護工作量大;2)水質在線監測非實時工作;3)水質在線設備無法實現源頭質控;4)水質在線監測無法實現斷面通量監測。

3.關鍵技術

1)大氣環境監測關鍵技術

1)顆粒物傳輸通量激光雷達:利用相干探測技術,多普勒原理和后向米散射原理同時獲取風和顆粒物在大氣中的垂直空間不同高度的分布,實時捕捉顆粒物的傳輸方向和傳輸量,追溯顆粒物傳輸來源,判定對區域顆粒物污染的影響。

2)氨氣分析方法:氨氣是大氣中唯一的高濃度堿性氣體,逃逸到大氣中的氨與硝酸或硫酸等酸性氣體發生反應,形成硫酸鹽、硝酸鹽等二次顆粒物,是大氣環境中氣態污染物轉變成固態污染物的重要推手。研究表明,“非農業”的氨排放占比已達66%,華北地區尤為嚴重。因此環境空氣中氨氣的監測需求也日益凸顯。環境空氣中的氨氣濃度低、易溶于水、易吸附,監測技術和準確性上有一定難度。目前常用的監測方法有化學發光法,采用轉化爐的形式進行間接測量;或采用光腔衰蕩光譜法直接測量;或采用量子級聯激光光譜法的開放光程測量設備進行原位式測量。

3)遙感監測技術:按照“遙感監測為主、地面校驗為輔”的原則,結合模型算法,提高遙感監測精度。利用高空間分辨率、高時間分辨率的衛星監測,甄別污染高值區、指導地面走航監測;觀測污染傳輸及區域面源的監測等;通過甲醛/NO2、乙二醛/NO2指標對O3控制區進行判斷,輔助治理決策。

4)空氣質量模型分析的定制化研究:空氣質量模型分析的準確性受數據質量、數量的影響很大,在推動數據共享、監測手段多樣化的前提下,現階段的空氣質量模型分析更趨向于根據項目實際情況,合理的規劃能夠獲取的各類監測數據,如地面監測數據、地基雷達觀測數據、衛星遙感監測數據等,用于二次驅動模型,修正、佐證空氣質量模型分析的結果,提高預測、評估精度。

5)環境監測設備智能化、遠程化維護:疫情防控對環境監測網絡的運行維護影響很大,迫使設備生產商開展監測設備智能化、遠程化維護的研究。結合5G技術,實現遠程診斷、遠程質控、遠程維護等功能,同時又兼顧數據信息安全。部分國外儀器廠商已經開始在其下一代產品中部署相關功能。

2)水環境監測關鍵技術

1)微型水質自動監測站:將全光譜技術、光學傳感器技術、離子選擇性傳感器技術等集成在小型戶外機箱中,采取太陽能或市電供電,安裝于水體周邊的一種小型、方便搬移的高集成度的水質自動監測站。適宜于輸水河道、水庫、湖泊、景觀水、管網水的水質自動連續監測,以及突發性污染事故的預警??蓪崿F對水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度、COD、BOD5、TOC、DOC、硝酸鹽、亞硝酸鹽、H2S、TSS、UV254、NO2-N、BTX、色度、指紋圖和光譜報警、氨氮、葉綠素a、藍綠藻、磷酸鹽、鹽度、氯化物、氟化物等指標的實時監測。

2)水質綜合毒性分析儀:生物法監測已經成為各種飲用水源地水質預警系統中不可或缺的部分。

4.面臨的挑戰和機遇

2020年,新冠肺炎疫情呈現出持續蔓延、控制、常態化的態勢,給環境監測行業整體發展帶來深遠影響,也帶來新的發展機遇。

1)面臨的挑戰

1)行業、企業復工時間推遲,影響已經推進或開展項目的實施,導致企業資金周轉壓力陡增;

2)受到不同地區、不同疫情防控要求的限制,儀器行業人員流動受阻,影響企業儀器設備生產、項目實施、運維服務;

3)環境監測儀器企業現場操作、設備維護、現場質控等傳統運營方式受到挑戰。

2)發展機遇

1)環境應急檢測儀器設備:與生命安全、醫療健康、公共衛生等相關的環境應急檢測類設備儀器,在疫情發生地域出現新的需求;

2)健康安全類監測儀器:生物毒性、菌類等監測設備,在污水處理、醫療廢水處理等疫區場景下得到更廣泛應用;

3)水環境、大氣環境、應急監測、土壤監測和地下水監測等領域的監測深度、廣度進一步加強;

4)智能化、近場/遠程交互:疫情下,設備的運營、質控、維護傳統方式受到制約。5G、人工智能、大數據、區塊鏈等技術的創新進展,對環境監測儀器設備的智能化、近場通訊、遠程交互等提出新要求,推動儀器向“自主運行、自主/遠程質控、自主/遠程維護”進化;

5)環境監測行業轉型:疫情的出現,給傳統監測帶來新的機遇,引導生態環境監測從理化指標的常規監測,進入生命健康安全的生態安全監測領域;新的監測儀器、新的應用場景,需要新監測儀器、質控方式和運維方式。

二、2021年發展展望

2021年,將是生態環境監測“十四五”的開局之年,在生態環境總思路“提氣、降碳、強生態,增水、固土、防風險”指引下,推動污染防治攻堅戰在關鍵領域、關鍵指標上實現新突破。

