環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常值的判定及處置

尹衛(wèi)萍，侯鵬，徐亮，宋興偉，胡玲

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210019； 2.江蘇省蘇力環(huán)境科技有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210036)

環(huán)境監(jiān)測(cè)作為“環(huán)境保護(hù)的眼睛”,在我國(guó)環(huán)境保護(hù)中起著不可或缺的重要作用。環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要性在于提供科學(xué)準(zhǔn)確的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，便于環(huán)境評(píng)價(jià)、管理以及規(guī)劃工作的順利開展。提供準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是環(huán)境監(jiān)測(cè)的立身之本，但由于環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受現(xiàn)場(chǎng)采樣、樣品保存和運(yùn)輸、樣品制備、實(shí)驗(yàn)室分析等多個(gè)環(huán)節(jié)、多種因素的影響，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果異常，嚴(yán)重時(shí)甚至干擾后續(xù)管理決策。為了確保環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行判定和處理。

1 異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的判定

1.1 異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型

環(huán)境監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)主要指數(shù)據(jù)反映的內(nèi)容與實(shí)際情況不符，具有較大差異，超出一般規(guī)定范圍的數(shù)據(jù)。

(1) 離群數(shù)據(jù)。是指與多次監(jiān)測(cè)的平均值或歷史大量日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有很大差距，無(wú)法反映實(shí)際情況的異常數(shù)據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中規(guī)定，一組測(cè)定值中與平均值偏差超過2倍標(biāo)準(zhǔn)差的測(cè)定值就是異常數(shù)據(jù)。例如，污染源廢氣或廢水監(jiān)測(cè)時(shí)，連續(xù)監(jiān)測(cè)4次，某一次測(cè)定的值明顯低于或高于其他幾次測(cè)定的結(jié)果均值。再如，地表水或環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)時(shí)，存在同一斷面或點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)值與歷史同期數(shù)據(jù)差異很大而原因不明的情況。

(2) 不合理的數(shù)據(jù)。主要是指監(jiān)測(cè)結(jié)果與正常邏輯不相符的數(shù)據(jù)。例如，廢氣監(jiān)測(cè)時(shí)，相關(guān)聯(lián)的監(jiān)測(cè)因子的監(jiān)測(cè)結(jié)果不合理，如表征惡臭的綜合指標(biāo)臭氣濃度較低，特征因子氨氣、硫化氫等惡臭類物質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果反而較高，或者相反；廢氣中，表征一類有機(jī)物的非甲烷總烴較高，而揮發(fā)性有機(jī)物反而較低甚至未檢出。廢氣處理效率監(jiān)測(cè)時(shí)，環(huán)保處理設(shè)施污染物進(jìn)出口濃度出現(xiàn)倒置。污染源監(jiān)測(cè)時(shí)，某次手工監(jiān)測(cè)與正常的日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或其他來(lái)源數(shù)據(jù)如在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相差較大。地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)時(shí)，在同一監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，某一河道水質(zhì)中上游斷面監(jiān)測(cè)因子濃度明顯高于下游斷面，存在明顯的不合理之處。

(3) 不符合實(shí)際的數(shù)據(jù)。主要是指監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)嚴(yán)格理論計(jì)算推算的結(jié)果數(shù)據(jù)相差較大的數(shù)據(jù)。例如，企業(yè)實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)物料平衡，進(jìn)口污染物排放濃度較高，但實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，進(jìn)口濃度卻很低，或者明明使用原料很少，實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)的進(jìn)口濃度卻很高等情況。

1.2 產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)的原因

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的全過程包括現(xiàn)場(chǎng)采樣、樣品保存和運(yùn)輸、樣品制備、實(shí)驗(yàn)室分析等技術(shù)過程。環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)的原因很多，如何判定和處理異常值，需要結(jié)合實(shí)際，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的全過程的每個(gè)環(huán)節(jié)，才能從源頭上降低異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生概率。

