環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)探討

羅鴻初

摘 要：空氣質(zhì)量監(jiān)測是國家環(huán)境監(jiān)測管理的重要組成部分，對(duì)城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展有著重大的影響。結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從氣體物質(zhì)監(jiān)測和固體顆粒物監(jiān)測兩方面出發(fā)，重點(diǎn)探討了環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的比較，并提出相關(guān)意見，以供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境；空氣；質(zhì)量；監(jiān)測

中圖分類號(hào)：X84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0152-02

隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，人們的物質(zhì)文明生活也不斷提高，資源、環(huán)境和各種自然災(zāi)害等已逐漸成為人類在可持續(xù)發(fā)展中面臨的問題。其中，人們賴以生存的重要自然資源之一的大氣環(huán)境資源受到了嚴(yán)重的威脅和污染，這就對(duì)城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作提出了更高的要求。目前，環(huán)境空氣監(jiān)測方法主要包括手工監(jiān)測和自動(dòng)監(jiān)測兩種方法。傳統(tǒng)的手工監(jiān)測方法是采用大氣采樣器采集空氣樣品，再通過實(shí)驗(yàn)室分析得出監(jiān)測結(jié)果；而空氣自動(dòng)監(jiān)測方法則是一套全自動(dòng)的無人值守的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，工作人員只需要進(jìn)行日常的操作和維護(hù)便可運(yùn)作。本文重點(diǎn)比較了自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和手工監(jiān)測方法，希望對(duì)加強(qiáng)大氣環(huán)境的保護(hù)有所幫助。

1 對(duì)氣體物質(zhì)監(jiān)測方法的比較

氣體物質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)分為長光程空氣和點(diǎn)式空氣自動(dòng)監(jiān)測兩種系統(tǒng)。長光程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用光學(xué)差分吸收光譜法，利用氣體分子各自的特征吸收波長，采用從發(fā)射端發(fā)射光束經(jīng)開放環(huán)境到接收端的方法，來測定該光束光程上平均空氣污染物濃度；點(diǎn)式空氣自動(dòng)監(jiān)測方法是在固定點(diǎn)上通過采樣系統(tǒng)將環(huán)境空氣采入，并測定空氣污染物濃度的監(jiān)測分析方法?，F(xiàn)對(duì)這兩種自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和手工監(jiān)測方法進(jìn)行比較。

1.1 采樣過程比較

1.1.1 從采樣的空間范圍分析

長光程自動(dòng)監(jiān)測儀是以采集一段光程（規(guī)定不低于100 m）內(nèi)的氣體作為樣品，因此，長光程自動(dòng)監(jiān)測儀的采集樣本更能代表這一地帶氣體濃度的平均值。

點(diǎn)式空氣自動(dòng)監(jiān)測儀和手工監(jiān)測均是采集采樣口附近狹小范圍內(nèi)的空氣。

1.1.2 從采樣的時(shí)間分析

手工監(jiān)測方法是通過吸收液對(duì)氣體24 h連續(xù)不間斷的采樣，每天采集一個(gè)樣品，只能監(jiān)測到該日的日均值。

長光程空氣自動(dòng)監(jiān)測儀是分時(shí)段對(duì)幾種氣體的輪流采樣，能夠監(jiān)測到各時(shí)段的濃度均值和日均值，反映出該日的濃度變化趨勢。但是，由于是由一個(gè)儀器對(duì)幾種氣體的輪流采樣，因此每天對(duì)每種氣體的采樣總時(shí)間很短，不能更好地反映日均值。

點(diǎn)式空氣自動(dòng)監(jiān)測儀對(duì)每種氣體都有各自的采樣儀和分析儀，這就滿足了對(duì)每種氣體進(jìn)行分時(shí)段的連續(xù)采樣，保證了總采樣時(shí)間能夠監(jiān)測到各個(gè)時(shí)段的濃度均值，反映出一天的濃度變化趨勢，還能更好地反映日均值。

1.2 從樣品分析過程比較

手工分析方法采用特定的吸收液吸收特定氣體，然后采用分光光度法測定，但該方法可能存在吸收液吸收氣體不完全的弊端。

長光程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用光學(xué)差分吸收光譜法，利用氣體分子各自的特征吸收波長，通過對(duì)其特征吸收確定濃度。這種方法雖然避免了手工監(jiān)測方法對(duì)特征氣體吸收不完全的弊端，但是對(duì)自然光強(qiáng)的變化和影響能見度的雨、霧、塵、雪的干擾，在一定程度上要作自動(dòng)修正，當(dāng)光強(qiáng)被大雨、濃霧或沙塵大幅度衰減，而使接收端得不到足夠的光強(qiáng)信號(hào)時(shí)，儀器就無法正常運(yùn)行。

點(diǎn)式空氣自動(dòng)監(jiān)測儀對(duì)每種氣體都有各自的采樣儀和分析儀，紫外熒光儀測定SO2，化學(xué)發(fā)光儀測定NO2，氣體濾波相關(guān)紅外吸收儀測定CO，紫外光度儀測定O3，每種分析儀都配備單獨(dú)的采樣設(shè)備，然后通過采樣儀吸收特定氣體到特定的分析儀內(nèi)進(jìn)行分析。因此，從樣品分析過程來看，點(diǎn)式空氣自動(dòng)監(jiān)測儀既避免了手工監(jiān)測方法吸收液對(duì)特定氣體吸收不完全的弊端，又解決了長光程自動(dòng)監(jiān)測儀在大雨、濃霧或沙塵天氣光信號(hào)低導(dǎo)致儀器無法正常運(yùn)行的問題。

