環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

摘要：目前國(guó)內(nèi)開展環(huán)境監(jiān)測(cè)的技術(shù)和方法逐漸豐富，同時(shí)手工監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸被空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)替代，自動(dòng)化空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為了主要的監(jiān)測(cè)方法，但自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)還存在很多弊端，如部分儀器受外界環(huán)境因素影響較大，監(jiān)測(cè)值不穩(wěn)定等。因此，為獲取更加穩(wěn)定、精確度高的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備，還需要從儀器性能、經(jīng)濟(jì)性等角度進(jìn)行完善。

關(guān)鍵詞：環(huán)境;空氣質(zhì)量;自動(dòng)監(jiān)測(cè);技術(shù)

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.100

Discussion on automatic monitoring technology of ambient air quality

Zhan Cheng

（Guangxi Academy of Communications Sciences Limited，Nanning Guangxi 530007，China）

Abstract：At present， the technology and methods of environmental monitoring are gradually enriched in China. Meanwhile， manual monitoring technology is gradually replaced by automatic air monitoring system. Automatic air quality monitoring has become the main monitoring method. However， there are still many disadvantages in automatic monitoring technology， such as some instruments are greatly affected by external environmental factors and monitoring values are unstable. Therefore， in order to obtain more stable and accurate monitoring technology and equipment， it is necessary to improve the performance and economy of the instrument.

Key words：Environment;Air quality;Automatic monitoring;Technology

當(dāng)前環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法可分為手工監(jiān)測(cè)以及自動(dòng)監(jiān)測(cè)，手工監(jiān)測(cè)是利用大氣采樣器完成大氣樣品的采集，然后將其送至實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)分析獲得結(jié)果，但手工監(jiān)測(cè)無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)性監(jiān)測(cè)，而且工作量大;而空氣連續(xù)監(jiān)測(cè)是一種自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)進(jìn)而可以確保設(shè)備完成實(shí)時(shí)準(zhǔn)確運(yùn)行。利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，具有靈敏度高、易于操作、準(zhǔn)確性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于很多一線城市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)中。

1 氣體物質(zhì)監(jiān)測(cè)

對(duì)城市環(huán)境中的氣體污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目前有長(zhǎng)光程空氣監(jiān)測(cè)和點(diǎn)式空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩種方法，其中前者是采用光學(xué)差分吸收的方法，將氣體分子按照各自特點(diǎn)，完成波長(zhǎng)的吸收，能夠從發(fā)射端發(fā)射光收集環(huán)境到達(dá)接收端，測(cè)定這種光束光程過程中的空氣污染程度[1];而后者是在固定的位置采用系統(tǒng)通過將空氣納入并完成污染物濃度監(jiān)測(cè)。利用這兩種監(jiān)測(cè)方法與手工氣體污染物監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行比較：從采樣空間范圍來看，手動(dòng)以及點(diǎn)式監(jiān)測(cè)能對(duì)采樣口狹小范圍中的空氣檢測(cè)，而長(zhǎng)光程自動(dòng)檢測(cè)是對(duì)某一光程且其長(zhǎng)度為100m的氣體，將其作為采集樣品。相比手動(dòng)以及點(diǎn)式監(jiān)測(cè)來說，其采用線測(cè)量，監(jiān)測(cè)覆蓋面積大，運(yùn)行費(fèi)用低，耗材用量少，維護(hù)簡(jiǎn)便，是集光學(xué)遙感技術(shù)、光譜學(xué)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的設(shè)備，相對(duì)來說其更具有優(yōu)勢(shì)。因此，相對(duì)來看利用長(zhǎng)光程的檢測(cè)所獲取的樣本更能夠具有代表性。

從采樣時(shí)間上來看，采取手工監(jiān)測(cè)的方法能夠?qū)ξ找簹怏w實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)采樣，每天完成一個(gè)樣本的采集，但只能檢測(cè)到當(dāng)日的平均值;而采用長(zhǎng)光程的自動(dòng)監(jiān)測(cè)能夠分時(shí)段對(duì)不同氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，觀察到各時(shí)間段的濃度值以及日均值，能夠反映當(dāng)時(shí)氣體濃度的變化情況，但由于對(duì)不同氣體信息進(jìn)行輪流采樣，每天的采樣總時(shí)間較短，因而無法準(zhǔn)確反映日平均值。