現(xiàn)場(chǎng)采樣過程中，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況條件不穩(wěn)定或不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致離群數(shù)據(jù)的產(chǎn)生；污染物處理設(shè)施運(yùn)行條件不正常等會(huì)導(dǎo)致不合理數(shù)據(jù)的產(chǎn)生；現(xiàn)場(chǎng)采樣方式不正確、點(diǎn)位選擇不正確等均會(huì)導(dǎo)致不符合實(shí)際的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。樣品保存及運(yùn)輸過程中，由于采樣瓶或采樣管未洗干凈，會(huì)導(dǎo)致離群數(shù)據(jù)的產(chǎn)生；樣品保存條件不合理會(huì)導(dǎo)致不符合實(shí)際的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。分析過程中，分析操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致離群數(shù)據(jù)的產(chǎn)生；分析方法選擇不正確也會(huì)導(dǎo)致不合理或不符合實(shí)際的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

2 異常數(shù)據(jù)的處理

異常數(shù)據(jù)不一定就是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)，首先應(yīng)查找異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，如果從獲取數(shù)據(jù)本身的技術(shù)上發(fā)現(xiàn)問題，即可將異常值作為不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)予以剔除。當(dāng)技術(shù)上無(wú)法斷定又非客觀實(shí)情時(shí)就應(yīng)該在出現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果異常時(shí)采取相應(yīng)的措施。

異常數(shù)據(jù)一般在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)審核過程中發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過程中就可以被發(fā)現(xiàn)。采樣后送實(shí)驗(yàn)室分析出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)通過審核而發(fā)現(xiàn)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的處理

(1) 儀器出現(xiàn)問題。首先應(yīng)重新啟動(dòng)儀器校正測(cè)試，并以備用的校正液標(biāo)準(zhǔn)品重新確認(rèn)測(cè)量?jī)x器是否正常?；蛘呤褂脗溆玫膬x器設(shè)備，重新監(jiān)測(cè)確認(rèn)。

(2) 控制條件發(fā)生變化。如pH值測(cè)定時(shí)，實(shí)樣與標(biāo)準(zhǔn)緩沖液溫度相差太大，可以將緩沖溶液在現(xiàn)場(chǎng)平衡一段時(shí)間后再監(jiān)測(cè)。

(3) 核查現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是否符合監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范要求。如污染源監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)低溫、高濕的廢氣中SO2和NOX濃度，需要將采樣管加熱，對(duì)煙氣預(yù)處理，防止水分在采集管里冷凝。在實(shí)際采樣過程中，有時(shí)會(huì)直接用聚四氟乙烯管代替加熱煙槍進(jìn)行采樣。又如在固定污染源中監(jiān)測(cè)顆粒物濃度時(shí)，由于找不到合適的采樣斷面，就將靠近彎道處作為采樣斷面，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)異常，無(wú)法正確地反映客觀事實(shí)[1-2]。

(4) 核查所用的監(jiān)測(cè)儀器測(cè)定范圍、使用條件是否滿足監(jiān)測(cè)要求。如污染源廢氣監(jiān)測(cè)時(shí)，高濃度一氧化碳(CO)會(huì)對(duì)定電位電解法測(cè)定SO2產(chǎn)生正干擾，而對(duì)非分散紅外法基本無(wú)干擾。因此，在高濃度CO工況時(shí)測(cè)試SO2應(yīng)選擇非分散紅外儀器。又如機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)時(shí)，飛機(jī)起飛或降落時(shí)噪聲聲級(jí)達(dá)到130 dB以上，但所用聲級(jí)計(jì)測(cè)定上限為120 dB，這時(shí)應(yīng)選擇可擴(kuò)展監(jiān)測(cè)上限的聲級(jí)計(jì)。

