環(huán)境大氣監(jiān)測的全程序控制方法探析

陳明智，金英偉

1.南京市雨花臺生態(tài)環(huán)境局；2.北京英視睿達(dá)科技股份有限公司

為強(qiáng)化大氣治理分級管理，今年3月，南京市雨花臺區(qū)環(huán)境完全質(zhì)量監(jiān)測站在一級、二級點(diǎn)位長制的基礎(chǔ)上建立三級點(diǎn)位長制，明確各級點(diǎn)位長工作職責(zé)，強(qiáng)化應(yīng)急響應(yīng)、預(yù)警處置、工作考核，制定《雨花臺區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)“點(diǎn)位長”制管理辦法（暫行）》，進(jìn)一步壓實(shí)基層一線治氣主體責(zé)任。同時，智慧環(huán)保項(xiàng)目的建設(shè)，將構(gòu)建雨花臺區(qū)生態(tài)環(huán)境環(huán)保業(yè)務(wù)體系，進(jìn)而為小環(huán)境大氣監(jiān)測全程序質(zhì)量控制方法的實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)環(huán)境大氣監(jiān)測模式存在的弊端

傳統(tǒng)環(huán)境大氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不夠完善，容易造成監(jiān)測工作重復(fù)，不僅耗時耗力，而且還無法保障監(jiān)測質(zhì)量。

例如，在實(shí)際監(jiān)測過程中，所得到的大氣污染數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)之間存在差異，而這類數(shù)據(jù)獲取需要較多的人力、物力、財(cái)力。同時，傳統(tǒng)模式下未設(shè)置專門的部門或者是小組負(fù)責(zé)，以至于責(zé)任難以落實(shí)到人頭，不僅影響工作效率，而且難以保證質(zhì)量。

對于環(huán)境大氣監(jiān)測而言，采集數(shù)據(jù)是第一步工作。在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)沒有規(guī)律性可言，而是具有一定的隨機(jī)性，所以，采集到的數(shù)據(jù)往往會出現(xiàn)不確定性，這樣便會影響最終監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性、全面性。同時，監(jiān)測分布點(diǎn)也不夠完善，主要集中在城市，鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)還處于建設(shè)階段，無法保障數(shù)據(jù)的完整性。例如，部分地區(qū)的區(qū)域性環(huán)境大氣監(jiān)測以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，但是監(jiān)測點(diǎn)位最多分布兩個，這就意味著監(jiān)測點(diǎn)將無法實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測以及精準(zhǔn)監(jiān)測。

此外，基于相關(guān)規(guī)定，部分企業(yè)會自行完成布點(diǎn)監(jiān)測，但是監(jiān)測位置幾乎布置在企業(yè)集中區(qū)域，這就意味著監(jiān)測數(shù)據(jù)不完整，而且也不具有區(qū)域代表性[1]。

傳統(tǒng)監(jiān)測主要采用的系統(tǒng)是SCM數(shù)字化系統(tǒng)，質(zhì)譜儀、色譜儀等物理監(jiān)測系統(tǒng)卻較少使用，意味著監(jiān)測數(shù)據(jù)可信度比較低。

二、環(huán)境大氣監(jiān)測全程序質(zhì)量控制方法的意義

環(huán)境大氣監(jiān)測全程序質(zhì)量控制的目的就是確保數(shù)據(jù)的全面性、精準(zhǔn)性、實(shí)時性，這樣才能將區(qū)域內(nèi)環(huán)境大氣的實(shí)際情況準(zhǔn)確反映出來，可以為治理部門制定治理措施提供有價值的參考依據(jù)。現(xiàn)階段，雨花臺區(qū)為實(shí)施環(huán)境大氣監(jiān)測全程序質(zhì)量控制方法進(jìn)行了全面部署，具體體現(xiàn)為：

