環境空氣自動監測系統運行管理與質控的信息化研究

范 泱

（廊坊市生態環境局，河北 廊坊 065000）

1 環境空氣質量監測背景

在2017年9月，環保部等六部委聯合印發了《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》。在方案中提出了：（1）到2020年，VOCs全國排放總量下降10%以上；（2）提高VOCs排放重點行業的環保準入門檻，嚴格控制新增污染物排放量；（3）重點地區嚴格限制石化、化工、包裝印刷、工業涂裝等高VOCs排放建設項目，新建涉VOCs排放的工業企業要入園區；（4）重點區域包括：京津冀及周邊、長三角、珠三角、成渝、武漢及其周邊、遼寧中部、陜西關中、長株潭等區域；（5）重點行業要加大治理力度，推進企業排污許可證制度。

2 環境空氣自動監測手段及技術

2.1 環境空氣質量監測網絡

環境空氣質量監測網絡可分為以下幾部分：（1）城市空氣質量監測網絡；（2）背景空氣質量監測網絡；（3）區域空氣質量監測網絡；（4）酸雨質量監測網絡；以上所提及的空氣質量監測網絡已有效布置于各個地級以上城市中，并設有專門的監測點位。同時，針對京津冀地區的大氣污染問題，分別在2+26個城市（京津冀周邊的城市），包括北京和天津兩個直轄市建立了大氣顆粒物組分和光化學監測的質量監測網絡，并配有相關專業監測點位。

上述環境空氣質量監測網絡主要是以自動監測為主，即在環境空氣質量監測網絡中的監控點位，是利用各種專業的在線監測儀器將測的數據自動傳輸至網絡終端，最后由中國環境監測總站進行數據的收集和處理。由此可以看出，網絡監控的整體過程，實現了數據的實時處理，便于準確及時發布[1]。目前，大部分的空氣質量日報的數據，都來自城市環境空氣質量監測網絡中的數據。

2.2 VOCs概述

VOCs是指在標準狀態下飽和蒸氣壓較高（標準狀態下大于13.33 Pa）、沸點較低、分子量小、常溫狀態下易揮發的有機化合物。主要包括非甲烷碳氫化合物（C2-C12）：烷烴、烯烴、芳香烴、炔烴；含氧有機物（C-C10）：醛、酮、醇、醚、酯、酚等；含氮化合物；含硫化合物。

在（國內）環境空氣VOCs監測標準中，可采用的標準有《環境空氣 揮發性鹵代烴的測定 活性炭吸附-二硫化碳解吸/氣相色譜法》（HJ 645-2013）、《環境空氣 揮發性有機物的測定 吸附管采樣-熱脫附/氣相色譜-質譜法》（HJ 644-2013）、《環境空氣 苯系物的測定 活性炭吸附/二硫化碳解吸-氣相色譜法 》（HJ 584-2010）、《環境空氣 苯系物的測定 固體吸附/熱脫附-氣相色譜法》（HJ 583-2010）等。而在（國外）環境空氣VOCs監測標準中，美國EPA關于VOCs分析方法有3種：環境空氣、室內空氣和固定污染源。歐盟關于VOCs總量監測的指標是TOC，其主要推薦方法是FID，EN 15267-3:2008-03是歐盟關于CEMS的檢測標準，所有類型CEMS都必須符合要求，其中對于VOCs在線監測儀器單獨提出了幾個針對性指標，包括響應因子，干擾等。EN 12619:1999是TOC監測方法標準，是FID法。

2.2.1 現代環境空氣VOCs分析技術

在TO15及PAMS名錄中，VOCs的分析過程主要是通過罐采樣→冷阱預濃縮（三級冷阱）、液氮制冷、電子制冷→儀器分析[GC-FID（C2-C4）、GC-MS]。而在TO15及PAMS名錄以外的醛酮類化合物，主要是通過吸附管采樣→高效液相色譜的過程進行分析。

