《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》编制说明

进行排放控制或削减。欧盟于20世纪70年代早期开始着手环境保护工作，1987年环境保护写进了宪法条文。1980年欧盟依据80号指令颁布了空气质量限值，并制订二氧化硫、悬浮颗粒物的指导值，随后相继颁布了铅、二氧化氮和臭氧的限值；1996年颁布了空气质量框架指令和相关指令，目标是要建立对欧盟成员国空气质量进行评估和管理的统一机构；2001年正式通过了减排指令，该指令强制性地明确了欧盟成员国对二氧化硫、氮氧化物、氨气和挥发性有机物的减排目标。世界卫生组织欧洲区办公室于1987年、2000年和2005年相继颁布了欧洲空气质量导则，为空气颗粒污染物制订基准。欧洲现行的环境空气质量标准和监测体系基于2008年欧洲议会和欧盟理事会共同颁布的欧洲环境空气质量及清洁空气指令（2008/50/EC）。该指令在空气质量标准、监测点位布设、污染物监测方法、空气质量评价与管理、清洁空气计划、信息发布、空气质量报告等方面做出了原则性的技术规定，是欧洲各国开展空气质量监测、评价、管理的指导性文件。大气颗粒物（PM，包括PM10和PM2.5)是欧洲环境空气质量监测和达标管理的重点之一，2008/50/EC指令中详细规定了大气颗粒物的浓度限值、布点原则、监测方法等一系列监测管理相关内容。欧洲的大气颗粒物质量浓度的参比监测方法（基准方法）为重量法，并针对PM10、PM2.5

均制定了相应的方法标准，分别为EN12341：1998、EN14907：2005，目前这2项标准已由欧洲标准委员会修订归纳为一项标准（EN12341：2014）。规定了自动监测方法为等效方法，并在“GUIDETOTHEDEMONSTRATIONOFEQUIVALENCEOFAMBIENTAIRMONITORINGMETHODS”指南中给出自动仪器应符合的性能指标和检测方法。同时，德国TUV作为欧洲知名的检测机构，在对该类仪器进行检测时，在该指南基础上，还依据德国工程师协会编制的VDI4202Blatt1和VDI4203Blatt3文件。只有同时满足以上3份标准中要求，才能获得认证。从测试指标上仍可分为实验室检测指标和现场比对测试指标。现场比对测试中，要求考虑气候温湿度条件（高温高湿和低温干燥）、风速（高风速和低风速）以及半挥发性组分的影响，至少进行4次比对测试，覆盖至少2个地区。测试的季节为夏季和冬季。（1）Directive2008/50/ECTheEuropeanParliamentandoftheCouncilof21May2008onambientairqualityandcleanerairforEurope译文：欧洲2008/50/EC指令主要内容：规定了欧洲的空气质量标准、监测点位布设、污染物监测方法、空气质量评价与管理、清洁空气计划、信息发布、空气质量报告等。（2）BSEN12341-2014Ambientair-StandardgravimetricmeasurementmethodforthedeterminationofthePM10orPM2.5massconcentrationofsuspendedparticulatematter译文：环境空气颗粒物PM10和PM2.5的质量浓度测量——手工重量分析法主要内容：对重量法监测的原理、质量控制和质量保证措施、采样系统构成、称重设备、滤膜条件、采样和称重过程等基础内容，以及包括天平室、空白膜称重、采样时间、样品保存和输送、采样膜称重等在内的一系列技术要求做出了详细阐述和规定。（3）GUIDETOTHEDEMONSTRATIONOFEQUIVALENCEOFAMBIENTAIR8MONITORINGMETHODS译文：环境空气监测等效方法验证指南主要内容：该指南为欧盟2010年1月制定。规定了环境空气质量相关污染物（气态和颗粒物）等效方法的技术要求和检测方法。非标准方法则为等效方法，等效方法不再分级。规定了颗粒物（PM10和PM2.5）参比方法、等效方法的划分，并对等效方法的测试认证过程做了详细的规定。该指南第9章，主要是关于颗粒物监测方法的测量流程。测试流程主要是颗粒物自动换膜采样器、自动监测方法（β射线法、光散射法等）与参比方法（即采样称重）之间的外场比对流程。指南中对应，自动监测方法与参比方法之间需在两个以上地点，多个季节完成至少4次比对测试，其中每次比对测试至少需要40天的有效日均值数据。比对时需要2台待测仪器以及2台参比仪器。比对数据结果评价则按照指南中的数据评价流程进行判定，最终评定待测的仪器是否能够通过比对测试。（4）VDI4202Blatt1Point-relatedmeasurementmethodsforgaseousandparticulateairpollutants：Performancecriteriaforperformancetestsofautomatedambientairmeasuringsystems译文：气体和颗粒物污染物的测量方法：环境空气自动测量系统性能测试的标准主要内容：由德国工程师协会制定。确定了颗粒物自动监测系统另外的一些实验室测量项目，包括了温湿度、流量、气密性等实验室检测项目。（5）VDI4203Blatt3Testproceduresforpoint-relatedambientairmeasuringsystemsforgaseousandparticulateairpollutants:Testproceduresforpoint-relatedambientairmeasuringsystemsforgaseousandparticulateairpollutants译文：定点环境空气中气体和颗粒物污染物测量方法的测试流程：自动测量系统的测试主要内容：由德国工程师协会制定。确定了颗粒物自动监测系统的另外的一些实验室测量项目，包括了温湿度、流量、气密性等实验室检测项目。3.1.3日本日本环境监测和治理工作分为三个历史阶段：（1）公害对策阶段。这一阶段从上世纪60年代初期到70年代中期。日本政府于1965年成立了公害审议会开始着手解决公害问题。1967年通过了《公害对策基本法》，确立了政府公害对策的基本原则。到1970年，日本内阁设立的公害对策本部提出了包括《公害对策基本法》在内的14项法律交付国会讨论并一举获得通过。（2）从单纯“防止公害”到全面“环境保护”阶段。其重要标志是1972年日本政府制定的《自然环境保护法》。日本在这一时期引进了美国的环境影响评价制度，以达到防止公害和保护环境的双重目标。（3）80年代以后，日本进入了以能源环境问题为重点，解决全球环境问题的阶段。日本不同时期的环境政策也体现在其对颗粒物浓度水平的要求上:在1973年制定的悬浮颗粒物标准为小时浓度不得超过0.2mg/m3，并且日均浓度不得超过0.1mg/m3；2009年制定的PM2.5标准为年平均值不得超过15μg/m3，这相当于世界卫生组织《空气质量准则》第三阶段的水平。日本也是以手工方法作为标准分析方法，相关的标准有JISZ8814。自动仪器要满足相关性能评价要求，相关标准有JISZ8851-2008。在现场比对测试中，要求在都市和非都市两个地区分别在夏季和冬季进行比对测试，共计进行4次比对测试。93.2国内相关标准研究我国环境空气颗粒物监测工作同样经历了由大颗粒监测向细颗粒物监测的发展过程。1995年，制定了关于总悬浮颗粒物的手工监测标准《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法》（GB/T15432-1995）。2007年，修订完成总悬浮颗粒物采样器的技术要求《总悬浮颗粒物采样器技术要求及检测方法》（HJ/T374-2007）。2012年雾霾频发后，全面开展颗粒物多粒径的监测工作，逐步将颗粒物监测的重心转向细颗粒物监测，制定了PM10和PM2.5手工监测重量法标准《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》（HJ618-2011）和《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》（HJ656-2013）。在自动监测方法，2005年颁布的《环境空气质量自动监测技术规范》中分别对气态污染物（二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和臭氧）和PM10自动仪器的性能、安装和维护环节提出要求。2012年，为弥补PM2.5监测的空白，将整个监测标准体系进行了重新调整，分别形成气态污染物自动仪器的技术要求及检测方法、气态污染物自动仪器的安装和验收规范、颗粒物（PM10和PM2.5）自动仪器的技术要求及检测方法、颗粒物（PM10和PM2.5）自动仪器的安装和验收规范四个标准。我国的颗粒物监测中，与国外相同，以手工方法作为标准分析方法，自动监测的数据要以手工方法的数据为基准，并以参比测试来衡量自动仪器数据的准确性。在参比测试中，本标准和国外的要求存在差异，如表3所示。表3污染物污染物仪器数量季节地点PM10