(5) 污染源現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，核查生產(chǎn)設(shè)備和污染治理設(shè)施是否正常運(yùn)行，生產(chǎn)工藝是否與設(shè)計(jì)相符，所用的原輔材料、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及投加的藥劑量是否與設(shè)計(jì)參數(shù)相符。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境進(jìn)行觀察，并找出其他可能測(cè)值的原因。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)工況異常偏低，廢氣參數(shù)出現(xiàn)異常等情況(如含氧量異常偏高)，應(yīng)立即停止采樣，與企業(yè)溝通恢復(fù)正常后再繼續(xù)采樣。地表水監(jiān)測(cè)時(shí)，某河道的閘口上下游地表水采樣時(shí)，閘口開閘放水，導(dǎo)致沉積物沖刷，產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)(如懸浮物、總磷數(shù)值異常偏高)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢查過程中發(fā)現(xiàn)異常狀況，應(yīng)如實(shí)記錄，拍照存證，以便后期數(shù)據(jù)分析時(shí)查找原因。

2.2 審核數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)審核基本上通過數(shù)據(jù)合理性評(píng)估、監(jiān)測(cè)分析方法適用性或干擾因素確認(rèn)、歷次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)等方式進(jìn)行，篩選不合理數(shù)據(jù)，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，判定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(1) 調(diào)閱現(xiàn)場(chǎng)采樣記錄，包括查看現(xiàn)場(chǎng)采樣記錄中關(guān)于工況、周邊環(huán)境、天氣狀況、固定劑添加情況、點(diǎn)位布設(shè)、采樣方法、采樣時(shí)間、儀器是否過檢定周期的記錄，了解是否存在異常狀況。例如，某化工企業(yè)進(jìn)行洗滌塔氯化氫去除效率測(cè)試時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進(jìn)口氯化氫濃度低于出口氯化氫濃度的不合理現(xiàn)象。經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)人員核實(shí)在采樣規(guī)范性、同步性均符合要求的情況下，得知洗滌塔淋洗液長(zhǎng)期未更換，淋洗液已接近吸收飽和，洗滌塔起不到吸收效果，吸收液中氯化氫反而存在進(jìn)一步釋放的情況，導(dǎo)致進(jìn)出口濃度倒置的不合理數(shù)據(jù)產(chǎn)生。又例如，某驗(yàn)收項(xiàng)目，連續(xù)兩天的監(jiān)測(cè)過程中，出現(xiàn)某一次廢氣監(jiān)測(cè)值明顯低于其他監(jiān)測(cè)結(jié)果的離群數(shù)據(jù)情況。經(jīng)與企業(yè)核實(shí)，發(fā)現(xiàn)由于生產(chǎn)裝置(反應(yīng)釜)非連續(xù)運(yùn)行，每次投料、反應(yīng)、出料整個(gè)運(yùn)行周期僅1 h，連續(xù)幾次采樣的時(shí)段中有一次并未在反應(yīng)周期內(nèi)，因而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果離群。當(dāng)因現(xiàn)場(chǎng)采樣條件及方法等原因?qū)е聰?shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)排除相關(guān)原因后復(fù)測(cè)。

(2) 調(diào)閱分析報(bào)告與原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢查。對(duì)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行審核，包括對(duì)空白值、標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)、標(biāo)樣、平行樣、加標(biāo)回收率等數(shù)據(jù)審核。進(jìn)行數(shù)據(jù)整體性的合理性分析，針對(duì)無(wú)法合理分析的測(cè)值，進(jìn)行分析確認(rèn)。分析確認(rèn)具體方式見圖1。

圖1 分析確認(rèn)方式及步驟

(3) 監(jiān)測(cè)分析方法適用性或干擾因素的確認(rèn)。例如，地表水總磷監(jiān)測(cè)，地表水中泥沙含量、樣品固定劑添加量、樣品保存時(shí)間、樣品前處理方式等對(duì)樣品的分析結(jié)果干擾較大，實(shí)際分析時(shí)，需要對(duì)干擾條件進(jìn)行確認(rèn)，以便能準(zhǔn)確反映水質(zhì)總磷濃度狀況。污染源監(jiān)測(cè)時(shí)，當(dāng)廢氣中CO濃度較高，超出干擾實(shí)驗(yàn)允許范圍時(shí)，定電位電解法不再適用于SO2的測(cè)定，此時(shí)需要更換方法。