第一，雨花臺區(qū)生態(tài)環(huán)境智慧指揮平臺系統(tǒng)主要包括環(huán)境大數(shù)據(jù)資源中心、空氣質(zhì)量綜合分析與精準(zhǔn)化監(jiān)管平臺、水環(huán)境綜合分析及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺、危廢在線監(jiān)控管理平臺、智慧環(huán)保指揮中心等內(nèi)容。此次雨花臺區(qū)生態(tài)環(huán)境智慧指揮平臺建設(shè)是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要科技支撐，是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)的必然選擇，是改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要舉措。運(yùn)用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)整合全區(qū)水、氣、土等監(jiān)管系統(tǒng)，打通生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的信息孤島，實(shí)現(xiàn)資源共享，建立天地空一體化的立體監(jiān)測監(jiān)控指揮體系，全面提升雨花臺區(qū)污染防治工作的決策指揮能力、監(jiān)管執(zhí)法水平、行政服務(wù)效能。最后接入全區(qū)的“智慧雨花”工作平臺，可解決傳統(tǒng)模式數(shù)據(jù)不完整的問題。

第二，建立大氣專班，強(qiáng)化數(shù)據(jù)成果應(yīng)用分析，解決傳統(tǒng)模式下未設(shè)置專門的部門或者是小組的問題。充分利用區(qū)智慧生態(tài)環(huán)境平臺，整合區(qū)內(nèi)小標(biāo)站、微站和餐飲、汽修在線等平臺，建設(shè)區(qū)智慧生態(tài)環(huán)境手機(jī)App，要求第三方派專人駐點(diǎn)辦公，同時與南大、南信大等高校及第三方專家團(tuán)隊(duì)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，組建大氣污染防治工作專班，對發(fā)現(xiàn)的問題實(shí)時精準(zhǔn)溯源，第一時間移送屬地街道（園區(qū)）排查整治，緊盯問題整改閉環(huán)，確保工作成效。協(xié)調(diào)召開每月全區(qū)空氣質(zhì)量分析會議，為重點(diǎn)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量提升提供技術(shù)助力。

第三，提升科技賦能，強(qiáng)化大氣監(jiān)測體系建設(shè)，解決傳統(tǒng)環(huán)境大氣監(jiān)測網(wǎng)不完善的問題。依托現(xiàn)有1個國控點(diǎn)、7個小標(biāo)站、40個微站、10個降塵點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，雨花臺區(qū)在布設(shè)的省7個、市18個TVOC點(diǎn)位基礎(chǔ)上，完成全區(qū)加密布設(shè)34個TVOC站點(diǎn)手續(xù)報(bào)批并將建設(shè)到位，完成42家（59套）汽修VOCs排放濃度在線監(jiān)控“進(jìn)出口雙控”升級改造，完成2套柴油車黑煙抓拍設(shè)施點(diǎn)位建設(shè)，完成16個TSP監(jiān)測設(shè)備手續(xù)報(bào)批并將全部建設(shè)到位，完善全區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)管。積極開展為期3個月的雷達(dá)掃描、每月“遙感監(jiān)測+無人機(jī)巡查”、不定期積塵走航監(jiān)測，為顆粒物高值區(qū)域、秋冬季重污染天氣應(yīng)急管控預(yù)警及污染防治提供助力。

三、環(huán)境大氣監(jiān)測的全程序質(zhì)量控制影響因素分析

從環(huán)境大氣監(jiān)測的全程序質(zhì)量控制實(shí)踐來看，影響其質(zhì)量的主要因素有人為、采樣、樣品等，具體如下：

（一）人為因素

從實(shí)踐過程來看，人為因素是影響環(huán)境大氣監(jiān)測質(zhì)量的主要因素。從實(shí)際角度來講，我國對于環(huán)境大氣監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用還處于探索、進(jìn)步、發(fā)展以及突破的階段。特別是前期，監(jiān)測設(shè)備投入非常有限，監(jiān)測人員技術(shù)水平較低，這就意味著監(jiān)測人員對技術(shù)、設(shè)備的利用程度也比較有限，無法保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性、精準(zhǔn)性以及實(shí)用性。現(xiàn)階段，雨花臺區(qū)加強(qiáng)了環(huán)境大氣監(jiān)測的部署，專職小組、科技賦能，特別是雨花臺區(qū)生態(tài)環(huán)境智慧指揮平臺項(xiàng)目的規(guī)劃，為實(shí)施全程序質(zhì)量控制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是更為關(guān)鍵的還是技術(shù)人才的培養(yǎng)以及先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)，這樣才能真正發(fā)揮雨花臺生態(tài)環(huán)境智慧平臺的價值[2]。