合计次数比对天数斜率截距相关系数仪器数量季节地点PM2.5

合计次数比对天数斜率截距相关系数PM2.5参比测试中各国的要求差异比较美国3冬季和夏季2个地区2≥101±0.1±5≥0.973冬季和夏季4个地区5≥231±0.1±2≥0.93~0.95欧洲2冬季和夏季2个地区4≥40///2冬季和夏季2个地区4≥40///日本2冬季和夏季2个地区4≥301±0.1±5≥0.952冬季和夏季2个地区4≥301±0.1±2≥0.95我国3两个季节1个地区2≥101±0.15±10≥0.953四个季节1个地区4≥231±0.15±10≥0.93（1）《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3和CO）连续自动监测系统技术要求及检测方法》（HJ654-2013）：规定环境空气气态污染物连续自动监测系统的技术要求和检测方法。仪器类型分为点式和长光程仪器，其技术指标主要包括：噪声、检出限、精密度、响应10时间、干扰等。（2）《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3和CO）连续自动监测系统安装验收技术规范》（HJ193-2013）：规定了环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3和CO）连续监测系统的安装、调试、试运行和验收的技术要求。（3）《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统安装和验收技术规范》（HJ655-2013）：规定了环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续监测系统的安装、调试、试运行和验收的技术要求。（4）《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》（HJ817-2018）：规定了环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续监测系统的运行和质控的技术要求。3.3颗粒物自动监测仪器的技术现状和应用情况3.3.1颗粒物监测仪器技术情况环境空气颗粒物自动监测仪器从原理上可分为β射线吸收法、微量振荡天平法和光散射法三种。（1）微量振荡天平法：在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由采样头、切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成（如图1所示）。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。11图1微量振荡天平法仪器的工作原理图（2）β射线吸收法：利用β射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。β射线法颗粒物监测仪由采样头、切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成（如图2所示）。图2β射线法仪器的系统结构图12