國內(nèi)主流空氣自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測結(jié)果差異分析研究

楊 星

(河北省環(huán)境應(yīng)急與重污染天氣預(yù)警中心， 河北 石家莊 050037)

1 引言

近年來，環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測已成為我國城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測的主要技術(shù)手段。對(duì)大氣環(huán)境的監(jiān)測有利于我國采取措施進(jìn)行緊急防治，為此，采用現(xiàn)代化的科學(xué)手段對(duì)我國大氣環(huán)境監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。而數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性關(guān)系到大氣污染防治工作的成敗，提高環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度顯得尤為重要。

2 儀器準(zhǔn)備

2.1 手工采樣器選用

德國進(jìn)口康姆德潤達(dá)便攜式小流量顆粒物采樣器(LVS)(通過美國EPA認(rèn)證)。

2.2 自動(dòng)監(jiān)測儀器選用

本次自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備使用儀器是在我國國控站最廣泛使用的3種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀，分別是：河北先河公司XH2000E型、美國熱電公司5030型和美國MET-ONE公司2020型等(上述設(shè)備均符合我國環(huán)保部的計(jì)量認(rèn)證)。

2.3 稱量天平

使用康姆德潤達(dá)稱重采集大氣中顆粒物的濾膜專用自動(dòng)稱重系統(tǒng)AWS-1，天平精密度為百萬分之一。

3 測試地點(diǎn)與時(shí)間

比對(duì)測試地點(diǎn)為河北省環(huán)保廳新建成的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)樓頂。3臺(tái)儀器按照國家有關(guān)的比對(duì)測試要求進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)。2017年10月1日至10日，完成了設(shè)備安裝；10月15日，完成試運(yùn)行，正式開始比對(duì)測試；至2017年11月8日，共取得了25 d有效比對(duì)數(shù)據(jù)。期間，中心還開展了手工比對(duì)測試進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。手工采樣器位置設(shè)置擺放距自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采樣器1 m處，手工采樣器與自動(dòng)監(jiān)測器的采樣頭高度一致。手工監(jiān)測采樣時(shí)間設(shè)置為23 h(即用23 h 代表手工日均值時(shí)段)，自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)選用與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)相同時(shí)間段。每次必須至少獲得20個(gè)以上有效數(shù)據(jù)對(duì)，此次比對(duì)共獲得25 d有效數(shù)據(jù)。為確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性，本次測試還同步比對(duì)了毗鄰的石家莊世紀(jì)公園站(國控站)以及省質(zhì)控站數(shù)據(jù)。

4 資料與方法

4.1 計(jì)算相對(duì)偏差

手工監(jiān)測的PM2.5數(shù)據(jù)和自動(dòng)監(jiān)測值進(jìn)行相對(duì)偏差(RD%)匯總測試，計(jì)算相對(duì)偏差，公式如下：

RD=(P2-P1)/P1×100%

(1)

P1=(P+P2)/2

(2)

公式中，P2為PM2.5的自動(dòng)監(jiān)測值，mg/m3。P1為PM2.5手工和自動(dòng)檢測值得平均值，P為PM2.5手工監(jiān)測值(根據(jù)采樣體積和顆粒物質(zhì)量計(jì)算出PM2.5日均時(shí)段濃度)。

4.2 方法依據(jù)

本次自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采樣前均按照《國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測城市自動(dòng)監(jiān)測站運(yùn)行管理暫行規(guī)定》和《河北省環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測站運(yùn)行維護(hù)管理暫行規(guī)定》(冀環(huán)測〔2014〕297號(hào))進(jìn)行維護(hù)校準(zhǔn)，確保儀器設(shè)備穩(wěn)定、正常。

通過PM2.5手工和自動(dòng)監(jiān)測比對(duì)。采用國際通用的測試評(píng)估方法，以PM2.5手工監(jiān)測值為橫坐標(biāo)、PM2.5自動(dòng)監(jiān)測值為縱坐標(biāo)，對(duì)各監(jiān)測設(shè)備采集的PM2.5監(jiān)測數(shù)值做線性回歸分析。