2.2.2 現代環境空氣VOCs分析技術硬件的特殊要求

要求：雙柱分析（Dean Switch）中檢測器為雙FID或FID+MS；色譜柱為C2-C4:PLOT柱（如氧化鋁柱）；C4-C12為DB-624或DB-1或等效柱；自動稀釋裝置中要求內標氣配制、目標化合物標氣自動稀釋，配制標準曲線；二級或三級冷阱中可有效去除水、CO2、N2、02、CO等物質，且有效富集目標VOCs并采用液氮或電子制冷的方式進行；在罐清洗裝置上，要求采樣前清洗至達到質控要求并能達到自動清洗。

2.2.3 現代環境空氣VOCs分析技術的相關質控要求

采樣方面：（1）全程序空白樣品（每批）；（2）平行樣采集（每10 個樣品加1 個）；（3）醛酮采樣管抽取5%進行空白水平檢查；

儀器校準方面：（1）質譜每日校準；（2）標準曲線校驗；

檢測結果方面：（1）平行樣檢測結果相對偏差小于25%；（2）醛酮采樣管如果穿透，需重新采樣。

目前，環境空氣質量自動監測的監測項目主要是SO2、NO2、PM2.5、CO、O3、PM10、氣象五參數，黑炭，水溶性離子，無機元素，酸沉降。其監測標準主要依據《環境空氣氣態污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續自動監測系統技術要求及檢測方法》（HJ 654-2013），《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》（HJ 653-2013）和《降雨自動采樣器技術要求及檢測方法》（HJ/T 174-2005）。

3 采用環境空氣質量自動監測系統的重要意義

目前，隨著科技及經濟的高速發展，我國提出了綠色發展的戰略思路，這也是順應整體社會發展的必然趨勢[2]。因此，環境空氣質量監測系統存在的重要意義就體現在如何改善空氣質量，以及科學防治大氣污染。據相關調查顯示，2019年我國PM2.5濃度下降的速度出現了放緩現象，且臭氧濃度也存在明顯上升的趨勢。由此可以看出，大氣污染防治任務仍然任重而道遠。

通常，環境空氣質量監測系統是通過實時監控、及時反饋，對大氣質量進行統一監管、評估及協調，從而有效削減大氣中污染物的排放量。同時，科學有效地改善了空氣質量，增強了城市空氣區域性環境保護，因此，這也是預防大氣污染的有效途徑。并且，通過與其他監測儀器搭配使用，還可以對空氣污染源頭進行有效追溯，以及確認空氣環境中的污染程度，從而大力提升了空氣污染的整體防治水平。此外，采用空氣質量自動監測系統，既可以自主獲得數據的實時信息，還可以幫助環境工作人員及時有效，準確地獲取空氣中質量數據信息。這樣不僅可以為二次污染提供相關驗證及數據支持，還可以為大氣污染的理論預測及相關治理提供詳細數據，同時，也可以為相關研究提供參考信息。

4 環境空氣質量自動監測系統的現狀

目前，我國環境空氣質量監測儀器可分為有點式與開放式，并逐漸演變成自動監測技術的主攻方向。我國于1998年便在重點城市及經濟發達地區采用了24 h連續監測空氣質量的方法，截止2003年，我國共有200余個地級以上城市擁有了自動監測配套系統，同時還聯合開展了重點城市自動監測體系的聯網及質控考核工作。截至目前，經過20多年的全面發展，我國已進入自動監測的重要階段，并具備了城市空氣自動監測體系、區域內自動監測體系，從而有效保障了地級以上城市空氣質量的提升與預報。而大氣環境監測設備主要有多要素和單要素兩種，其中多要素監測儀器主要是指要進行大氣環境中多個要素的整體監控，例如大氣壓、PM2.5、風力、雨量、有害氣體等；而單要素監測器主要是針對環境中的某單一元素進行監測，例如：二氧化硫檢測器、二氧化氮檢測器等。同時，還存在著24 h全天監測的小型移動氣象站，可以對大氣中的多要素進行全天監測。

