生態環境監測技術在大氣污染防治中的應用研究

章秀華

（江西省景德鎮生態環境監測中心，江西 景德鎮 333000）

引言

隨著城市化的發展，人民大眾的生活水平逐漸提高，在這一過程中，工業的快速發展以及人們的日常生活等均造成了一定程度的大氣污染，對全人類的生存產生了嚴重危害。大氣污染問題與我國可持續發展理念相違背，大氣污染不僅會對人們的身體健康產生危害，嚴重的將會造成臭氧漏洞，進而導致紫外線增強并加劇溫室效應。因此，我們需要應用生態環境監測技術促進大氣污染防治工作。

1 大氣污染成分及危害

1.1 顆粒物

本文以某城市為例，對大氣污染成分進行調查研究，發現其中顆粒物為最主要的污染成分，其成因多種多樣（見表1）。在工業化、城市化快速發展的背景下，城市中汽車尾氣排放、燃煤取暖、氣候變化以及工程建設等眾多污染物的排放均會導致大量顆粒物在大氣環境中累積，造成以PM2.5為主的顆粒物污染事件頻繁發生，嚴重影響人們的日常生活及生產活動。

表1 某城市大氣顆粒物污染成因占比

這些顆粒物將會被人們吸入呼吸道中，進而對人體心肺功能產生損害，使人們患呼吸道疾病的概率增加。若細顆粒物穿過呼吸道進入人體，會對免疫系統、神經系統等造成破壞，進而嚴重損害人們的身體健康，引發嚴重的心腦血管疾病。各種細顆粒物在大氣中漂浮，會使城市出現霧霾或重污染天氣。

1.2 臭氧

臭氧具有相對較強的氧化性，如果溫度較低，將會出現氧化反應。人們不斷增加的社會活動，促使城市中的臭氧污染達到了峰值。臭氧污染不僅會對人體健康造成影響，也會嚴重破壞生態環境。臭氧污染物經過呼吸道被吸入人體內，會引發胸悶、頭痛、咽喉腫痛等癥狀，嚴重的還會誘發呼吸道疾病，破壞人體免疫功能。同時臭氧也會破壞土壤中的營養物質，造成生態環境持續惡化。

2 大氣污染防治中生態環境監測技術的作用

2021年，通過對我國330個地級以上城市的環境空氣進行質量檢驗，監測4項主要的大氣污染物指標，發現其中超過一半以上的城市均出現了環境空氣質量不良的現象，污染指標出現明顯超標，如表2所示。這進一步證明當前城市中大氣環境污染形勢仍較為嚴峻。

表2 2021年330個地級市大氣污染指標檢驗表

2.1 預防大氣污染

從表2中的內容不難發現，當前我國眾多城市存在嚴重的大氣污染問題，為了創造良好的生態環境，相關部門需要開展生態環境監測工作，借助生態環境監測技術，實時動態監控大氣環境，從而為大氣污染治理提供實時數據，以便及時預防大氣污染問題[1]。我國當前各個城市均有相應的生態環境監測機構，工作人員通過對比監測機構的數據，可了解大氣環境的特征及狀態，并根據其動態變化規律，分析大氣污染的產生原因，進而提前采取相應的預防性手段，避免污染程度加深；同時為大氣污染極端問題提供預報，以便在發現異常數據的第一時間采取應急處理預案。

2.2 治理大氣污染

治理大氣污染的過程相對復雜且具有系統化特征，因此需要相關人員進一步結合污染實際情況及特征開展工作。通過應用生態環境監測技術，相關部門及人員能夠清晰掌握大氣環境中各種污染物的實際種類及其含量特征，從而更加清晰直觀地判斷大氣污染成因及污染程度，研究針對性的治理措施。

尤其是在已經發生嚴重的大氣污染之后，生態環境監測部門能夠根據生態環境監測數據分析大氣污染的實際原因，同時對污染范圍進行判斷，了解相應的污染影響程度，根據數據查找污染源頭，進而制定更加有效的治理方案。應用生態環境監測技術，也能幫助相關人員判斷污染的移動范圍，從而避免大氣污染影響人們的正常生活。

3 大氣污染防治中生態環境監測技術的應用

3.1 遙感監測技術

先進的遙感監測技術能夠對大氣環境實施全方位、多角度的動態監測，其主要是對臭氧層、大氣成分以及居民居住區的空氣質量等進行監測。在實際開展大氣環境監測工作的過程中，相關人員通過遙感監測技術能夠全面分析大氣成分及污染物的分布情況，并通過遙感測繪，將大氣污染物的變化趨勢結合數據，以測繪圖的方式進行明確表示[2]，從而為大氣污染防治工作提供更加有效的針對性治理方案。