4.3 質(zhì)量控制

參照國家環(huán)境監(jiān)測總站下發(fā)的《環(huán)境空氣顆粒物(PM2.5)手工監(jiān)測方法(重量法)技術(shù)規(guī)范》(HJ656-2013)和《環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術(shù)要求及檢測方法》(HJ93-2013)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行PM2.5手工監(jiān)測。

手工方法同步比對(duì)測試來判定PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。采樣前需對(duì)采樣器進(jìn)行氣密性、環(huán)境溫度、環(huán)境大氣壓和流量的檢查(校準(zhǔn))，查看濾膜是否破損等。

依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述手工和自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行了連續(xù)7 d的采樣監(jiān)測，計(jì)算監(jiān)測數(shù)據(jù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，手工采樣器符合《國家環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)環(huán)境空氣顆粒物(PM10、PM2.5)自動(dòng)監(jiān)測手工比對(duì)核查技術(shù)規(guī)定(試行)》中不大于10%的要求，可以用于比對(duì)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀。3種自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確度均滿足《環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)安裝和驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》(HJ 655-2013)中：斜率1±0.15 、截距(0±10)μg/m3、相關(guān)系數(shù)R≥0.93 的準(zhǔn)確度要求。

空白濾膜需全程跟蹤采樣過程，稱量前后應(yīng)濾膜，在自動(dòng)稱量系統(tǒng)(溫度控制為20℃±1℃、空氣相對(duì)濕度為控制在50%±5%)進(jìn)行24 h中平衡后稱量，稱量途中均有標(biāo)準(zhǔn)濾膜進(jìn)行質(zhì)量控制。

4.4 日均值數(shù)據(jù)處理

由于此次比對(duì)存在重污染天氣期間，顆粒物PM2.5濃度出現(xiàn)1000 μg/m3或由于污染較重儀器設(shè)備采樣時(shí)間無法達(dá)到有效時(shí)間的視為誤差較大，予以全部剔除，在此不做比對(duì)分析。比對(duì)有效時(shí)段為2017年10月15日～2017年11月8日。

5 數(shù)據(jù)測試分析

5.1 三種自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備分別與手工基準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)備比對(duì)

根據(jù)采樣體積和顆粒物增重質(zhì)量計(jì)算出PM2.5日均時(shí)段濃度，25 d的比對(duì)結(jié)果顯示，3種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀的月均值分別為：河北先河公司309 μg/m3，美國MET-ONE公司342 μg/m3，美國熱電公司335 μg/m3(表1)。與德潤達(dá)手工采樣器監(jiān)測數(shù)據(jù)305 μg/m3相比，總體偏差基本保持在±15%以內(nèi)。其中河北先河公司平均偏差為1.9%,MET-ONE公司平均偏差14.6%，熱電公司平均偏差12.5%。先河公司儀器的日均值與德潤達(dá)手工采樣器最為接近，另兩家美國公司的儀器數(shù)據(jù)略顯偏高。

5.2 用石家莊國控站城市均值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比對(duì)分析

將德潤達(dá)手工采樣器數(shù)據(jù)作為質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)，與石家莊全市平均值比對(duì)，此次數(shù)據(jù)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)整體變化趨勢(shì)一致，石家莊全市平均為302 μg/m3，比手工采樣器監(jiān)測數(shù)值略低3 μg/m3，偏差僅為1%。距手工采樣器最近的世紀(jì)公園點(diǎn)位月均值為309 μg/m3比質(zhì)控站略高4 μg/m3，偏差僅為1.3%。同樣表明此次監(jiān)測偏差不大，數(shù)據(jù)真實(shí)有效。

6 結(jié)論

本次比對(duì)測試選用了在我國國控站最廣泛使用的三種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀，經(jīng)對(duì)河北先河公司XH2000E型、美國熱電公司5030型和美國MET-ONE公司2020型三種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀的25 d同步比對(duì)結(jié)果表明：三種設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)均符合國家準(zhǔn)確度要求；先河公司設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)相對(duì)偏低，美國MET-ONE公司和熱電公司設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)相對(duì)偏高。

表1 3種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀的月均值 μg/m3

[1]趙江偉，趙文英.大氣自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備維護(hù)問題的研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016(11).

[2]熊國華.環(huán)境空氣監(jiān)測過程的控制區(qū)歸納探討[J].綠色科技，2013(4).

[3]張忠誠.城市環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)方法[J].綠色科技，2016(12).