大氣環(huán)境污染物監(jiān)測問題探討

王翡 張孝寒

浙江省嘉興生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 浙江嘉興 314001

1 導(dǎo)言

隨著生活水平的提升，當前人們越來越關(guān)注環(huán)境問題，特別是對越來越嚴重的大氣環(huán)境問題，已經(jīng)對人們的正常生活產(chǎn)生了影響，甚至對人們的生命健康都已經(jīng)產(chǎn)生的威脅，因此大氣環(huán)境治理已經(jīng)刻不容緩。做好大氣環(huán)境污染物的監(jiān)測，正是為了能夠針對性的采取措施進行預(yù)防和管控。可以說，大氣環(huán)境污染物監(jiān)測工作的準確性、有效性直接影響大氣治理的效果、力度、周期。

2 大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 相關(guān)概念

大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了對大氣環(huán)境進行精細化管理，該系統(tǒng)建立在不同類型污染源以及具體監(jiān)控要求的基礎(chǔ)上，對監(jiān)控區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，然后在不同的網(wǎng)點設(shè)置監(jiān)測設(shè)備，從而實現(xiàn)對網(wǎng)點的實時監(jiān)測。設(shè)置在每個網(wǎng)點的監(jiān)測設(shè)備重量都在0.1立方米以下，重量不到5公斤，是一種可以在室外微監(jiān)測設(shè)備，PM10、PM2.5、二氧化硫、一氧化碳等在大氣中的含量都以通過這種設(shè)備進行監(jiān)測。

2.2 大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

該監(jiān)測系統(tǒng)共有監(jiān)測、質(zhì)控、數(shù)據(jù)分析三大單元構(gòu)成，監(jiān)測單元有六參數(shù)監(jiān)測站以及微型顆粒物檢測站等構(gòu)成；質(zhì)控單元由大氣環(huán)境模擬艙及質(zhì)控設(shè)備構(gòu)成；數(shù)據(jù)分析單元由數(shù)據(jù)接收、存儲、運算、分析、管理等模塊構(gòu)成。其中監(jiān)控單元的相關(guān)設(shè)備在出廠前應(yīng)由質(zhì)控單元的相關(guān)設(shè)備進行校準，并且監(jiān)測單元在運行過程中也需要通過質(zhì)控單元對其進行定期校準。

2.3 要求

大氣網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)建立在傳統(tǒng)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，其使用過程中的技術(shù)標準如下：第一是全面性要求，以《環(huán)境質(zhì)量標準》相關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，應(yīng)用該系統(tǒng)需要對大氣中的固體顆粒、二氧化硫、一氧化碳等進行全面監(jiān)測。第二是準確性要求，大氣網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)的大面積的覆蓋性監(jiān)測，但在系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)又有著不同的區(qū)域，因此就需要滿足不同區(qū)域的監(jiān)測要求，這樣可降低區(qū)域差異性的影響，令監(jiān)測結(jié)果更加準確。第三是分辨率要求，污染物在大氣中的含量是動態(tài)的，為了更清晰的捕捉空氣質(zhì)量信息，必須要使用高分辨率的監(jiān)測設(shè)備，第四是實時性要求，通過監(jiān)測所獲得的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)實時上傳的處理中心，以便于實時掌握大氣環(huán)境的變化。

2.4 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

為了實現(xiàn)大氣污染下自動化常規(guī)檢測儀表抗腐蝕性自動監(jiān)測，進行監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計，結(jié)合嵌入式的ARM和集成ADSP21160進行抗腐蝕性監(jiān)測系統(tǒng)的集成信息處理，采用激光探測技術(shù)提取大氣污染下自動化常規(guī)檢測儀表表面腐蝕性特征信息，實現(xiàn)激光成像，在基線控制協(xié)議下進行自動化常規(guī)檢測儀表表面腐蝕激光成像的信息傳輸和融合處理。在大氣污染下，自動化常規(guī)檢測儀表抗腐蝕性自動監(jiān)測系統(tǒng)分為激光探測模塊、人交互模塊、輸出轉(zhuǎn)換控制模塊和集成信息處理模塊。首先進行自動化常規(guī)檢測儀表表面腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架分析，在總線控制協(xié)議下進行自動化常規(guī)檢測儀表抗腐蝕性自動監(jiān)測系統(tǒng)的信息輸出轉(zhuǎn)換控制，結(jié)合模糊控制技術(shù)，進行腐蝕性表面的激光探測，系統(tǒng)的實現(xiàn)流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)的實現(xiàn)流程