從樣品分析情況上來看，采用手工監(jiān)測(cè)的方法，實(shí)際上是利用特定吸收液對(duì)某種氣體進(jìn)行特定吸收，利用手工方式進(jìn)行濃度檢測(cè)，這種方法會(huì)存在吸收液對(duì)氣體吸收不完全的問題。長(zhǎng)光程的自動(dòng)監(jiān)測(cè)主要是利用光學(xué)差分光譜法的原理[2]。由于不同氣體有相應(yīng)的吸收波長(zhǎng)特征，通過氣體的特征吸收進(jìn)而確定不同氣體的濃度，也能夠避免傳統(tǒng)采用手工監(jiān)測(cè)過程中，對(duì)于特征氣體不完全吸收的問題，但采用這種長(zhǎng)光程的濃度檢測(cè)能夠?qū)鈴?qiáng)變化，能見度的干擾需要進(jìn)行自動(dòng)修正。當(dāng)光度強(qiáng)度被大雨或者沙塵影響后會(huì)顯出衰減，而無法獲得足夠的光強(qiáng)信號(hào)，因此這種情況下無法能夠正常運(yùn)行儀器。采用點(diǎn)式空氣監(jiān)測(cè)儀能夠?qū)Σ煌臍怏w有相應(yīng)的分析儀以及采樣儀，比如采用紫色熒光儀測(cè)定二氧化硫，采用化學(xué)發(fā)光儀器可測(cè)定二氧化氮，氣體濾波紅外吸收也可測(cè)定一氧化碳，紫外光度計(jì)可進(jìn)行測(cè)定臭氧[3]。采集不同任務(wù)時(shí)有相應(yīng)的采樣設(shè)備，通過采樣儀對(duì)特定氣體進(jìn)行特定分析，能夠從樣品分析情況上采用點(diǎn)式空氣監(jiān)測(cè)進(jìn)而能夠避免傳統(tǒng)手工監(jiān)測(cè)過程中對(duì)特定氣體出現(xiàn)不完全吸收的問題，同時(shí)也能夠避免采用長(zhǎng)光程自動(dòng)監(jiān)測(cè)，在不良天氣狀況下使其無法正常運(yùn)行儀器的問題。從總體上，利用點(diǎn)式空氣監(jiān)測(cè)更具有優(yōu)勢(shì)，適用范圍廣。

2 固體顆粒物的監(jiān)測(cè)

根據(jù)不同的固體顆粒物及監(jiān)測(cè)，目前從監(jiān)測(cè)包括射線法以及微量振蕩天平法、手工法、重量法，使用不同的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其最終的結(jié)果需要與重量法進(jìn)行比較，只有當(dāng)結(jié)果符合相應(yīng)要求時(shí)才能夠投入使用。

具體來看，上述檢測(cè)方法均是對(duì)采樣口附近狹小范圍內(nèi)氣體完成采樣過程。為了能夠減少降溫中揮發(fā)性物質(zhì)的損失，在使用微量振蕩天平法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可以配置膜動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，能夠減少揮發(fā)性物質(zhì)的損失。利用射線法主要是利用射線衰減的理論，采用泵將環(huán)境空氣吸入到相應(yīng)的采樣管中，經(jīng)過濾膜排出使顆粒物附著在濾膜上。當(dāng)射線通過沉積的顆粒物濾膜時(shí)其能量會(huì)逐漸衰減，對(duì)衰減量進(jìn)行結(jié)算從而能夠計(jì)算并獲得顆粒物的物質(zhì)濃度，在測(cè)量中為能夠潛燒水器產(chǎn)生的干擾，需要進(jìn)行降溫但也會(huì)同樣出現(xiàn)會(huì)揮發(fā)性物質(zhì)的損失。因此，該射線檢測(cè)儀的采樣管可配置溫度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)裝置，確保測(cè)量氣流濕度處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)中，可以減少揮發(fā)性物質(zhì)的損失。除此之外，利用這種方法還存在標(biāo)準(zhǔn)傳遞問題。因此，其結(jié)果會(huì)存在一定的誤差，比較這兩種自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法來說射線法檢測(cè)成本低，而且后期維護(hù)保養(yǎng)量小，而微量震蕩天平法在維護(hù)保養(yǎng)中的工作量較大，而且在具體檢測(cè)過程中成本高，但由于配置了膜動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置能夠有效降低揮發(fā)性物質(zhì)的損失問題。