2 對(duì)固體顆粒物監(jiān)測方法的比較

按照對(duì)固體顆粒物的監(jiān)測分析方法，自動(dòng)監(jiān)測方法有TEOM微量振蕩天平法和Beta射線法，手工監(jiān)測方法即為重量法。使用兩種自動(dòng)監(jiān)測方法的監(jiān)測儀監(jiān)測結(jié)果都要與重量法的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)的結(jié)果符合要求才可投入使用。

2.1 從采樣過程比較

2.1.1 從采樣的空間范圍分析

三種監(jiān)測方法均是對(duì)采樣口附近狹小范圍的氣體采樣。

2.1.2 從采樣時(shí)間及連續(xù)性分析

手工監(jiān)測方法通常是以恒速24 h連續(xù)抽取定量體積的空氣，使其通過具有PM10或PM2.5切割特性的采樣器，PM10和PM2.5被收集在各自濾膜上，對(duì)日常的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，手工監(jiān)測方法一般不采用間斷采樣或隔時(shí)段采樣。該采樣方法能夠保證一天的總采樣時(shí)間，從而保證了日均值的準(zhǔn)確性。

TEOM微量振蕩天平法和Beta射線法均是隔時(shí)段采樣，即“采樣→分析→采樣→分析”這樣的循環(huán)過程，在每小時(shí)內(nèi)一部分時(shí)間是采樣時(shí)間，另一部分是樣品的分析時(shí)間。這兩種自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)每天的總采樣時(shí)間小于24 h，與手工監(jiān)測方法相比，不能更好地反映日均值，但可以出具時(shí)均值，能夠反映出該日顆粒物濃度的變化趨勢。

2.2 從分析過程比較

2.2.1 手工監(jiān)測方法

手工監(jiān)測方法是重量法，即根據(jù)采樣前后的重量差來計(jì)算顆粒物的濃度。手工監(jiān)測方法的濾膜在采樣前后只需進(jìn)行恒溫干燥即可測量，揮發(fā)性物質(zhì)損失極其微小。

2.2.2 TEOM微量振蕩天平法

TEOM微量振蕩天平法是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個(gè)振蕩空心錐形管，在空心錐形管振蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特性和它的質(zhì)量。通過振蕩頻率變化，來計(jì)算出濾膜上顆粒物質(zhì)量。在測量過程中，為了消除水汽的影響，需要加溫，但加溫過程會(huì)造成顆粒物中揮發(fā)性物質(zhì)的損失，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了減少加溫過程造成揮發(fā)性物質(zhì)的損失，TEOM微量振蕩天平法監(jiān)測儀器可配置膜動(dòng)態(tài)測量裝置，從而最大限度地減少揮發(fā)損失。

2.2.3 Beta射線法

Beta射線法則是利用Beta射線衰減的原理，環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管，經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當(dāng)β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時(shí)，Beta射線的能量衰減，通過對(duì)衰減量的測定，計(jì)算出顆粒物的濃度。同樣，在測量過程中，為了消除水汽的影響，需要加溫，加溫過程會(huì)造成顆粒物中揮發(fā)性物質(zhì)的損失。對(duì)此，可在Beta射線監(jiān)測儀的采樣管配置溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整裝置，能夠保持受測量氣流的濕度相對(duì)穩(wěn)定在核定測量水平，可以減少揮發(fā)損失的影響。此外，該方法存在標(biāo)準(zhǔn)傳遞的問題，難免會(huì)造成一定的誤差。

就兩種自動(dòng)監(jiān)測方法比較而言，Beta射線監(jiān)測儀具有價(jià)格低、維護(hù)工作量小的優(yōu)點(diǎn)；TEOM微量振蕩天平法維護(hù)工作量較大、成本較高，但配置了膜動(dòng)態(tài)測量裝置，可以更好地解決揮發(fā)性損失的問題。

3 結(jié)束語

通過比較空氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和手工監(jiān)測方法可知，自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)更為自動(dòng)化，可以提供更多時(shí)段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，但仍需要解決以下幾個(gè)問題：①長光程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)氣體的分析存在采樣時(shí)間短的問題，無法反映日均值；②點(diǎn)式空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的采樣僅是對(duì)采樣口附近狹小范圍內(nèi)的采樣，且樣品缺乏代表性；③TEOM微量振蕩天平法需要頻繁更換動(dòng)態(tài)膜，維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)工作量較大，且成本較高；④TEOM微量振蕩天平法存在標(biāo)準(zhǔn)傳遞的問題，要解決因標(biāo)準(zhǔn)傳遞帶來的偏差。

參考文獻(xiàn)

[1]宋濤.淺論環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的日常維護(hù)[J].綠色科技，2012（11）.

[2]張大鵬.空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測與手工監(jiān)測方法的對(duì)比分析[J].科學(xué)時(shí)代·下半月，2013（01）.

〔編輯：李玨〕