淺談環(huán)境空氣自動監(jiān)測質(zhì)量體系的建立

周雪玲

（廣東省佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山528000）

1 引言

環(huán)境空氣質(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)是由采樣系統(tǒng)、監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)通訊、計算機、系統(tǒng)管理及操作人員等多個環(huán)節(jié)構(gòu)成，系統(tǒng)中無論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將影響整個系統(tǒng)的正?？煽窟\行，且系統(tǒng)是無人值守連續(xù)自動運行，維護管理周期一般較長，運行期間出現(xiàn)的問題有時不能及時發(fā)現(xiàn)，所以必須通過系統(tǒng)質(zhì)量體系的建立，形成有效的組織架構(gòu)，從而對系統(tǒng)所有的監(jiān)測和校準過程執(zhí)行嚴格的質(zhì)量控制，對整個系統(tǒng)實施全面的質(zhì)量保證［1］。此外，在建立日常質(zhì)量控制和質(zhì)量保證體系前提下，還應(yīng)建立常態(tài)的質(zhì)量核查體系，定期開展針對轄區(qū)內(nèi)所有子站的質(zhì)量檢查，該工作可配合國家每年開展的環(huán)境空氣質(zhì)量專項檢查進行。本文以佛山市為例，探討了環(huán)境空氣自動監(jiān)測質(zhì)量體系的建立，并結(jié)合佛山市近兩年來開展質(zhì)量核查工作中的經(jīng)驗對一些常見問題進行了分析，以期為環(huán)境空氣自動監(jiān)測體系運行提供一定的參考。

2 環(huán)境空氣自動監(jiān)測質(zhì)量體系的建立

2.1 組織架構(gòu)

截至2015年7月，佛山市已建成環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站39個，針對大氣自動監(jiān)測子站數(shù)量多分布廣泛的特點，自2013年開始全市實施分級質(zhì)量管理體系，國控以上子站由市站逐步收歸管理，各區(qū)對其他子站實施管理并接受市站質(zhì)量監(jiān)督。同時，市站直接介入第三方運營的監(jiān)督管理，通過專人跟進問題的方式確保子站的運行管理始終處于有效體系范圍內(nèi)。通過外聘等方式，還補充第三方運營經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員，通過以老帶新的方式，重新鞏固市站監(jiān)督人員在大氣監(jiān)測子站現(xiàn)場維護方面的技術(shù)，為大氣子站現(xiàn)場問題排查解決、質(zhì)量控制和保證實驗、子站基礎(chǔ)建設(shè)等方面提供了重要技術(shù)保障。通過人員調(diào)整，在環(huán)境空氣自動監(jiān)測方面形成了完整的子站現(xiàn)場、數(shù)據(jù)審核統(tǒng)計、質(zhì)量控制和保證、數(shù)據(jù)分析研究等4組技術(shù)分工，完善了質(zhì)量體系的組織架構(gòu)。市站所有技術(shù)人員均持證上崗，上崗證覆蓋SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等6項空氣質(zhì)量自動監(jiān)測內(nèi)容。

2.2 質(zhì)量控制

質(zhì)量控制是指為了達到質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術(shù)和活動，其目的在于通過監(jiān)視質(zhì)量形成過程，消除質(zhì)量環(huán)上所有階段引起不合格或不滿意效果的因素［2］。參考珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)要求［3］，佛山市質(zhì)量控制體系涵蓋零/跨檢查及校準、精度檢查、多點校準、顆粒物流量和質(zhì)量校準、數(shù)據(jù)審核及日常維護等方面。

2.2.1 零點/跨度檢查及校準

定期的零點/跨度檢查可用于評價當前分析儀的飄移，提高測量的準確度，使分析儀的飄移在可接受的范圍內(nèi)。零點/跨度檢查及校準的一般程序是先用零氣檢查分析儀，然后用標準氣在分析儀量程70%～90%濃度范圍檢查，記錄分析儀穩(wěn)定的零點/跨度響應(yīng)，當儀器響應(yīng)值超出一定范圍時，對分析儀進行校準，否則一般不進行調(diào)整。目前，佛山市所有環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站的零點/跨度檢查均實現(xiàn)了每周至少進行1次，除部分子站的個別氣體分析儀器因型號與動態(tài)校準儀不同而需手工進行零點/跨度檢查，其余大部分子站均能通過軟件添加自動質(zhì)控任務(wù)完成。日常運維人員在每周對子站的巡檢工作中對自動質(zhì)控不合格的任務(wù)進行分析，若不合格系儀器出現(xiàn)故障造成的，現(xiàn)場維修好儀器后再手動執(zhí)行質(zhì)控任務(wù)，以保證每周零點/跨度檢查結(jié)果的合格。