（二）現(xiàn)場采樣因素

現(xiàn)場采樣質(zhì)量將對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生根本性影響。現(xiàn)場采樣通常需要經(jīng)過確定監(jiān)測位置、采集樣本、維持樣本三個階段的工作。任何一道工序出錯，結(jié)果也將出錯。監(jiān)測點(diǎn)設(shè)定需要考慮環(huán)境、天氣、排污口位置等各種因素，合理、科學(xué)的監(jiān)測點(diǎn)才能對區(qū)域大氣情況進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的反映。樣本采集過程中，采集手法、頻率、氣象情況等方面都需要注意，而維持樣本主要在于運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

（三）樣品分析因素

樣品分析就是對所采集的樣本進(jìn)行分析，涉及監(jiān)測儀器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用，這個過程中可能會因?yàn)榛瘜W(xué)試劑純度不足、設(shè)備精度不夠、實(shí)驗(yàn)環(huán)境差異等各種因素而影響最終的評價結(jié)果。

四、環(huán)境大氣監(jiān)測的全程序質(zhì)量控制優(yōu)化方法

前文大致分析了環(huán)境大氣監(jiān)測全程序質(zhì)量控制的影響因素，在實(shí)施過程中需要注意這些影響因素，才能保障監(jiān)測質(zhì)量。“十三五”期間，雨花臺區(qū)共建成各類大氣站點(diǎn)58個（1個國控站點(diǎn)、7個市控站點(diǎn)、10個降塵點(diǎn)、40個微型站點(diǎn)），2021年新增34個TVOC站點(diǎn)、16套TSP監(jiān)測設(shè)備、2套黑煙抓拍系統(tǒng)，均納入雨花臺區(qū)生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺，并綜合整合區(qū)內(nèi)餐飲、汽修在線等平臺，著手開展環(huán)保智慧系統(tǒng)手機(jī)App建設(shè)研究，完善科技治理體系。雨花臺區(qū)現(xiàn)有的監(jiān)測體系為全程序控制實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具體需要從以下幾個方面有效實(shí)施：

（一）準(zhǔn)備工作

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，做好準(zhǔn)備工作，具體的控制要點(diǎn)（見表1）為：

表1 鹽工采集準(zhǔn)備控制要點(diǎn)

1.對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行確定

監(jiān)測點(diǎn)位置直接影響監(jiān)測質(zhì)量，采集樣本之前必須確定具體位置，可以從這些方面入手：（1）以本次環(huán)境大氣監(jiān)測目的、環(huán)境情況、大氣污染結(jié)果、設(shè)備狀態(tài)等為依據(jù)，制定監(jiān)測方案，同時，針對上下風(fēng)向位置設(shè)定監(jiān)測方法，例如，對照點(diǎn)監(jiān)測、加密監(jiān)測等。（2）對監(jiān)測區(qū)域大氣污染程度進(jìn)行分析，設(shè)置低、中、高三個污染等級，并有針對性地設(shè)定不同的樣品采集位置以及數(shù)量，確保污染位置能夠全面覆蓋。（3）以監(jiān)測方案為依據(jù)，進(jìn)一步明確樣品采集的頻率、位置范圍、時間段，可以保證樣本的代表性、科學(xué)性、全面性[3]。

2.檢查設(shè)備

性能監(jiān)測與運(yùn)行狀態(tài)檢測是設(shè)備檢查的關(guān)鍵，具體而言：（1）做性能檢測，主要對采集裝置是否完整、準(zhǔn)確進(jìn)行檢測，以智能電子轉(zhuǎn)子流量計(jì)為例，需要進(jìn)行詳細(xì)的校對，同時，還要做好相關(guān)設(shè)備儀器的密封性檢測以及是否滿足樣品儲存的標(biāo)準(zhǔn)。（2）狀態(tài)檢測，目的是檢測設(shè)備儀器是否存在故障，例如，乳膠管是否老化、漏氣等。設(shè)備保持良好的狀態(tài)，才能保障樣品采集有序開展。