自動化常規(guī)檢測儀表抗腐蝕性自動監(jiān)測系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用ADI公司的ADSP21160處理器系統(tǒng)，對儀表抗腐蝕性表面的激光成像最低采樣率為120MHz，采用RS5485總線監(jiān)測方法進行自動化常規(guī)檢測儀表抗腐蝕性自動監(jiān)測系統(tǒng)信息安全基線配置，結(jié)合Um接口的物理層設(shè)計進行交叉編譯和總線調(diào)度，設(shè)計集成信息傳輸控制模型，采用MAC層交互協(xié)議設(shè)計方法，進行自動化常規(guī)檢測儀表抗腐蝕性監(jiān)測輸出的VIX總線控制。

3 大氣污染物分析

3.1 氣狀物質(zhì)

這類污染物包含一氧化碳、SOx、NOx、臭氧和光化學成分：

CO：劇毒，會制約人體順利供氧，濃度>100ppm時，會令人體心肺功能出現(xiàn)異常；當濃度超過250ppm甚至達到750ppm時，將令人喪失知覺甚至死亡，這種氣體源于車輛尾氣。（2）SOx：典型的SOx是以氫氧化硫、SO3以及SO2等酸霧狀態(tài)存在，這種大氣污染物源自石油和煤炭燃燒；SO2通過光化學反應(yīng)，SOx會和大氣內(nèi)的濕氣及其余顆粒物結(jié)合，加大空氣污染的嚴重性。SOx的毒性遠大于CO，還會嚴重影響到人們的身體健康。對空氣污染最嚴重的物質(zhì)是SO2，其影響很大，而且分布范圍大，在監(jiān)測SO2時，主要方法有“定電位點”及“紫外熒光法”等。（3）NOx：高溫燃燒有機NOx后會形成NOx污染氣體，最后釋放NO與NO2等氣體。NOx會和光化學成分及O3結(jié)合，形成對身體健康有影響的有毒物質(zhì)。在監(jiān)測NO與NO2時，所要采用的儀器必須具有精準性高、應(yīng)用時間長等特征，而且在監(jiān)測方式上主要采取鹽酸二胺分光光度法，進而監(jiān)測出NOx在大氣內(nèi)的占比。（4）O3：其化學性質(zhì)和物理性質(zhì)活躍，氣味比較刺激，會損害人體的心肺功能。（5）光化學成分。

3.2 顆粒狀污染物

空氣污染中，有大量顆粒狀物質(zhì)，典型的顆粒污染物質(zhì)有兩類：

重金屬物質(zhì)：Mn、Ga、Gr、Fe、Mo、Zn、Cu等均是人體需要的化學元素，但是這些元素如果超標，就會影響到人體健康；Pb、Hg、Cd以及Al等元素也會影響到人體健康。（2）石棉：石棉微小粉粒，當吸進人體后將致癌。顆粒污染有很多成分和物質(zhì)，有危害性、不穩(wěn)定性及繁瑣性等特性，有些作為有害物質(zhì)，在空氣活動中出現(xiàn)有害反應(yīng)。一般，大氣內(nèi)的顆粒物質(zhì)會起到吸附作用或是和氣體反應(yīng)，進而釋放大量毒氣，因此，要監(jiān)測大氣的顆粒物質(zhì)，監(jiān)測內(nèi)容有：顆粒物質(zhì)化學含量、降塵量、粒度布局狀況、可吸收顆粒物的含量、總懸浮顆粒物質(zhì)。

4 環(huán)境工程中大氣污染的危害

4.1 對人類的危害

大氣污染能直接帶給人類危害，也能間接的影響人們的身心健康和日常生活。不論是直接危害還是間接影響都是不可逆轉(zhuǎn)的。人們在呼吸過程中吸入污染后的空氣，就會身患疾病，輕者會造成呼吸道感染疾病，重者會造成人們腎功能、心臟功能受損，甚至威脅到生命安全。間接影響就是大氣層被嚴重損害，紫外線、射線透過大氣層對人體、生物造成危害。

近幾年，我國的很多城市都會產(chǎn)生不同程度的霧霾天氣，在霧霾的影響下，人們患呼吸道疾病的概率增加，不僅影響了身體健康還降低了人們的生活質(zhì)量。另外，大氣污染還能間接的造成水資源、土壤等環(huán)境污染，進而限制了社會可持續(xù)發(fā)展。