2.2.2 精度檢查

定期的精度檢查，可確定個別設(shè)備和整個監(jiān)測系統(tǒng)的精度，表征了由于設(shè)備和環(huán)境差異引起的數(shù)據(jù)可變性。對于SO2、NO2和O3分析儀，量程為500ppb，推薦精度檢查濃度值為80ppb～100ppb；對于CO分析儀，量程為20×10－6，推薦精度檢查濃度值為3.2×10－6～4×10－6。若精度檢查結(jié)果超出±15%，則建議檢查精度檢查裝置的步驟、連接和設(shè)置。若偏差超過±20%，則應(yīng)進行調(diào)查。目前，佛山市所有環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站的精度檢查工作至少每隔兩周進行1次，與零點/跨度檢查一樣，一般均通過軟件添加自動任務(wù)完成，出現(xiàn)精度檢查不合格的情況處理也同上。

2.2.3 多點校準

多點校準建立了實際污染物濃度輸入和分析儀響應(yīng)之間的量化關(guān)系，可檢查分析儀的線性，一般每半年進行1次，手動操作完成。多點校準應(yīng)包含6個或以上的測試濃度（建議為滿量程0、10%、30%、50%、70%和90%濃度值），以最小二乘法擬合校準曲線，相關(guān)系數(shù)應(yīng)≥0.999、0.99≤斜率≤1.01，截距＜滿量程±1% 若超出上述標準，應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)試。在日常運行過程中，只要儀器進行了遷移、重要部件進行過更換（如紫外燈、光電倍增管、制冷裝置、轉(zhuǎn)換爐和光源等）以及其他經(jīng)過任何可能影響氣體分析儀線性的大修后，都應(yīng)重新進行多點校準。

2.2.4 顆粒物監(jiān)測儀流量和質(zhì)量校準

對于顆粒物（PM10、PM2.5）分析儀，質(zhì)量控制主要包括流量和質(zhì)量校準兩方面。目前，佛山市在用的顆粒物分析儀主要采用β射線法，流量校準頻率一般為每季度1次，使用經(jīng)中國測試技術(shù)研究院檢定合格的BIOS標準流量計進行流量檢查，若相對誤差超出±2%則進行校準，流量校準的同時利用經(jīng)廣東省計量院檢定的數(shù)字溫濕度計和智能大氣壓力計，同步進行環(huán)境溫度及大氣壓力的校準。質(zhì)量標準校準即對質(zhì)量傳感器的校準，使用一套可追溯的校準質(zhì)量箔進行零點及跨度質(zhì)量校準，校準頻率一般為每半年一次，誤差應(yīng)不超出制造商額定值的±5%。在日常運行過程中，對采樣頭及采樣管路清洗后，一般都應(yīng)重新做流量校準。

2.2.5 數(shù)據(jù)審核

目前，佛山市所有國控空氣子站均已安裝了國家環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)化質(zhì)控系統(tǒng)，并納入國家城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)，6項常規(guī)污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)均實現(xiàn)了在線審核，并同步報送給國家總站及省站，技術(shù)人員按權(quán)限在該質(zhì)控系統(tǒng)開展質(zhì)量控制審核、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)維護等工作。佛山市在用的數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)化質(zhì)控系統(tǒng)額外增加開發(fā)了對市控及鎮(zhèn)街空氣子站的數(shù)據(jù)傳輸及在線審核功能，目前，由區(qū)站人員對所屬的市控及鎮(zhèn)街空氣子站進行在線數(shù)據(jù)審核。

2.2.6 日常維護

在子站日常巡檢中，還應(yīng)做好以下日常維護措施，保證各儀器設(shè)備的正常和有效運行。

（1）鋼瓶標準氣的檢查：通過與上一周巡檢表中記錄的各鋼瓶氣壓力讀數(shù)對比，查看是否出現(xiàn)突然的壓力下降，因為任何異常的壓力下降表明管路或儀器某處發(fā)生了泄漏。若出現(xiàn)該情況，應(yīng)進行全面的泄漏檢查，盡快發(fā)現(xiàn)和糾正泄漏。