利用遙感監測技術對大氣污染進行監測，可以啟動無人機，通過機載測溫及測濕裝置等，測定大氣的溫濕度參數，同時也能對大氣環境中的臭氧及二氧化硫等成分進行統計監測。相關部門及人員通過機載裝置對大氣中的各項可測指標數據進行記錄之后，再對比正常狀態下的指標，若出現污染超標問題，能夠第一時間進行預警，尤其是在工業化程度較高的地區，可以利用遙感監測技術開展有效的監測工作；通過無人機采集大氣污染樣本，再將其帶回實驗室進行測定，可以對大氣污染中的各項指標進行更加清晰地分析。通過遙感監測，能夠對大氣污染防治過程進行動態監控，相關人員可以充分了解防治進度，避免出現瞞報現象，影響治理進度。

通過遙感衛星與地面信號接收設備的相互結合，可以將大氣污染情況進行成像處理，并將大氣中VOC氣體通過各種不同顏色表示其濃度及分布范圍，直觀的圖像便于治理人員根據污染分布范圍開展針對性的治理。與此同時，在遙感監測技術應用的過程中，相關人員能夠全天候監督大氣污染物排放情況。如預先在無人機上設定檢測空氣污染物濃度的標準值，如果在監測中發現污染物超標，無人機將會及時將超標情況向地面控制系統發送，以便相關人員快速控制工廠的污染排放問題，有效避免廢氣不處理就直接排放的現象發生。

遙感監測技術在大氣污染防治中的應用，主要是通過遙感監測技術采集數據，再根據相關參數制定相應的污染物分析報告，并以月度、季度為周期進行發布。在冬季重點防治時期，通過對可能會出現大量污染物的燃煤取暖區域進行重點檢測，可以檢測大氣污染濃度及顆粒物含量，每日總結大氣污染實際情況；還可以通過GPS對農業生產中的秸稈焚燒現象進行精準定位，進而為大氣環境污染防治提供充足的數據[3]。遙感監測技術在更加先進智能的聯網應用下，能夠在監測中自動生成3×3 km的監測網格，并在其中重點監測PM2.5物質，保障大氣污染治理更加合理有效。

3.2 立體監測技術

立體監測技術在大氣污染防治中表現出突出的全面性特征，通過車輛、飛機及地基等不同位置的大氣污染物情況監測，可以為不同層級的空氣污染情況制定更具針對性的治理措施。例如通過車載DOAS，對監測區域中的二氧化氮、二氧化硫等進行監測，并分析其時空分布特征；通過地基平臺等，對地面大氣污染物的實際排放情況加以顯示；利用機載平臺，能夠充分掌握VOCs的實際排放量，并通過柱濃度的方式將結果顯示出來。

利用立體監測技術，可以檢測霧霾的時空分布情況，一般選擇細粒子激光雷達進行監測，其主要原理為激光技術，在監測中能夠體現連續性、高分辨率及高精度等優勢特征，便于監測技術人員對流程范圍內的細粒子時空分布特征進行監測，從而精準判斷大氣污染程度、演變過程以及污染物的具體數值。

某城市在生態環境監測過程中，利用立體監測技術對監測區域的污染情況進行統計。結合監測結果發現，開展監測工作的次日就已經出現了大范圍的顆粒物分布情況，且在監測第4 d時，發現污染范圍出現了逐步擴大的現象。監測結果發現，API指數在較短時間內從60增長到111，污染程度為輕度；且在與地面距離0.2～0.9 km的范圍內，出現了0.5～0.8 km的消光系數，并且呈現出不斷擴大的趨勢；0.1～0.2之間的退偏比數值，進一步證明了當前區域屬于局部污染。

3.3 紅外吸收光譜技術

在大氣污染防治工作中，發現差異性物質在紅外光區中的選擇吸收特性存在一定的差異性，因此通過污染物對紅外光的實際吸收特征就能對其分子基團進行判斷，進而掌握當前污染物的實際種類。在生態環境監測技術的應用過程中，紅外吸收光譜技術的應用范圍相對較廣，這是由于其具有較為準確的數據獲取特征，因此在特定的環境中能夠對大氣污染狀況進行精準分析，全面發揮生態環境監測技術的優勢。