3 提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的措施

3.1 建立健全環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理體系

監(jiān)測(cè)能力是基礎(chǔ)性資源，高品質(zhì)且具有活力的人力資源是產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的必備條件[3]。建立與監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)相適應(yīng)的監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理體系，重點(diǎn)加強(qiáng)高水平環(huán)境監(jiān)測(cè)人員隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)和維護(hù)，提升環(huán)境監(jiān)測(cè)能力，做好環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量監(jiān)督檢查。開展質(zhì)量檢查、同步監(jiān)測(cè)、比對(duì)監(jiān)測(cè)、能力驗(yàn)證以及質(zhì)控考核等多種形式的質(zhì)量監(jiān)督活動(dòng)。在實(shí)施質(zhì)量監(jiān)督的同時(shí)開展監(jiān)測(cè)方法、操作條件以及質(zhì)量控制措施等多方面的深入研究，切實(shí)解決監(jiān)測(cè)過程中存在的問題和難點(diǎn)，提升質(zhì)量監(jiān)督活動(dòng)的實(shí)效。制定相關(guān)的工作程序、采樣規(guī)范、作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行有效的培訓(xùn)和監(jiān)督，確?，F(xiàn)場(chǎng)采樣、樣品保存和運(yùn)輸、樣品制備、實(shí)驗(yàn)室分析、數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)按規(guī)范執(zhí)行。

3.2 重視現(xiàn)場(chǎng)采樣的信息化管理

現(xiàn)場(chǎng)采集具有代表性的樣品是確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提條件。由于現(xiàn)場(chǎng)采樣情況復(fù)雜多變，環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期以來(lái)可采取的質(zhì)控措施非常有限。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信息化管理。現(xiàn)場(chǎng)采樣可采取全程視頻監(jiān)控的方式，地理信息定位系統(tǒng)追蹤現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，確?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的溯源性。

3.3 正確填寫監(jiān)測(cè)原始記錄

監(jiān)測(cè)原始記錄在第一時(shí)間內(nèi)及時(shí)、完整、規(guī)范地填寫，是監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制的關(guān)鍵[4]。原始記錄格式設(shè)計(jì)不能過于簡(jiǎn)單，內(nèi)容應(yīng)包括編制檢驗(yàn)報(bào)告所需的全部信息及能復(fù)原監(jiān)測(cè)的足夠信息，包括：樣品名稱、編號(hào)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、地點(diǎn)、日期、測(cè)試依據(jù)和方法、監(jiān)測(cè)結(jié)果及參加監(jiān)測(cè)人員(監(jiān)測(cè)人、復(fù)核人)的簽名以及監(jiān)測(cè)環(huán)境條件、儀器名稱等。監(jiān)測(cè)原始記錄應(yīng)由監(jiān)測(cè)人員在監(jiān)測(cè)過程中及時(shí)填寫，不得憑回憶追記或事后抄正，不得隨意更改。必要時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的異常情況備注說明。

3.4 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的審核

通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)審核，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的分析，可有效減少異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生[5-6]。按《檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)評(píng)審補(bǔ)充要求》，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)原始記錄、實(shí)驗(yàn)室分析原始記錄進(jìn)行三級(jí)審核，選擇具有豐富的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室分析經(jīng)驗(yàn)的人員擔(dān)當(dāng)審核人員，明確各級(jí)審核人員的審核要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家和民眾對(duì)環(huán)保工作的日益重視，出具準(zhǔn)確可靠、高質(zhì)量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也成為環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)越來(lái)越迫切的要求。管理一方面是靠數(shù)據(jù)說話，另一方面也要用數(shù)據(jù)說話，環(huán)境監(jiān)測(cè)作為環(huán)境管理的技術(shù)支撐手段，其依據(jù)就是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。環(huán)境監(jiān)測(cè)人員要不斷提高自身素質(zhì)，不斷更新監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)，以認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度保證環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，更好地服務(wù)于環(huán)保事業(yè)，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的良好發(fā)展。