（2）更換零氣發(fā)生器的氧化劑和活性炭：由于API的701型零氣發(fā)生器的氧化劑、活性炭容量較小，日常運維中一般每3個月更換一次，TE的111型容量相對較大，可適當延長更換時限，但一般不超過一年，在實際工作中，可結(jié)合氧化劑的變色情況、零氣使用情況及分析儀零點值的響應(yīng)值判斷，及時更換。

（3）更換氣體過濾膜：每周巡檢時均應(yīng)對各氣體分析儀的氣體過濾膜進行更換，保證樣氣的清潔。

（4）清洗采樣頭和采樣管路：一般每3個月對顆粒物采樣頭和切割器進行清洗，每年對采樣總管和采樣管路進行清洗，但應(yīng)根據(jù)子站周邊環(huán)境狀況，定期檢查采樣頭及切割器積灰情況，而不限定于3個月1次的清洗頻率。

（5）控制站房環(huán)境溫度的恒定：冬夏季節(jié)，應(yīng)格外注意子站室內(nèi)外溫差，若溫差較大采樣管路容易出現(xiàn)冷凝水，因此應(yīng)適時調(diào)整空調(diào)設(shè)定溫度，并對采樣總管加裝保溫套，防止冷凝現(xiàn)象。

2.3 質(zhì)量保證

質(zhì)量保證是指為了提供足夠的信任表明系統(tǒng)能夠滿足質(zhì)量要求，而在系統(tǒng)中實施的全部有計劃和有系統(tǒng)的活動，其目的在于提供可滿足監(jiān)測目的且合乎質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)、將由于儀器故障及各種干擾影響導致數(shù)據(jù)的損失降至最低和確保系統(tǒng)提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)有效、準確、可靠、可比［1］。參考珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)要求［3］，佛山市質(zhì)量保證體系主要包括臭氧標準傳遞認證及流量傳遞認證兩方面，具體工作關(guān)系如圖1所示。

2.3.1 臭氧標準認證

佛山市臭氧標準傳遞認證共分三級，分別是空氣子站現(xiàn)場動態(tài)校準儀對臭氧分析儀進行的第一級校準、市站臭氧校準儀（49ips）對各空氣子站動態(tài)校準儀中臭氧發(fā)生器的第二級傳遞（順德區(qū)屬子站除外）、省站臭氧標準參考光度計（SRP 49）對市站臭氧校準儀（49ips）的第三級傳遞。該工作每年至少進行1次，由市站質(zhì)量管理實驗室統(tǒng)一對認證合格的動態(tài)校準儀出具相關(guān)認證報告和標簽。若動態(tài)校準儀的流量重新進行過校準或?qū)χ匾考M行過維修更換，則應(yīng)對臭氧標準重新認證。

2.3.2 流量傳遞認證

佛山市流量標準傳遞認證是一種兩級方式的傳遞過程，第一級傳遞是用于現(xiàn)場校準的BIOS標準流量計送至國家計量部門，利用一級標準流量測量裝置進行校準標定，第二級傳遞是用經(jīng)過一級標準標定過的傳遞標準對各空氣子站的動態(tài)校準儀質(zhì)量流量控制器（MFC）進行校準標定。第二級傳遞工作在市站質(zhì)量管理實驗室進行，每年至少進行1次，對認證合格的設(shè)備，由市站出具相關(guān)認證報告和標簽。在日常工作中，臭氧標準認證及流量傳遞連續(xù)進行，先對動態(tài)校準儀的大、小流量計分別進行傳遞認證后，再進行為期6d的臭氧標準認證。

2.4 質(zhì)量核查

建立常態(tài)的質(zhì)量核查體系，定期開展針對轄區(qū)內(nèi)所有空氣子站的質(zhì)量檢查，確認各空氣子站的運行是否符合相關(guān)規(guī)范要求，也是佛山市環(huán)境空氣自動監(jiān)測質(zhì)量體系的重要組成部分，該工作可配合國家每年開展的環(huán)境空氣質(zhì)量專項檢查進行。

2.4.1 核查的主要內(nèi)容

參照國家環(huán)境空氣質(zhì)量專項檢查的相關(guān)要點，佛山市質(zhì)量核查的主要內(nèi)容包括站房情況、采樣系統(tǒng)的規(guī)范性、測試的準確性、數(shù)據(jù)比對、監(jiān)測檔案的完整性，具體要求如下。

