手工監(jiān)測與自動設(shè)備監(jiān)測下PM2.5含量對比分析

魏靜 劉金圣

摘要：本文選取了幾個不同類型的對環(huán)境空氣顆粒物進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的儀器，通過獲得的檢測數(shù)據(jù)和手工方法監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并將數(shù)據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行分析。在從標(biāo)準(zhǔn)偏差、數(shù)據(jù)相關(guān)性、誤差相對值等幾個方面開展分析后，得出結(jié)論：同一類別的自動檢測設(shè)備監(jiān)測出的數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性，不同類型的自動監(jiān)測儀器監(jiān)測出的數(shù)據(jù)具有一定差異性。兩種方式監(jiān)測出的PM2.5含量監(jiān)測值具有一定規(guī)律性，手工監(jiān)測與自動設(shè)備監(jiān)測的數(shù)值在不同程度污染情況下具有相似的變化趨勢。這就表明，自動監(jiān)測設(shè)備對環(huán)境空氣顆粒物的監(jiān)測值較為可靠，可以利用監(jiān)測值為天氣變化趨勢進(jìn)行提前預(yù)警，為環(huán)境形勢變化提供數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：PM2.5;手工監(jiān)測;自動設(shè)備監(jiān)測

Abstract：This article selected several different types of instruments for continuous monitoring of ambient air particulate matter， and by compare of the obtained detection data with the data monitored by manual methods， and at the same time analyzed the results of the data comparison. After carrying out analysis from several aspects such as standard deviation， data correlation， relative error value，the conclusion was drawn： the data monitored by the same type of automatic detection equipment had good correlation， and the data monitored by different types of automatic monitoring instruments had certain differences.The PM2.5 content monitoring value monitored by the two methods had certain regularity， and the value monitored by manual monitoring and automatic equipment had similar trends under different levels of pollution. This showed that the automatic monitoring equipment was more reliable in monitoring the ambient air particulate matter， which could use the monitoring value to provide early warning of weather changes and to provide data support for changes in the environmental situation.

Key words： PM2.5;Manual monitoring;Automatic equipment monitoring

1 實驗背景

隨著大氣環(huán)境的不斷變化，顆粒物成為我國大多數(shù)地區(qū)的首要空氣污染物，城市大氣污染已經(jīng)由SO2氣態(tài)污染類型演變成以顆粒物和臭氧為主要成分的固氣混合污染類型，屬于典型的二次污染[1]。自新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》出臺以來，PM2.5便被納入空氣質(zhì)量控制范圍。PM2.5數(shù)據(jù)來源為遍布各地的環(huán)境監(jiān)測點自動監(jiān)測數(shù)值，通過自動監(jiān)測設(shè)備獲取監(jiān)測數(shù)值并向社會進(jìn)行監(jiān)測結(jié)果公布。有別于以二氧化硫為代表的氣態(tài)污染物來源于特定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、容易進(jìn)行來源校準(zhǔn)的特點，PM2.5成分比較復(fù)雜，由于不同監(jiān)測點使用的自動監(jiān)測設(shè)備型號不同，難以保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。常用的方法是以手工監(jiān)測方法作為PM2.5含量監(jiān)測的輔助方法，通過和自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測值進(jìn)行對比后進(jìn)行評價和數(shù)據(jù)修正，以確保自動監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠。在實際操作過程中，將重量法作為PM10和PM2.5標(biāo)準(zhǔn)分析方法，對自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測值進(jìn)行校核[2]。二者之間存在的關(guān)聯(lián)性成為校核的關(guān)鍵因素[3]。

因此，本文開展實驗性分析，主要設(shè)備為3臺自動監(jiān)測設(shè)備（2臺為深圳中環(huán)環(huán)保監(jiān)測設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的型號為ZHHB-YZ的自動監(jiān)測設(shè)備、1臺為日本柴田公司生產(chǎn)的型號為AH-600F的手工監(jiān)測設(shè)備）和三臺手工監(jiān)測設(shè)備（北京華美恒強公司生產(chǎn)的HMTM-242設(shè)備），通過對2020年1月1日～2020年1月25日連續(xù)監(jiān)測獲得的150個有效數(shù)據(jù)按照行業(yè)計算公式進(jìn)行計算值分析，開展手工監(jiān)測和自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測下PM2.5含量對比研究。

2 對比結(jié)果分析

2.1 同類型監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測結(jié)果分析

在測試階段獲取的了兩種監(jiān)測方式下的PM2.5含量值，并對其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行了計算，結(jié)果如表1所示。

