PM2.5手工監(jiān)測與連續(xù)自動監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)比對分析

文_歐洪輝 中山市環(huán)境監(jiān)測站

2012年，我國針對這種污染情況頒布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準GB 3095-2012》，第一次指出 PM2.5并歸類到空氣質(zhì)量控制目標中。在當前的發(fā)展階段，國內(nèi)的環(huán)境空氣自動監(jiān)測站點一般都使用自動監(jiān)測儀器對PM2.5進行數(shù)據(jù)評估與監(jiān)測，并面向社會群眾發(fā)布監(jiān)測的結(jié)果與信息。由于PM2.5的組織結(jié)構(gòu)非常復雜，具有一定的特異性，且自動監(jiān)測儀器的技術(shù)原理存在多樣化的原因，導致在校準數(shù)據(jù)的精準度時具有非常高的難度。

1 手工監(jiān)測和連續(xù)在線自動監(jiān)測實驗方法

1.1 手工監(jiān)測和連續(xù)在線自動監(jiān)測技術(shù)原理

目前常規(guī)的顆粒物的數(shù)據(jù)監(jiān)測主要是通過手工監(jiān)測和連續(xù)在線自動監(jiān)測這兩種監(jiān)測手段完成。 手工監(jiān)測采用對定量體積的空氣進行采集，在采集的過程中將漂浮在空氣里的PM2.5物質(zhì)攔截到濾膜中，同時根據(jù)采集工作的前后流程的濾膜狀態(tài)評估PM2.5的具體濃度。根據(jù)重量差和采樣體積，計算出PM2.5濃度，該方法的主要優(yōu)勢是成本低、操作相對簡單。使用手工監(jiān)測方法來檢測PM2.5的濃度，是一項監(jiān)測基礎(chǔ)工作，可在質(zhì)控方面與自動監(jiān)測儀器進行實驗對比。連續(xù)自動監(jiān)測利用在線監(jiān)測儀器對空氣物質(zhì)開展連續(xù)收集樣品，在采集完后自動啟動分析計算功能對顆粒物污染濃度進行評估，目前最常見的監(jiān)測儀器原理包括β射線法與震蕩天平法等原理。使用連續(xù)自動監(jiān)測儀器的優(yōu)勢體現(xiàn)在操作方便、監(jiān)測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定、維修保養(yǎng)相對簡單等。

1.2 連續(xù)自動監(jiān)測儀器與手工監(jiān)測設(shè)備的試驗比較

本文將兩種監(jiān)測方式的監(jiān)測儀器和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較。該實驗中連續(xù)自動監(jiān)測方法共使用了3部分析儀器，包括2部先河XHPM2000E型顆粒物自動監(jiān)測儀器，1部熱電5030型顆粒物自動監(jiān)測儀器。這3部自動監(jiān)測儀器的技術(shù)原理均屬于β射線法，3部儀器的流量速率同時為16.67L/min。

采用手工監(jiān)測方式的監(jiān)測設(shè)備包括3部康姆德潤達小流量型的顆粒物采樣器：LVS型。3部采樣器的流量率同為16.67L/min，并設(shè)置自動換膜部件。采樣濾膜使用USA Waltman企業(yè)的Teflon PM2.5濾膜，相關(guān)的標準孔徑為2μm，材質(zhì)為PTFE， 整體的直徑為46.2mm。

1.3 樣品采集

兩種監(jiān)測方式所需要注意的方面包括：手工采樣時間范圍必須與連續(xù)自動監(jiān)測儀器的采樣周期保持一致，在采樣的過程中必須按照標準設(shè)置空白濾膜。試驗日期設(shè)置在2月13日到3月9日這一段時間之內(nèi)，總共25天，統(tǒng)計獲得有效的采樣數(shù)據(jù)共有150項。

1.4 采樣濾膜的處理和稱重水平

監(jiān)測儀器規(guī)定時間內(nèi)采集的樣品必須在 4℃以下進行冷藏保存，在采樣的前后將濾膜放置在溫度為20℃，濕度為 50% 的恒溫恒濕環(huán)境中存放，存放時間不少于24h，同時進行2次稱重，然后取平均值。在進行稱重工作的過程中同時要注意稱重濾膜在當前環(huán)境下的質(zhì)量管理。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 相同類型的監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)分析

針對連續(xù)自動監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)進行偏差評估，如表 1所示。通過表1的數(shù)據(jù)，可以得知利用手工監(jiān)測設(shè)備進行采集所得出的數(shù)據(jù)偏差基本能夠控制在10%以內(nèi)。

2.2 自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比較

在兩種監(jiān)測手段進行數(shù)據(jù)比較的過程中，需要分別使用3部自動監(jiān)測儀器與3部手工監(jiān)測儀器所得到的數(shù)據(jù)平均值展開分析，具體的數(shù)據(jù)如圖1所示。

在此次的試驗25天的測試過程中，優(yōu)良天數(shù)為5天，輕度和中度污染天數(shù)為12天，重度污染天數(shù)為8天。在不同污染程度的環(huán)境下，PM2.5手工監(jiān)測以及連續(xù)自動監(jiān)測方式所取得的數(shù)據(jù)都表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。兩者之間具體的數(shù)據(jù)誤差如圖 2所見。其中正誤差占比為16%，負誤差占比為84%。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示手工監(jiān)測大部分的數(shù)據(jù)值均超過自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)值。針對這種情況進行原因，一是由于自動監(jiān)測儀器在對揮發(fā)性成分監(jiān)測時，由于揮發(fā)性成分本身損失，在采集的過程中又未能及時進行有效系數(shù)補償；二是由于自動儀器、手工儀器以及系統(tǒng)的操作引起數(shù)據(jù)存在差

3 自動監(jiān)測與手工監(jiān)測的對比結(jié)論及建議

(1)過本次測試的結(jié)果可得： PM2.5手工監(jiān)測數(shù)據(jù)以及自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與不同的污染環(huán)境有較好的關(guān)聯(lián)。自動監(jiān)測所得數(shù)據(jù)能夠很好地為重污染天氣的預報預警、污染程度等評估工作提供相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支撐。

(2)同一品牌和相同型號的手工監(jiān)測儀器所得數(shù)據(jù)偏差能夠控制在12%的范圍內(nèi)，符合目前的監(jiān)測要求。不同品牌以及型號的自動監(jiān)測儀器，所得的數(shù)據(jù)會存在一定的差異。建議監(jiān)測工作中，要將不同的品牌和不同型號的自動監(jiān)測儀器設(shè)置在不同程度的天氣、污染環(huán)境中，進行差異對比工作，保障自動在線監(jiān)測儀器所得的數(shù)據(jù)具有相對可靠的數(shù)值。

4 結(jié)語

目前國際上大多采用手工監(jiān)測的方式與自動監(jiān)測儀器所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)開展比較，實現(xiàn)對連續(xù)自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行修正，以獲得更精準的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的科學性與有效性。