（1）站房情況。各空氣子站均應(yīng)配備溫濕度計，站房環(huán)境溫度應(yīng)滿足25±5℃、濕度在80%以下；站房應(yīng)無漏雨，站房底層應(yīng)高于支撐樓面，應(yīng)安裝有避雷針接地、電源防雷、網(wǎng)絡(luò)防雷等設(shè)施，儀器用電需配有穩(wěn)壓器。

（2）采樣系統(tǒng)的規(guī)范性。各采樣口距地面的高度應(yīng)在3～25m范圍，周圍水平面應(yīng)有270°以上的捕集空間（若一邊靠近建筑物，至少應(yīng)有180°以上），50m范圍內(nèi)無明顯污染源。

氣體采樣管路應(yīng)滿足以下要求：采樣總管應(yīng)選用聚四氟乙烯或硼硅酸鹽玻璃材料，采樣支管須選用聚四氟乙烯材料；采樣總管應(yīng)豎直安裝，采樣口到站房頂部垂直距離應(yīng)大于1m，內(nèi)徑1.5cm～15cm，各支管接頭間距大于8cm；采樣總管配備加熱裝置，加熱溫度控制在30～50℃，避免被空調(diào)直吹，室內(nèi)部分加裝保溫套；采樣支管應(yīng)插入采樣總管的中心，監(jiān)測儀器與支管接頭連接的管線長度應(yīng)小于3m；保證采樣頭、采樣管道的清潔，無積灰、積水或障礙物，采樣風機正常工作。

顆粒物采樣管路應(yīng)滿足以下條件：采樣口到站房頂部垂直距離大于1m且垂直接入儀器，室內(nèi)部分加裝保溫套并避免被空調(diào)直吹，采樣頭和切割器應(yīng)無積灰。

（3）測試的準確性。流量測試：利用BIOS標準流量計分別對氣態(tài)分析儀的采樣流量、顆粒物分析儀的采樣流量、動態(tài)校準儀的零氣和標氣流量進行準確性測試，相對誤差應(yīng)分別小于±10%、±5%、±5%。

濃度測試：利用SO2、NO、CO一級標準氣和臭氧校準儀分別對氣態(tài)污染物的響應(yīng)濃度、響應(yīng)時間進行測試，標氣通入采樣總管，由氣體分析儀直接從采樣總管中抽氣的方式，來檢查輸出濃度與儀器響應(yīng)濃度間的偏差，該偏差應(yīng)在±10%以內(nèi)。該測試可從整個氣路檢查系統(tǒng)運行的可靠性，在操作過程需提前關(guān)閉采樣風機，并用隔片切斷或塑料袋封裹采樣總管的下端。

（4）數(shù)據(jù)比對?，F(xiàn)場比對儀表的即時數(shù)據(jù)與數(shù)采儀采集數(shù)據(jù)是否一致，比對數(shù)采儀采集數(shù)據(jù)、中心站原始數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和上報國家數(shù)據(jù)是否一致。

（5）監(jiān)測檔案的完整性。檢查是否具備如下檔案或資料：每周巡檢記錄、用于校準的設(shè)備（如流量計、溫度計、大氣壓計等）的計量檢定證書、標準氣體證書（是否在有效期內(nèi)）、完整的零跨/精度/多點校準記錄、顆粒物流量/質(zhì)量/溫度/壓力校準記錄、動態(tài)校準儀臭氧傳遞和流量傳遞報告、顆粒物切割頭清潔及采樣管清潔記錄、設(shè)備維修記錄、耗品耗材更換記錄等。

2.4.2 日常質(zhì)量核查常見問題

結(jié)合近年來佛山市質(zhì)量核查的實際經(jīng)驗，對常見問題進行總結(jié)和分析。

（1）儀器響應(yīng)時間較長。在進行跨度測試時，部分子站的多個氣體分析儀都同時出現(xiàn)了儀器響應(yīng)濃度符合要求但響應(yīng)時間較長的現(xiàn)象（t90＞5min），這主要是由于運維人員在日常維護中，對儀器管路、反應(yīng)室等清洗不夠干凈造成的。因此，只要加大對儀器管路及反應(yīng)室的清洗頻率，并定期測試其響應(yīng)時間，一般能預(yù)防該問題產(chǎn)生，以確保儀器性能保持在最佳狀態(tài)。