目前，我國使用最多的環境空氣監測系統為BMET系統，該系統主要是由計算機控制中心監測站質量實驗室系統支持實驗室組成。其中，監測站對空氣質量，及污染源進行實時監測，并通過系統設定實時反饋給計算機控制中心，而計算機控制中心則對數據的有效性，精確性進行核查。同時，數據傳地址質量可保證實驗室進行進一步核查，以確保數據的有效性與實時性。但目前，我國的環境空氣質量監測系統還存在著許多不足之處。例如，通信技術落后、數據采集參數不夠完整、監測系統集成化程度低、監測儀器的校準自動校準程度較低等。因此，為了有效改善環境空氣質量自動監測系統中的不足，及時有效地對其進行運行管理及質控的信息化分析就顯得尤為重要。

5 環境空氣質量自動監測系統運行管理及質控信息化的改善策略

5.1 網絡監控方面

5.1.1 要完善整體信息傳輸的網絡接入系統

在實際工作中，完善整體信息傳輸網絡的接入系統是為了滿足對空氣質量監測畫面的需求。而整個管理平臺基于TCP/IP網絡環境，通過有線和無線網絡通訊服務，或電話撥號連接來實現點對點的資料通訊。目前，空氣監測中心站從各個檢測子站進行數據提取的是iPort軟件，但根據實際使用情況分析發現，該軟件在運行過程中，若進行畫面的連續切換，就會出現數據與儀器的速度不相匹配的情況。經專業人員對其原因進行分析得出，主要是由于該軟件的信息傳輸系統是采用的Modem電話線接入方式，而該接入方式的傳輸速率會受其他因素影響，最終導致速率低下，因此，在檢測中心所獲得的部分數據就會出現畫面不穩定的情況。但可以通過建立穩定性較高的網絡和寬帶來進行相應改善。基于我國目前網絡發展的整體現狀，通過數據對比及要求篩選結合，在網絡服務商中選擇電信和網通較為優質。

5.1.2 建立優質分析界面，對儀器進行遠程診斷與監控

首先，可通過在環境空氣質量監測中心站輸入檢測站的檢測地址，與監測站進行儀器的內部連接；然后通過連接，就可以實時顯示監測站中的空氣監測儀器的運行狀況，并且在計算機系統的正常運行下，同一界面還可以實現多個機器的運行情況，從而做到對儀器進行實時監控與監測。

建立優質分析界面的主要目的是，防止因主機出現暫時無法修理的信號故障或儀器故障中斷運行，而建立優質分析界面可以快速地對儀器進行整體定位并分析，從而實現了遠程的調試或維修。同時，還可以及時解決出現的問題，以保障實驗室中心站可以獲取最準確的環境空氣質量監測數據。而通過此種界面的建立，還可以用遠程登錄進行儀器界面的控制，并隨時監測儀器設備的整體狀態，實現在儀器設備的整體使用過程中進行全面管理與有效控制，從而進一步保障空氣監測數據的準確性。

5.1.3 建立環境空氣質量數據統一處理中心

目前，環境空氣質量的相關數據具有實時性和分散性，而分散性主要是由于我國環境空氣質量監測設備的種類多而雜，并且不同種類的設備還具有不同方式的儲存模式，這樣不同的環境質量監測設備的大量使用就造成了數據處理系統模式的多樣性。因此，分散性與多樣性導致了環境空氣質量數據處理與管理的難操控性。所以，建立環境空氣質量數據的統一處理系統，既可以實現數據的快速整理與分析，又節省了相關工作人員的時間，還提高了數據處理效率。此外，通過建立數據共享平臺，還可以方便不同設備對空氣質量數據的實時共享。如在相應的檢測系統中設置相同的數據接口，就可以使從同一數據接口獲得的數據擁有了數據的統一性，這樣就方便工作人員對空氣質量的測量數據，數據平均值及儀器狀態等信息進行整體處理，達到使用需求。

