淺談空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀與處理方法

廖乾邑,陳建文,李 亮,趙 昂

(1.四川省環(huán)境監(jiān)測中心站,成都 610041;2.中國環(huán)境監(jiān)測總站,北京 100012)

1 前 言

空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,因為它不僅能獲得大量、連續(xù)、完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來及時反映環(huán)境空氣質(zhì)量的動態(tài)變化,而且能夠預(yù)測空氣污染發(fā)展趨勢和加快應(yīng)急事件的控制過程[1,2]。但是做為無人值守的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng),也會因電路、光路、氣路的變化而產(chǎn)生零點漂移和跨度漂移,加上停電的干擾、氣候變化的影響、維護(hù)的情況等因素影響空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時會產(chǎn)生大量的異常數(shù)據(jù)。因此在數(shù)據(jù)的上報方面應(yīng)該根據(jù)實際情況,對監(jiān)測數(shù)據(jù)的審核和異常數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行分析。它是環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量保證工作的一個重要組成部分,更是為環(huán)境管理決策提供準(zhǔn)確、真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要保證[3,4]。

2 異常數(shù)據(jù)的判斷

2.1 可預(yù)知的異常監(jiān)測數(shù)據(jù)[5]

對于儀器校準(zhǔn)、維護(hù)、停電、儀器已知故障及排除故障期的數(shù)據(jù)、儀器重啟可視為可預(yù)知的異常監(jiān)測數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理過程中將其剔除。

2.2 不可預(yù)知的異常監(jiān)測數(shù)據(jù)

氣象變化、儀器性能不穩(wěn)定、儀器突發(fā)故障、采樣系統(tǒng)、輔助設(shè)施的故障等諸多因素均能夠?qū)е卤O(jiān)測數(shù)據(jù)的突變。

(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)在零值附近 (2ppb到 -2ppb)波動,超過 5小時;單個監(jiān)測子站的某項污染物濃度值出現(xiàn)一個、數(shù)個極高值。應(yīng)該有相應(yīng)氣象、外界影響(如污染源出現(xiàn)、或位置處于污染源下風(fēng)向)條件支持來判斷。

(2)監(jiān)測數(shù)據(jù)小時值為負(fù)數(shù)小于 -2ppb;監(jiān)測數(shù)據(jù)小時值連續(xù)出現(xiàn) 4個以上恒定值;監(jiān)測數(shù)據(jù)小時值在某一數(shù)據(jù)附近波動,相對偏差小于 5%,且持續(xù)時間超過 5小時。

(3)某一子站的某項污染物監(jiān)測數(shù)值離群明顯偏低;某一子站的某項污染物濃度變化趨勢與其他子站明顯不一致[6]。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀

通過對空氣自動監(jiān)測子站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得到,每年實時監(jiān)測的近萬個監(jiān)測數(shù)據(jù)中存在0.95%～3.18%的異常數(shù)據(jù)。其中以負(fù)值形式存在的異常數(shù)據(jù)占 38%左右,以零值附近波動形式存在的占 30%左右,以在某一數(shù)據(jù)附近波動形式存在的占 30%左右,數(shù)據(jù)突然升高形式存在的占 2%左右。其中工作人員基本能夠?qū)ω?fù)值形式、突然升高形式的數(shù)據(jù)做為異常數(shù)據(jù)判斷并進(jìn)行處理。但對于零值附近、某一數(shù)據(jù)附近波動的,甚至一直以某一固定值出現(xiàn)的數(shù)據(jù),只要沒有超過二級標(biāo)準(zhǔn),都沒有對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、作為異常數(shù)據(jù)剔除。

4 異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因分析

4.1 氣路因素

采樣頭受到遮擋、污染或長時間沒有清洗,采樣管路堵塞或引風(fēng)機(jī)的故障、閥板電磁閥不暢通等因素都可導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)值離群、較低、無變化。

4.2 分析儀的因素

4.2.1 SO2分析儀

SO2分析儀的采樣管道和限流孔受到空氣中灰塵的阻塞,內(nèi)置泵的泵膜受到灰塵污染,紫外燈或檢測器老化與損壞,光電元件受到灰塵污染等都能引起監(jiān)測值的突變。

4.2.2 NO2分析儀

NO2分析儀的采樣管道和限流孔受到空氣中灰塵的阻塞,外置泵的泵膜受到灰塵污染,光電倍增管室正常工作范圍是 0℃～3℃,儀器在使用過程中有時會出現(xiàn)光電倍增管室溫度超出范圍的現(xiàn)象,在鉬爐的轉(zhuǎn)化效率低于 96%時,會導(dǎo)致 NO2監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低從而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)異常值。

4.2.3 PM10監(jiān)測儀

采集氣路系統(tǒng)漏氣,導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果偏低;流量計受阻,采樣流量達(dá)不到預(yù)設(shè)的16.7L/min,使監(jiān)測值偏高;采樣濾膜帶斷裂,測量值會持續(xù)增大或恒定不變;走紙主動輪性能不穩(wěn)定,用力不均,使紙帶邊緣撕破,濾紙帶偏移計數(shù)器,數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)恒定不變值;當(dāng)外界氣候突變,如下雨時空氣濕度較大,加熱管不能完全分離水份,導(dǎo)致潮濕空氣中的水份吸附在濾膜上,在測量周期內(nèi)吸附在濾膜上的低沸點物質(zhì)、水份隨溫度的不斷上升而揮發(fā),會出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)值為負(fù)值或一直處于一個很低水平的監(jiān)測結(jié)果。

4.3 其他影響因素

(1)儀器與數(shù)據(jù)采集器的模擬輸出聯(lián)線松動會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集器顯示的監(jiān)測數(shù)值與實際測量不符,工控機(jī)死機(jī),會導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為一恒定值。

(2)供電系統(tǒng)不穩(wěn)定,斷電及斷電恢復(fù)后儀器預(yù)熱過程的監(jiān)測值一般為離群、異常監(jiān)測值。

5 異常數(shù)據(jù)的處理

對于異常數(shù)據(jù)應(yīng)做到及時的判斷,查找異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因,并進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)處理,如在剔除異常數(shù)據(jù)后的其他正常數(shù)據(jù)滿足規(guī)范規(guī)定(二氧化硫、氮氧化物 18小時,PM1012個小時)的數(shù)據(jù)小時數(shù),可以直接剔除異常數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,同時參看相同功能區(qū)的其他子站的數(shù)據(jù),在剔除異常數(shù)據(jù)后的其他正常數(shù)據(jù)不滿足規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)小時數(shù)可采用其他監(jiān)測手段、或參看相同功能區(qū)的其他子站的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)處理程序如下圖所示。

圖 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig. Flow diagram of data processing

6 結(jié) 論

無人值守的自動監(jiān)測系統(tǒng),因儀器維護(hù)周期較長,使一些儀器故障和外界因素的干擾不能及時排除,導(dǎo)致獲取一些異常監(jiān)測數(shù)據(jù),因此需要及時記錄大氣氣候條件的變化、對獲取的異常監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行正確地、有效地判斷處理,建立好儀器校準(zhǔn)、定期的零點和量程漂移檢查、異常監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理等數(shù)據(jù)質(zhì)量保證制度并使之真正得以落實,確保自動系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠,真正發(fā)揮自動監(jiān)測的作用;為環(huán)境管理提供科學(xué)的依據(jù)[7]。

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