3 空氣質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

數(shù)據(jù)采集技術(shù)。傳統(tǒng)上使用的空氣監(jiān)測(cè)儀器較多，但并不是所有都能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)資料信息采集，比如早期的常規(guī)五參數(shù)儀，只能夠?qū)崿F(xiàn)模擬信號(hào)的輸出，比如PES38800主要是針對(duì)儀器模擬量進(jìn)行模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，該設(shè)備是基于微處理器的一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠用于輸模擬信號(hào)的采集、加工、儲(chǔ)存，通常是由微處理器以及多個(gè)可編程增益放大器、轉(zhuǎn)換器、記憶體、電源、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存電池等構(gòu)成的。EDSA是由軟件通過電話撥號(hào)的方式將數(shù)據(jù)傳送到控制中心。隨著新技術(shù)的發(fā)展，更多的子站逐漸開始進(jìn)行工控機(jī)的配置，開發(fā)了多種個(gè)性化的程序工控機(jī)[4]?，F(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)通常具有較強(qiáng)的振動(dòng)，存在干擾性強(qiáng)的電磁場(chǎng)等特點(diǎn)，由于通常情況下為連續(xù)作業(yè)，因此相比普通計(jì)算機(jī)（比如常規(guī)五參數(shù)儀中利用普通計(jì)算機(jī)，主要用于數(shù)據(jù)分析和顯示）來說，工控機(jī)需要具備以下特點(diǎn)：首先，具有較強(qiáng)的防塵，抗干擾能力，采用鋼結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)部有專用底板，有專用的電源，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)性工作，便于安裝?？諝庾詣?dòng)站數(shù)據(jù)采集可分為三種形式：首先ESC880儀器可以進(jìn)行模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，由中心平臺(tái)通過電話撥號(hào)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集;其次，利用工控機(jī)的軟件能夠借助儀器，比如RS232進(jìn)行儀器通訊協(xié)議發(fā)送并獲取數(shù)據(jù)，然后可以利用無線網(wǎng)或者寬帶加所涉及的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心;最后，可以利用工控機(jī)將ESC880所建造的模擬信號(hào)利用無線網(wǎng)和寬帶方式發(fā)送到控制中心。

自動(dòng)化質(zhì)控。從空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)市場(chǎng)來看，針對(duì)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)來說，日常質(zhì)量控制設(shè)備包括儀器的運(yùn)行維護(hù)，以及建立有效的數(shù)據(jù)審核機(jī)制，然而對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器來說在日常運(yùn)行維護(hù)中發(fā)生的故障以及波動(dòng)是導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的主要原因，因此作為維修人員來說，需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，需要負(fù)責(zé)設(shè)備的密度校準(zhǔn)以及故障排除。由于目前一周一次檢測(cè)頻率低，因此需要通過自動(dòng)化完成檢測(cè)細(xì)化，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化校準(zhǔn)首先需要打開閥門，完成設(shè)備的檢測(cè)，確定設(shè)備不漏氣再完成后續(xù)的檢測(cè)。

4 結(jié)語

目前針對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)存在自動(dòng)化檢測(cè)以及手動(dòng)監(jiān)測(cè)等多種方法，而相對(duì)來說自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備更能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)，能針對(duì)不同時(shí)段的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)一天內(nèi)的氣體濃度變化，但目前國(guó)內(nèi)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)還存在一些弊端，比如具體檢測(cè)過程中，在設(shè)備方面，精確度低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差，無法準(zhǔn)確反映日平均值等，在經(jīng)濟(jì)性方面，檢測(cè)成本高，后期維護(hù)量大，需要相關(guān)工作人員繼續(xù)深入研究。

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收稿日期：2019-05-04

作者簡(jiǎn)介：詹誠(chéng)（1984-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)。