4.2 對生物的危害

眾所周知生物也存在于大氣環(huán)境中，大霧污染對生物有著直接影響。例如，大氣中含有大量的硫化物氣體，直接造成酸雨的情況，會造成自然環(huán)境失去酸堿平衡性。植物、農(nóng)作物不能適應(yīng)這樣的環(huán)境而死亡。動物在飲用污水、呼吸污染過的空氣、吃一些污染后的植物都會直接造成死亡情況發(fā)生。

5 大氣環(huán)境污染物監(jiān)測防治措施

5.1 大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測的應(yīng)用

當前我國已經(jīng)有150個以上的城市都應(yīng)用了大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測，已投入的監(jiān)測站在15000個以上，對大氣環(huán)境治理質(zhì)量的提升起到了非常積極的促進作用。并且該系統(tǒng)的應(yīng)用還幫助各地的環(huán)境管理部門節(jié)省了大量物理和財力資源，促進了大氣環(huán)境治理的精細化發(fā)展，提升了治理工作的效率，令各城市的空氣質(zhì)量得到了極大改善，為了對這種監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生更直觀的印象。

5.2 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)分析

采用高密度網(wǎng)格點布設(shè)實測的方法，實現(xiàn)整個區(qū)域高時間分辨率、高空間分辨率和多參數(shù)的實時動態(tài)監(jiān)測；反應(yīng)整個城市、背景、邊界、傳輸通道等區(qū)域的空氣質(zhì)量整體狀況和變化趨勢。在現(xiàn)有空氣質(zhì)量自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以市區(qū)5個環(huán)境空氣質(zhì)量評價點（不含白馬寺背景點）為中心，對其周邊500m范圍內(nèi)的東、南、西、北等4個方向，及1km范圍內(nèi)的東北、東南、西北、西南等4個方向分別進行空氣質(zhì)量監(jiān)控，以及市區(qū)可能傳輸通道上布設(shè)若干網(wǎng)格化微型站，以實現(xiàn)對監(jiān)測點位周邊區(qū)域的全覆蓋式網(wǎng)格精準監(jiān)控，實時掌握環(huán)境污染分布狀況，探究空氣質(zhì)量變化趨勢。

5.3 充實人員設(shè)備條件保證監(jiān)測工作有效開展

無論污染物監(jiān)測的目的是什么，其監(jiān)測結(jié)果都應(yīng)該保證真實性、有效性、有代表性。這就要求各地區(qū)在開展大氣環(huán)境污染物監(jiān)測工作的時候，一方面要嚴格做好監(jiān)測點的選擇和監(jiān)測方案的合理規(guī)劃；一方面也要做好人員配置、設(shè)備配置、經(jīng)費劃撥等工作，要為監(jiān)測工作的有效開展提供充分的條件保障。比如隨著科技的進步，電化學免疫傳感器以及無線傳感器等開始廣泛普及。這種技術(shù)、設(shè)備上的更新?lián)Q代也將對監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，需要環(huán)境監(jiān)測管理部門多做研究、多做考慮。

5.4 進行采樣與數(shù)據(jù)分析

在監(jiān)測點布設(shè)完畢并做好基本的維護管理等情況下，接下來要做的就是對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采樣和分析統(tǒng)計。在這方面，需要相關(guān)人員嚴格做好監(jiān)測樣品的管理，確保樣品真實，完成樣品的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析匯總，從而為評估目標區(qū)域的大氣環(huán)境狀況，進行下一步的治理工作提供指導(dǎo)。對于樣本數(shù)據(jù)異常的情況，需要提起重視，及時對監(jiān)測點進行檢查，確保監(jiān)測設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，確保周邊沒有新出現(xiàn)的干擾因素等。從而避免不正常的監(jiān)測數(shù)據(jù)影響環(huán)境質(zhì)量評價等工作。

6 結(jié)語

綜上所述，改善空氣污染現(xiàn)象，需要人類的共同努力，人們應(yīng)減少汽車使用頻率，各工廠要減少有害氣體的釋放量，本文所提到的大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠為大氣環(huán)境治理提供非常有力的依據(jù)，提升了大氣環(huán)境治理的效果，為保護大氣環(huán)境提供了充分保障。