（2）氣態(tài)或顆粒物分析儀采樣流量測試誤差大。對于氣態(tài)分析儀的采樣流量校準，由于沒有明確的校準頻率要求，運維人員在日常質(zhì)控工作中往往忽視了該校準工作，部分氣態(tài)分析儀在運行一段時間后就容易出現(xiàn)流量偏差增大問題。出現(xiàn)該問題后，在確認儀器流量計沒有出現(xiàn)故障的前提下，只要利用標準流量計對儀器流量進行重新校準即可，同時在日常質(zhì)控校準工作中，最好制定相關(guān)要求，要求運維人員定期校準。顆粒物分析儀采樣流量偏差大往往是由于運維人員在對流量進行校準時，未等流量計儀器數(shù)據(jù)完全穩(wěn)定就執(zhí)行了校準操作造成。在日常流量校準操作過程中，應(yīng)等待足夠長時間，待流量計儀器數(shù)據(jù)完全穩(wěn)定后再進行校準。

（3）動態(tài)校準儀標氣流量測試誤差大。根據(jù)實際質(zhì)量核查經(jīng)驗，多個子站出現(xiàn)了動態(tài)校準儀標氣流量誤差超出±5%，零氣流量誤差符合要求的情況，根據(jù)研究和分析，發(fā)現(xiàn)用于校準動態(tài)校準儀的標準流量計間本身誤差較大是出現(xiàn)該問題的重要影響因素。例如，在某子站現(xiàn)場，市站人員同時帶去了兩套型號相同的標準流量計對動態(tài)校準儀的標氣流量進行測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在測試50mL/min流量點時，流量計1測值為46.47mL/min，流量計2測值為50.50mL/min，相對誤差分別為7.61%、－0.99%，兩個流量計誤差達4.03mL/min，可見標準流量計間本身誤差較大已經(jīng)成為標氣流量檢查的重要制約因素。

（4）支管長度超3m。實際核查中發(fā)現(xiàn)，多個子站都出現(xiàn)了氣體分析儀與其支管接頭連接的管線長度超出3m，且往往出現(xiàn)在TE的儀器中，這主要是由于儀器配置的是外置電磁閥，支管先經(jīng)電磁閥再與分析儀連接，同時為線路美觀而內(nèi)藏線槽走線，故總支管長度極易超3m。若出現(xiàn)該問題，重新規(guī)劃線路的走向或縮短支管長度是主要解決方法。

（5）采樣口捕集空間不足。實際核查中發(fā)現(xiàn)，部分子站周邊樹木繁茂，與采樣管水平距離太近，不符合國家規(guī)范中“采樣管與周邊樹木水平距離大于兩者高度差的兩倍以上”的要求，該問題的出現(xiàn)往往是運維人員的忽視或不熟悉相關(guān)規(guī)范造成。因此，針對部分周邊樹木較多的子站，應(yīng)制定長期的的樹木定時修剪計劃，安排專人跟進和實施，防止采樣口捕集空間不足對采樣準確性的影響。

3 結(jié)語

在環(huán)境空氣自動監(jiān)測的日常工作中，只要出現(xiàn)細微的疏忽，都會造成監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差，因此必須建立完備的環(huán)境空氣自動監(jiān)測質(zhì)量體系來保證環(huán)境空氣自動監(jiān)測工作的有效實施。在實際工作中，我們應(yīng)在構(gòu)建合理的組織架構(gòu)前提下，以規(guī)范的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證制度為基礎(chǔ)，配合定期的質(zhì)量核查，把控好環(huán)境空氣自動監(jiān)測每個環(huán)節(jié)，不斷完善質(zhì)量體系，確保為政府管理部門提供準確、可靠的的空氣質(zhì)量信息。

［1］國家環(huán)境保護總局.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法［M］.第四版增補版.北京：中國環(huán)境科學出版社，2003.

［2］鐘流舉，袁 鶯，區(qū)宇波，等.區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量管理體系與標準操作程序［M］.廣州：廣東科技出版社，2013.

［3］廣東省環(huán)境保護監(jiān)測中心站.珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)QA/QC手冊［M］.廣州：廣東科技出版社，2007.

［4］倫偉明，鄺俊俠.廣州市空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量保證和質(zhì)量控制［J］.廣東科技，2008（180）：218～219.

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