大氣污染環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及治理研究

張俊杰，茅宇文，施佳倫

（崇明區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 202150）

引言

在人們環(huán)保意識不斷增強(qiáng)的背景下，應(yīng)用專業(yè)監(jiān)測技術(shù)對大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評估與鑒定，明確大氣污染化學(xué)、物理指標(biāo)，結(jié)合大氣污染程度以及氣體主要污染成分，制定具有針對性的污染治理對策，成為規(guī)避突發(fā)性污染風(fēng)險、優(yōu)化大氣環(huán)境、為人們營造高質(zhì)量生活空間的重要舉措。

1 監(jiān)測大氣環(huán)境污染的必要性

盡管《大氣環(huán)境氣象公報（2022年）》中的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，從整體上看，我國生態(tài)環(huán)境污染問題得到了遏制，但是受不利氣象條件的影響，部分地區(qū)仍會在冬季出現(xiàn)持續(xù)性霧霾、在夏季出現(xiàn)區(qū)域性臭氧污染、在春季持續(xù)出現(xiàn)沙塵等問題。上述問題的出現(xiàn)，給人們的正常生活工作造成了嚴(yán)重的影響。現(xiàn)階段，為盡可能降低氣候問題給人們身體健康造成的不利影響，通過開展大氣污染監(jiān)測工作的方式，在明確大氣環(huán)境污染物種類、濃度等信息的基礎(chǔ)上，找出導(dǎo)致污染物含量過多的原因，并制定具有針對性的污染防治策略，成為環(huán)境保護(hù)工作有效開展的關(guān)鍵任務(wù)之一。

2 大氣污染環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

在工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)的過程中，廢氣的年排放量在不斷增長，若不能及時對這一問題加以管控，那必然會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。現(xiàn)階段，面對上述問題，應(yīng)用合適的監(jiān)測技術(shù)對大氣污染情況進(jìn)行實時監(jiān)測，成為一項極為必要的工作。

2.1 無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)

無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)作為一種區(qū)別于傳統(tǒng)靜態(tài)監(jiān)測操作的動態(tài)監(jiān)測模式，有著整體靈活性、機(jī)動性、經(jīng)濟(jì)性都比較強(qiáng)，且運(yùn)行成本較低的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。現(xiàn)階段，應(yīng)用無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)對大氣環(huán)境污染問題加以管控，不僅可以使無人機(jī)搭載錄像設(shè)備，便于工作人員了解監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息，還可以將污染成分監(jiān)測傳感器納入監(jiān)測體系當(dāng)中，在傳感器測定監(jiān)測區(qū)域大氣污染物含量后，及時將數(shù)據(jù)信息傳輸至大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域大氣污染情況的動態(tài)監(jiān)測，滿足大氣污染治理工作對于污染數(shù)據(jù)的實際需要。在工作實踐中，將無人機(jī)監(jiān)測器與監(jiān)測平臺技術(shù)有機(jī)融合到一起，不僅可以打破傳統(tǒng)大氣環(huán)境污染監(jiān)測工作的局限性，擴(kuò)大大氣污染環(huán)境的監(jiān)測范圍，提高監(jiān)測工作效率，還能有效規(guī)避惡劣天氣、復(fù)雜地形等不利因素對環(huán)境監(jiān)測產(chǎn)生的影響。舉例來說，工作人員在監(jiān)測復(fù)雜地形區(qū)域大氣環(huán)境污染情況時，在無人機(jī)上安裝氣體監(jiān)測儀、探測系統(tǒng)等設(shè)備，實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域高空大氣中各類氣體濃度的有效監(jiān)測，無人機(jī)的主要使用場景與參數(shù)指標(biāo)如表1所示。同時借助信號傳輸技術(shù)，無人機(jī)可以將測得的氣體濃度信息及時傳輸?shù)教綔y系統(tǒng)監(jiān)測平臺當(dāng)中，由平臺自行開展數(shù)據(jù)信息的分析工作，為該地區(qū)大氣環(huán)境污染情況的精準(zhǔn)分析提供有效的支持[1]。