從表1的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，自動監(jiān)測設(shè)備的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差區(qū)間為2.1%～14.1%，同一型號的兩臺自動監(jiān)測設(shè)備相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%～6.3%，均在小于10%的區(qū)間內(nèi)，具有較高的精密度。手工監(jiān)測設(shè)備的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差區(qū)間為1.2%～8.1%，均小于10%，具有較高的精密度。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)和計算結(jié)果表明選擇的自動監(jiān)測設(shè)備如果品牌和型號不同，則在計算結(jié)果上存在一定差異性。

2.2 手工監(jiān)測和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

將用于實驗的3臺自動監(jiān)測設(shè)備和3臺手工監(jiān)測設(shè)備取得的數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)相似的規(guī)律性，在25d的監(jiān)測中，環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良的有5d，輕度及中度污染的天數(shù)有10d，重度及以上環(huán)境質(zhì)量的天數(shù)有9d，也就是說，在不同的空氣環(huán)境質(zhì)量下，兩種監(jiān)測方式下PM2.5含量值具有較好的相關(guān)性和較好的變化趨勢。統(tǒng)計手工監(jiān)測與自動設(shè)備監(jiān)測下獲取數(shù)據(jù)的相對誤差如圖1所示。由圖1兩種監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)相對誤差分布散點圖可以看出，正誤差占比16.7%、負(fù)誤差占比83.3%，相對誤差±5%以內(nèi)的比例為29.2%，±5～±10%的數(shù)據(jù)比例為45.8%，大于±10%的數(shù)據(jù)比例為25%。并且從數(shù)據(jù)點看，手工監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測值大多數(shù)要高于自動設(shè)備監(jiān)測值，主要有兩方面的原因[4]：一方面，可能是自動監(jiān)測儀器對揮發(fā)性成分的損失未采取有效系數(shù)補償，另一方面，可能是由于自動設(shè)備、手工儀器或操作的系統(tǒng)存在誤差。

3 研究結(jié)論和認(rèn)識

本文的研究工作主要取得3個方面的結(jié)論和認(rèn)識。

第一，實驗過程選擇的兩種監(jiān)測方式監(jiān)測到的PM2.5含量數(shù)據(jù)在不同空氣環(huán)境質(zhì)量下都呈現(xiàn)出較為一致的規(guī)律性，具有相似的變化趨勢。因此，利用自動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)測點的顆粒物含量自動監(jiān)測，得到的資料可信度高，可以用在天氣預(yù)警、控制質(zhì)量評估、空氣污染趨勢判斷方面為有關(guān)部門提供參考。

第二，手工監(jiān)測設(shè)備采用相同的品牌和型號，得到的測量數(shù)據(jù)誤差都沒有超過10%，具有較高的精密程度。自動監(jiān)測手段采用3臺不同型號的監(jiān)測設(shè)備，得到的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差區(qū)間為2.1%～14.1%，自動監(jiān)測方式下2臺相同型號的設(shè)備相對標(biāo)準(zhǔn)偏差下降幅度明顯，且都沒有超過10%，這就表明選擇的自動監(jiān)測設(shè)備如果品牌和型號不同，則在計算結(jié)果上存在一定差異性。因此，在后期選擇不同品牌和型號的自動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行PM2.5含量監(jiān)測時，需要考慮天氣變化和空氣質(zhì)量實際情況進(jìn)行合理決策，確保監(jiān)測到的空氣質(zhì)量信息真實可靠。

第三，兩種監(jiān)測方式和手段得到的實驗結(jié)果表明，手工監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測值大多數(shù)要高于自動設(shè)備監(jiān)測值，主要有兩方面的原因：一方面，可能是自動監(jiān)測儀器對揮發(fā)性成分的損失未采取有效系數(shù)補償，另一方面，可能是由于自動設(shè)備、手工儀器或操作的系統(tǒng)存在誤差。

參考文獻(xiàn)

[1]潘本鋒，李莉娜.影響PM2.5自動監(jiān)測準(zhǔn)確度的主要因素[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2018，3（5）：22-25.

[2]王強，鐘琪，遲穎，等.環(huán)境空氣PM2.5連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)手工采樣比對測試[J].環(huán)境科學(xué)，2017，6（12）：43-45.

[3]鄭翔翔，洪正昉，陳浩，等.PM2.5手工標(biāo)準(zhǔn)方法與自動監(jiān)測法比對分析[J].環(huán)境污染與防治，2018，10（6）：131-132.

[4]劉然.探討環(huán)境空氣中PM2.5自動監(jiān)測方法的比較及應(yīng)用[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，2（01）：36-37.

收稿日期：2020-05-09

作者簡介：魏靜（1989-），女，漢族，本科學(xué)歷，中級職稱，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。