在土壤和地下水方面,“十四五”期間,將構建重點區域質量監管和“雙源”(地下水型飲用水水源地和重點地下水污染源)監控相結合的全國地下水環境監測體系,以及構建土壤和地下水協同監測、管控的土壤環境風險管控體系。以掌握全國土壤環境狀況變化趨勢為目的的國家土壤環境監測,將網格化覆蓋我國陸域全部土地利用類型和土壤類型,國家土壤監測點位數量將保持在8萬個左右。

在大氣環境方面,“十四五”期間,國控點位數量從1436個增加至2000個左右,將改進空氣質量評價與排名規則,排名范圍擴大到全部地級及以上城市。研究開展主要污染物濃度三年滑動平均值評價,降低氣象條件波動對評價排名結果的影響。

O3與PM2.5協同控制迫在眉睫,區域聯防聯控與重污染天氣應對成為常態。深入推進揮發性有機物減排的需求,需要構建更加完整、全域覆蓋、全要素覆蓋的大氣立體監測體系。O3與PM2.5協同控制需要在現有城市、區域監測網絡(包含常規空氣站和組分網站,以及省/市/區/縣級監測站)的基礎上,依靠更精準、痕量級、快速響應的在線監測儀表和區域立體監測設備,掌握前驅物生成條件、衍生過程、區域傳輸關系、健康安全影響等,為實現O3與PM2.5協同管控提供科學數據支撐。

在大氣污染重點城市、污染傳輸通道,大區域大尺度范圍內監測PM2.5、NOx、O3、VOCs、重金屬、離子元素等監測因子將根據區域實際情況被積極采納。對于高速道路、港口、機場等交通樞紐移動排放源,開展必要的環境空氣質量監測,建立道路交通監測網絡。固定源、移動源、面源全部涵蓋,污染源企業、城市、區域全域覆蓋,地面、近地面立體遙感,為實現精準治污提供有效污染物分布、通道傳輸等數據,助力實現有效溯源,精準治污。

現有的監測網絡以常規六參數為基礎,重點區域也陸續建立了組分監測站點,但總體數量不足,監測污染物的種類較少,部分設備時效性不強,并不能滿足光化學污染反應機理等研究的需求。因此,擴展監測污染物的種類,如增加溫室氣體、元素分析、中間物監測等,發展時間分辨率高的監測設備,研究各類污染物在污染過程中的生成、轉化、傳輸,研究復合型污染的形成機理,將是一個主要任務。

另一方面,國家空氣監測城市站的設備更換周期為5-8年,《生態環境監測規劃綱要(2020-2035年)》中對于下一階段的建設任務要求中也提及了監測網絡往鄉鎮、農村發展,并加強交通路邊站的建設,常規參數的監測設備前景廣闊。隨著環境空氣質量的持續向好,對監測設備的量程、檢出限、精密度的要求會更高。因此,改進常規參數監測設備性能指標,甚至采用新技術新方法實現突破,將會是監測設備生產商競爭的主要方向。

我國碳達峰、碳中和等一系列中長期目標和愿景已經明確,為應對氣候變化、走綠色低碳發展的道路明確了目標、指明了方向,注入了強大動力,為整個環境監測帶來新的技術突破、市場需求。結合連續自動監測和遙感監測手段,依托現有大氣監測城市站點或區域站點,逐步增加CO2等溫室氣體指標,探索開展城市和區域溫室氣體濃度監測,并納入到常規監測系統中。

衛星遙感監測作為大尺度的監測手段,在污染傳輸監測、整體環境評估等方面優勢明顯?,F階段,衛星遙感對于近地面的監測并不理想,對于氣溶膠的監測易受氣溶膠形狀、組分的影響而產生偏差。因此,發展“地空協同監測,以地基監測數據對遙測數據進行統計修正,以遙測結果指導地面監測,污染物溯源、治理,以遙測數據對區域環境空氣的模型分析、預測預警等進行二次修正”的綜合應用,可作為環境監測和管理類綜合項目的主要思路。

在水環境方面,統籌流域與區域、水域與陸域、生物與生態,逐步實現水質監測向水生態監測轉變。“十四五”將在全國共布設3646個國控斷面,點位覆蓋全國重要流域干流及主要支流、重要水體省市界、地級及以上城市和全國重要江河湖泊水功能區?!笆奈濉眹业乇硭础?+X”方式進行監測,按“5+X”方式進行評價,進一步完善國家地表水監測及評價方式,優化監測資源配置,給環境監測帶來持續的市場需求,為技術改進、質控升級帶來動力。水環境領域在流域生態監測、面源污染監測、預警監測等方面不斷拓展,開展持久性有機污染物、抗生素和內分泌干擾物等新型污染物、水源涵養地、背景斷面、質控比對等手工監測,推動生物多樣性、健康安全指標、環境DNA/指紋等生態指標的實施,監測方式的多棲發展、創新技術不斷拓展應用,促進水環境質量監測逐步實現生態監測。

隨著國家政策的推進,在地表水環境質量監測方面,BOD5、生物毒性儀等生物法的監測手段有較大市場需求。在黑臭水體監測方面,占地面積小,可監測透明度、溶解氧、氧化還原電位、氨氮等參數的一體化監測設備有較大的市場需求。

此外,分析速度快、準確度高、符合國家行業相關標準、少試劑或不用試劑的監測方法,切實有效的廢液處理裝置、滿足儀器儀表分析使用的高效預處理裝置、可使用清潔能源的分析系統都有著廣闊的發展空間。


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