表1 無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用場景及監(jiān)測指標(biāo)

2.2 氣態(tài)物質(zhì)監(jiān)測技術(shù)

氣態(tài)物質(zhì)監(jiān)測技術(shù)是一種詳細(xì)分析大氣主要成分、各類物質(zhì)濃度的技術(shù)方法。在當(dāng)前大氣環(huán)境污染監(jiān)測治理工作中，氣態(tài)物質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以為工作人員提供更為準(zhǔn)確的污染信息，便于提高后續(xù)污染治理方案的針對性與可靠性。實際監(jiān)測工作中，工作人員可以結(jié)合監(jiān)測區(qū)域的實際情況，采用物理化學(xué)等技術(shù)手段，詳細(xì)分析組成大氣的各類氣態(tài)物質(zhì)，確定各物質(zhì)的具體濃度。

2.2.1 分光光度技術(shù)

分光光度技術(shù)是一種較為常見的氣體監(jiān)測技術(shù)，這一技術(shù)主要被應(yīng)用于氮氧化合物含量的測定和臭氧含量的測定工作中。具體來說，在應(yīng)用分光光度技術(shù)測量大氣中氮氧化合物含量時，工作人員可以以酸性高錳酸鉀溶液為主要測定試劑，可以將氣體通過氧化管使其成為二氧化氮，然后令二氧化碳與高錳酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng)，生成偶氮染料，最后利用波長為540納米的光波測定偶氮染料的吸光度，從而達(dá)到確定大氣中氮氧化合物含量的目的。同時，為測定樣品中的臭氧含量，可以以臭氧與藍(lán)色靛藍(lán)二磺酸鈉發(fā)生的褪色反應(yīng)為基礎(chǔ)，并在上述摩爾反應(yīng)完成后，將反應(yīng)后的溶液置于610 mm光波處，開展液體吸光度測試工作，則可以結(jié)合吸光度以及吸收液藍(lán)色減退情況，確定大氣中的臭氧濃度[2]。

2.2.2 紫外熒光監(jiān)測技術(shù)

紫外熒光監(jiān)測技術(shù)是一種主要監(jiān)測大氣中二氧化硫含量的技術(shù)方法。在實踐活動中可以利用相應(yīng)機(jī)器設(shè)備發(fā)射的紫外線照射大氣樣品，令大氣中的二氧化硫與紫外線發(fā)生熒光反應(yīng)，然后利用配套儀器設(shè)備，捕捉熒光反應(yīng)具體發(fā)生情況的方式，了解大氣樣本中二氧化硫的濃度以及大氣環(huán)境的污染情況。相較于其他氣態(tài)物質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，第一，紫外熒光監(jiān)測技術(shù)并不需要使用其他的化學(xué)藥劑或物理藥品，與其他適用多種化學(xué)藥劑的物質(zhì)測定反應(yīng)相比較，這一技術(shù)不僅實現(xiàn)了監(jiān)測成本的有效管控，還降低了其他反應(yīng)物對測定結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。第二，在應(yīng)用紫外熒光監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測大氣中二氧化硫含量時，僅需將樣品放置于相應(yīng)監(jiān)測設(shè)備當(dāng)中，即可實現(xiàn)二氧化硫濃度的自動化監(jiān)測，這在一定程度上實現(xiàn)了監(jiān)測成本的有效管控。

2.3 衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)是當(dāng)前較為常用的一種大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。在應(yīng)用這一技術(shù)時，可以先在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)設(shè)定不同的采樣點(diǎn)，然后從整體出發(fā)確定采樣站的具體位置，開展大氣環(huán)境污染情況的采樣分析工作。在實踐活動中，采樣站的布點(diǎn)方式包括網(wǎng)格布點(diǎn)法、扇形布點(diǎn)法、圓形布點(diǎn)法等。其中網(wǎng)格布點(diǎn)法是先將目標(biāo)區(qū)域分成若干個大小不等的網(wǎng)格，然后在兩個網(wǎng)格的交點(diǎn)處設(shè)置采樣點(diǎn)，實現(xiàn)對周邊網(wǎng)格區(qū)域的全方位監(jiān)測，網(wǎng)格布點(diǎn)法是提高監(jiān)測工作準(zhǔn)確性的技術(shù)方法。為了在盡可能減少采樣點(diǎn)設(shè)置數(shù)量的同時，提高監(jiān)測工作的全面性與可靠性，在設(shè)置采樣點(diǎn)時需要詳細(xì)分析目標(biāo)區(qū)域的地理條件、建筑密度、人口流動情況等信息，然后設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)，盡可能降低其他因素對大氣環(huán)境采樣工作質(zhì)量造成不利影響。