紅外吸收光譜技術在實際生態環境監測中的應用存在多種不同類型。以非分散的紅外吸收法為例，其能夠對大氣環境中的二氧化硫污染物進行精準檢驗。這是基于二氧化硫氣體在紅外光譜中6.82～9 μm范圍內具有鮮明的選擇吸收性，二氧化硫氣體能夠穿過具有7.3 μm的恒定波長紅外光，光通量衰減以及二氧化硫的實際濃度參數之間的比值為朗伯-比爾定律。通過非分散的紅外吸收監測技術對二氧化硫加以監測，應用范圍相對較廣，且便于對相關讀數進行記錄，也便于操作，唯一不足是如果大氣環境中的水蒸氣或含水量達到一定濃度，將會對監測結果產生一定影響。因此，在應用該技術對二氧化硫進行監測時需要對氣體進行除濕處理，且紅外吸收光譜監測技術存在預熱時間較長、濃度反應相對較慢等問題[4]。

通過光譜分析技術也能合理監測大氣環境中的臭氧濃度，相關人員可以利用紫外線吸收分光光度法，借助臭氧本身的吸收光譜對其進行監測檢驗；基于臭氧的光譜性質，對比所收集的光譜，進一步檢驗大氣環境中的臭氧濃度。

3.4 樣本計量監測技術

樣本計量監測技術是在以往的生態環境監測中較為傳統的技術之一，其主要監測大氣污染中的顆粒物。應用樣本計量監測技術，工作人員可以通過多種不同的儀器設備，對大氣環境樣本進行采樣，隨后通過過濾膜對大氣樣本進行過濾，篩除的固體顆粒樣本就是大氣環境中的顆粒狀污染物；隨后工作人員可以對該顆粒物進行檢驗分析，判斷其種類，并根據大氣樣本的實際取量計算其濃度參數。

對大氣污染物中的顆粒物進行監測，可以通過樣本計量監測中的重量法進行監測。工作人員使用天平稱重，對顆粒物的空氣濾膜重量進行采集，這一監測方式同樣也是環境空氣質量標準中細顆粒物監測中的標準方法。該監測方式的準確性相對較高，但是該技術需要使用人工方式進行監測，難以進行自動監測。工作人員也可以用微量振蕩天平技術對大氣污染中的顆粒物進行監測，通過固體振動頻率以及其與質量之間的關系，對顆粒物的實際重量進行測定。

微量振蕩天平監測技術在大氣環境污染防治中的應用優勢主要是能夠精準界定污染物的重量關系，但其可能會受到采集樣本揮發性及半揮發性的影響，使被監測物質出現一定程度的損耗，導致監測結果相較于實際數值可能會出現偏低的現象。

樣本計量監測技術中的碘量法同時也能夠對大氣中的二氧化硫含量進行監測。工作人員使用氨基磺酸銨的混合液吸收大氣樣本中的二氧化硫，并利用碘標準溶液對其進行滴定，進而形成更加有效的監測效果；通過對滴定量進行計算，再根據相關關系比對，可對大氣樣本中的二氧化硫實際濃度進行測定。應用碘量法對大氣污染中的二氧化硫進行監測，具有較廣的應用范圍，且監測精度相對較高，能夠充分適應不同監測環境。但該技術的監測周期相對較長，需要依靠工作人員豐富的監測經驗才能完成。

3.5 電化學檢測技術

電化學檢測技術通過對大氣污染物的化學性質進行判斷，從而對大氣污染情況進行監測。大氣環境中的各種污染物具有差異性的化學性質，工作人員通過相應的反應就能掌握大氣環境中的污染物種類，進而對其濃度進行判斷。在大氣污染治理中，應用電化學法主要是對二氧化硫及甲醛等氣態污染物進行監測[5]。

常見的是應用電化學法中的定電位電解法對二氧化硫進行監測，該法在煙氣中通過傳感器滲透膜將二氧化硫向滲透膜中進行傳遞，進而促使其向電解槽傳遞；基于恒定電位的工作電極狀態下，會產生明顯的氧化反應。通過定電位電解法監測固定污染源廢氣中的二氧化硫，能夠進行較大范圍的有效監測，降低監測誤差，且在現場就能實現對數據的讀取。

4 結語

當前，我國大氣污染較為嚴重，想要開展有效的防治工作，就需要充分應用生態環境監測技術對大氣中的污染物進行監測。相關人員通過各種不同的生態環境監測技術，可以對大氣中污染物的種類、參數及分布等進行統計和采集，從而有針對性地分析污染范圍及污染成因，以便開展有效的污染防治工作，保護大氣環境。