3.采集方法

采集方法通常是圍繞監(jiān)測方案的具體要求合理選擇應(yīng)用，進(jìn)而為實(shí)驗(yàn)室樣品分析提供質(zhì)量達(dá)標(biāo)以及數(shù)量充足的樣品。采集方法選擇如下：（1）離線采樣技術(shù)，具體包括限體積、限流累積、定時、瞬時等方法，需要結(jié)合具體情況，選擇一種或者是多種方法配合應(yīng)用。（2）連續(xù)自動采樣技術(shù)，作為常用技術(shù)通常與在線系統(tǒng)結(jié)合，例如，可以與雨花臺區(qū)生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺進(jìn)行結(jié)合，保障自動采樣的連貫性，從而提升監(jiān)測質(zhì)量[4]。

（二）樣品處理

樣品處理的要點(diǎn)在于：（1）采集階段做好采集工作的記錄。具體由采集人員記錄好采樣工作人員的信息、采集監(jiān)測點(diǎn)位置、樣品名稱與編號、采集流程、采集方法、采集設(shè)備、采集環(huán)境等，確保整個采集工作流程有跡可循，可為日后監(jiān)測工作的改進(jìn)提供有價值的參考依據(jù)。（2）完成采集之后，及時送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。存儲樣本必須選擇合適的儲存容器，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)儲存方法確保樣品的穩(wěn)定性，并在規(guī)定時間內(nèi)運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室，需要注意運(yùn)輸過程中要避免樣品泄露與污染[5]。

（三）樣品實(shí)驗(yàn)

確保樣品實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，可以從這些方面入手：（1）明確樣品實(shí)驗(yàn)方法，常用的有效方法是ISO標(biāo)準(zhǔn)或者是美國EPA，進(jìn)而對樣品各項(xiàng)結(jié)果與數(shù)據(jù)進(jìn)行明確。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)方法要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行使用，這樣才能保障結(jié)果的精準(zhǔn)度。（2）預(yù)處理樣品要避免污染或者損失，通常采用全過程空白法對樣品進(jìn)行測定，再通過平行加標(biāo)法做好樣品加標(biāo)處理或者是替代處理。（3）分析樣品。通常采用的是空白實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控樣、儀器控制等進(jìn)行樣品監(jiān)測，整個過程一定要避免污染[6]。

四、結(jié)語

“十三五”以來，雨花臺區(qū)不斷加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及“智慧雨花”工作平臺的部署，通過環(huán)境大氣監(jiān)測的全程序質(zhì)量控制方法，全區(qū)PM2.5均值由2015年的57微克/立方米，下降至2020年的31.1微克/立方米，實(shí)現(xiàn)了“五連降”；優(yōu)良天數(shù)比率由2015年的59.5%提升至2020年的82.2%，提升22.7個百分點(diǎn)；臭氧污染天數(shù)由2015年的66天，下降到2020年的40天，降幅為39.4%。今年以來，截至10月18日，PM2.5濃度均值為23.5微克/立方米，同比下降18.7%，優(yōu)于年度30.1微克/立方米的目標(biāo)，排名主城第一、全市第三；優(yōu)良天數(shù)比率81.8%（優(yōu)良天數(shù)237天、污染天數(shù)53天），同比提升0.6個百分點(diǎn)，劣于年度83.6%的目標(biāo)，排名主城第二、全市第三；PM10濃度均值為53微克/立方米，同比上升1.9%，排名主城并列第二、全市并列第七；NO2濃度均值33微克/立方米，同比下降2.9%，排名主城第四、全市第十一。1-9月降塵量4.34噸/月·平方公里（年度目標(biāo)2噸/月·平方公里），排名主城第四、全市第九。未來，隨著“智慧雨花”平臺以及環(huán)境大氣監(jiān)測的全程序質(zhì)量控制方法的完善，勢必能夠讓全區(qū)精細(xì)化治理更上一個臺階。