2.4 車載設(shè)備監(jiān)測技術(shù)

車載設(shè)備監(jiān)測技術(shù)是一種以車輛為載體，搭載大氣環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，利用車輛可自由移動的特性，完成某些區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測工作的技術(shù)方法。相較于其他環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，車載設(shè)備監(jiān)測技術(shù)有著應(yīng)用較為靈活、測定結(jié)果較為準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。具體來說，考慮到大氣環(huán)境中的某些污染物在氣候環(huán)境條件的影響下，可能會出現(xiàn)擴(kuò)散、漂移等問題，若將污染物測定設(shè)備始終放置于一個區(qū)域，那么測定結(jié)果的準(zhǔn)確性必然無法得到保證。此時應(yīng)用車載設(shè)備監(jiān)測技術(shù)，在監(jiān)測大氣環(huán)境污染的過程中，可以通過移動車載設(shè)備的方式，克服外界環(huán)境因素的干擾，提升監(jiān)測工作的動態(tài)性與可靠性。同時，在當(dāng)前的大氣環(huán)境監(jiān)測工作中，環(huán)境監(jiān)測設(shè)備可以被搭載在公共汽車、環(huán)保執(zhí)法車、出租車等車輛上，實現(xiàn)不同區(qū)域臭氧、一氧化碳、氮氧化合物、顆粒物等大氣污染物含量的動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)不同區(qū)域環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的有效完善，保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性[3]。

3 大氣污染治理手段

當(dāng)前，針對不同污染物的治理技術(shù)手段存在一定的差異，本文主要以揮發(fā)性有機(jī)化合物為研究對象介紹了治理這一污染物的具體手段。

3.1 電暈法

電暈法是一種先通過放電，生成氮氧化合物與臭氧，然后使反應(yīng)得到的物質(zhì)與污染物發(fā)生氧化反應(yīng)的技術(shù)方法。應(yīng)用電暈法治理揮發(fā)性有機(jī)化合物時，可以在常溫常壓條件下，先將發(fā)電機(jī)放置于介質(zhì)中，利用高壓脈沖電暈生成不平衡等離子體，將生成物與揮發(fā)性有機(jī)化合物放置于一處，使其轉(zhuǎn)化為無害成分，從而達(dá)到污染治理的目的。

3.2 熱破壞法

直接燃燒與催化燃燒是當(dāng)前大氣污染治理工作中較為常用的兩種熱破壞法。在利用這一方法處理大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物時，可以將揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、無機(jī)鹽等物質(zhì)，降低揮發(fā)性有機(jī)物在大氣中的濃度。需要注意的是，在熱破壞法實際應(yīng)用過程中是否應(yīng)用催化劑會對揮發(fā)性有機(jī)物的轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生直接的影響（如圖1所示），因此，為提高揮發(fā)性有機(jī)物的轉(zhuǎn)化效率，工作人員大多會應(yīng)用金屬鉛作為催化劑開展大氣污染治理工作。盡管金屬鉛的應(yīng)用會提高污染物的轉(zhuǎn)化效率，但由于這種污染治理方法的運(yùn)轉(zhuǎn)成本較高，因此這一技術(shù)方法并未得到廣泛推廣。