5.1.4 優化環境空氣質量監測系統的日常管理與運行維護

在進行環境空氣質量監測的日常管理中，要重視系統的日常管理與運行維護，因此，要引進專業的相關技術人員對設備、系統、軟件等進行日常維護保養工作，以降低儀器設備的維修頻率。同時，降低維修頻率還可以保障環境空氣質量監測數據的準確性與及時性。

5.2 人員管理方面

5.2.1 重視質控人員在環境空氣質量監督中的直接作用

在環境空氣質量監測工作中，對直接責任人與主體監督人的整體把控，對于質量控制起到了重要作用，可以說，質量控制人員的整體素養會對環境空氣質量數據的準確性起到直接的影響作用。因此，必須要重視質控人員在環境空氣質量中的重要作用，要加強工作人員的質量控制能力，提升質控人員的個人素質，以此做到對環境空氣質量控制的有效把控。

通常，在質控人員上崗時，要對其進行崗前培訓，并保證已參加了由中國環境國家監測總局開展的崗位測試，獲取了專業的上崗證書，且質控人員還要具備專業空氣質量知識及相關經驗。而在儀器設備使用方面，質控人員要對多種不同的類型監測設備進行了解與掌握，并在設備出現故障時能進行相應的檢測與維修。同時，還要向質控人員宣傳一定的環境空氣環保危機意識，并督促其時刻注重空氣質量的數據變化。此外，還可以針對不同站點部署不同數量的技術型的質控人員，并要求其對日常工作內容及發生的緊急情況進行上報與記錄，還要對質控人員進行責任分工制，做到合理分配責任。

5.2.2 開展相關工作人員的整體專業性培養

要想使環境空氣質量監測系統正常運行，在很大程度上都會依靠專業人員的技術支持。而目前，我國的環境空氣質量監測人員在管理方面存在著相關工作人員復雜，素質較低的問題。因此，針對以上問題，應采取積極有效的人員管理措施。如可通過開展相關技術研討會，加強與研究院，各大高校以及優質企業的合作，來培養自己的專業人才，并吸引外部人才加入到內部環境空氣質量監測工作中來，從而全面做到提升相關工作人員的數據分析、數據處理、質量管理等整體綜合能力。

5.3 管理體系方面

5.3.1 強化監測站點的環境管理

環境空氣質量監測站大多設立在高處，這樣建設是為了方便收集空氣中的數據，并能更好地接觸電信網絡，以進行整體數據的有效傳遞與收集。因此，要確保監測站點周圍的環境中沒有較為高大的建筑物或植物的遮擋，還要及時有效地清理監測站點周圍的垃圾與雜物，保障監測站點周圍的環境干凈整潔，通風良好，以便于設備更好運行。

5.3.2 優化質量控制的整體結構

由以上內容可知，質量控制是數據監測的科學性，準確性的基礎保障，因此，要對質量控制進行整體優化。在實際工作中，可通過對工作人員的分組來進行數據及人員的有效控制、考察。

5.3.3 提高儀器的校驗水平

在環境空氣質量監測中，最重要的是設備的校驗工作，因為設備的準確性將會對數據的整體分析結果產生至關重要的作用，所以各監測站要有效提升儀器的校驗水平。而在設備的具體校驗過程中，可將設備送檢至專業校驗部門進行強制校準，也可以進行儀器的內部自主校準，但必須保證在進行內部校準時，還要進行嚴格的程序化控制，且形成專業報告并將相關數據歸檔。

6 結語

綜上所述，環境空氣自動監測系統在我國大氣污染防治中發揮著重要作用。因此，為了保障該系統的正常運行與穩步發展，進一步推進系統的運行管理及質控信息化研究至關重要，這非常有助于提高環境監測體系的運行效率和監測數據的準確性。