圖1 熱破壞法在不同情況下的揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化率

3.3 光分解法

光分解法是一種利用光源直接照射污染物，促使污染物分解成無害物質(zhì)的大氣環(huán)境污染治理技術(shù)。在應(yīng)用這一技術(shù)治理揮發(fā)性有機(jī)化合物時，分解得到的羥基會與化合物發(fā)生氧化反應(yīng)，生成水、二氧化碳、無機(jī)鹽等污染性較低的物質(zhì)。通過實踐調(diào)查可以了解到，相較于其他污染物治理技術(shù)，光分解法是一種污染物處理效率高、清潔可靠的技術(shù)方法，在人們對環(huán)境保護(hù)工作重視度不斷提升的當(dāng)下，這一技術(shù)方法具有大面積普及的價值。

3.4 超聲波解吸法

超聲波解吸法是一種以超聲波熱效應(yīng)為基礎(chǔ)，提高吸附劑吸附污染物的能力，減少大氣中污染物含量的技術(shù)方法。在應(yīng)用這一方法去除大氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物時，可以選擇聚合樹脂、活性炭等物質(zhì)作為吸附劑。通過實踐我們可以了解到，這一技術(shù)方法在應(yīng)用時有著污染物吸收速度快、反應(yīng)所需活化能較低的優(yōu)點(diǎn)。但在應(yīng)用這一方法處理沸點(diǎn)較高的化合物時，若出現(xiàn)大量化合物堵塞吸附劑孔隙的情況，那么不僅會降低吸附工作的效率，還會因大量更換吸附劑，導(dǎo)致吸附工作的成本有所提升。對此，在當(dāng)前的揮發(fā)性化合物處理工作中，超聲波解吸法經(jīng)常與焚燒法結(jié)合在一起，在提升污染物處理效率的同時，優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.5 低溫等離子—光催化法

低溫等離子—光催化法是一種新型的大氣污染治理技術(shù)，在氮氧化合物、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)化合物等污染物的治理工作中均取得了良好的成效。在實際應(yīng)用過程中，首先，這一技術(shù)方法能夠抑制污染物處理工作中副產(chǎn)物的生成，降低二次污染問題的出現(xiàn)概率。其次，這一技術(shù)方法使用時的能耗偏低，有著較高的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。最后，這一技術(shù)方法的操作較為簡單，且工藝較為穩(wěn)定。因此，在排放量較大、揮發(fā)性有機(jī)化合物含量偏高的工業(yè)廢氣處理工作中，低溫等離子—光催化法有著良好的應(yīng)用潛力。

4 優(yōu)化監(jiān)測與治理的方法

為達(dá)成“雙碳”目標(biāo)，實現(xiàn)對大氣環(huán)境質(zhì)量的有效管控，在實踐活動中不僅要應(yīng)用不同的監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域的全面覆蓋，還需要制定統(tǒng)一的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)與方法，提升監(jiān)測結(jié)果的可信度。現(xiàn)階段，為保障環(huán)境監(jiān)測工作的可靠性，工作人員可以以監(jiān)測區(qū)域具體大氣環(huán)境狀況為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建符合當(dāng)前環(huán)境治理工作需要的大氣污染環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，通過共享交換的方式，完成大氣污染數(shù)據(jù)的收集整合工作，確定監(jiān)測區(qū)域的空氣質(zhì)量、污染物排放情況、污染物濃度等多方面的指標(biāo)，實現(xiàn)大氣污染狀況與環(huán)境質(zhì)量的綜合評價。同時，為了在保證環(huán)保工作質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低大氣環(huán)境治理工作的難度，工作人員可以應(yīng)用地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等，實現(xiàn)對污染區(qū)域具體情況的動態(tài)分析，為環(huán)保工作的有序推進(jìn)打下堅實的基礎(chǔ)[4]。

5 結(jié)論

總而言之，在大氣環(huán)境污染情況受到人們廣泛關(guān)注的當(dāng)下，應(yīng)用現(xiàn)代化監(jiān)測治理手段開展大氣環(huán)境污染監(jiān)測治理工作，一方面可以使工作人員結(jié)合污染情況制定具有針對性的污染防治策略，降低大氣中污染物的含量，另一方面可以通過積極扶持具有綠色環(huán)保特性的新興產(chǎn)業(yè)，降低產(chǎn)業(yè)廢氣排放量的方式，實現(xiàn)大氣污染的源頭性管控。