環(huán)境監(jiān)測(cè)及其在大氣污染治理中應(yīng)用研究

周金鳳

（江蘇新測(cè)檢測(cè)科技有限公司 江蘇徐州 221000）

引言

根據(jù)《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》（2020 年）公布的數(shù)據(jù)顯示，2020 年全國(guó)337 個(gè)地級(jí)及以上城市中，有135 個(gè)城市環(huán)境空氣超標(biāo)，占總監(jiān)測(cè)城市的40.1%，雖然較2019 年城市環(huán)境空氣超標(biāo)量降低了13.3 個(gè)百分點(diǎn)，但城市大氣環(huán)境污染整體狀況依然較為嚴(yán)峻。從337 個(gè)城市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，嚴(yán)重污染的天數(shù)達(dá)345 天，重度污染為1152 天，大氣環(huán)境中的PM2.5、O3、PM10、NO2、SO2和CO 六項(xiàng)污染物超標(biāo)天數(shù)分別為6.8%、4.9%、2.6%、0.4%、不足0.1%和不足0.1%。

從表1 可知，近年來(lái)，隨著城市大氣環(huán)境治理力度的加大，城市大氣中PM2.5、O3、PM10、NO2、SO2和CO六項(xiàng)污染物濃度分別為：33μg/m3、138μg/m3、56μg/m3、24μg/m3、10μg/m3、1.3mg/m3，較2019 年均呈現(xiàn)出較大幅度的下降態(tài)勢(shì)，分別下降了8.3%、6.8%、11.1%、11.1%、9.1%和7.1%，城市大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)向好。

表1 2020年337個(gè)城市六項(xiàng)污染物各級(jí)別城市比例

1 大氣污染成分及危害

（1）顆粒物。隨著工業(yè)化、城市化快速發(fā)展，燃煤排放、工業(yè)企業(yè)廢氣、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放等污染物排放到空氣，造成以顆粒物（PM2.5、PM10）為主要污染物的大氣重污染事件頻發(fā)，極大地影響到人們的日常生產(chǎn)生活和健康[1]。當(dāng)大氣顆粒物進(jìn)入人體，會(huì)損害心肺功能，增加呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生幾率。如細(xì)顆粒物穿過(guò)呼吸道進(jìn)入人體，將破壞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)，增加患心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)?？諝庵械募?xì)顆粒物長(zhǎng)期漂浮在高濕靜態(tài)等氣象條件下，極易導(dǎo)致霧霾及重污染天氣。從表2可知，城市大氣中的細(xì)顆粒物主要來(lái)自燃煤、汽車(chē)尾氣、氣候變化、建筑施工及揚(yáng)塵等，其中，燃煤和汽車(chē)尾氣是城市大氣細(xì)顆粒物污染的主要成因。

表2 某城市大氣細(xì)顆粒物污染成因

（2）臭氧。臭氧具有強(qiáng)氧化性，可在較低溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，隨著人類(lèi)活動(dòng)的加劇，城市大氣環(huán)境中的臭氧污染程度也有所加重，影響人體健康，破壞生態(tài)環(huán)境。生活在臭氧污染物濃度較高的環(huán)境中，臭氧污染物經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體，可能導(dǎo)致頭疼、胸悶、咽喉腫痛，誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，破壞免疫系統(tǒng)功能；加速皮膚衰老；臭氧會(huì)降低土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，破壞農(nóng)作物生長(zhǎng)，影響農(nóng)作物產(chǎn)量[2]。此外，臭氧與多種有機(jī)化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致建筑材料顏料褪色、加速汽車(chē)輪胎老化等。

（3）氮氧化物。大氣環(huán)境中的氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，主要來(lái)自城市工業(yè)生產(chǎn)中的化石燃料燃燒所致。大氣環(huán)境中的氮氧化物超標(biāo)會(huì)直接影響居民身體健康。一氧化氮與人體中的血液細(xì)胞中高氧血紅蛋白相互作用，發(fā)生反應(yīng)會(huì)減少血液中氧氣，導(dǎo)致肌體缺氧。此外，一氧化氮還具有一定致癌作用，影響人體正常細(xì)胞分裂?？諝庵械囊谎趸膳c氧氣發(fā)生緩慢氧化作用，生成二氧化氮，二氧化氮在紫外線照射下產(chǎn)生臭氧、光化學(xué)煙霧，進(jìn)入呼吸系統(tǒng)可直接感染呼吸道，以及其他肺部病變。

（4）二氧化硫。二氧化硫無(wú)色，具有強(qiáng)刺激性氣味，經(jīng)呼吸道粘液，誘發(fā)呼吸道感染、肺部炎癥等多種疾病，對(duì)人體的傷害極大。二氧化硫在大氣環(huán)境中易形成硫酸鹽氣溶膠，硫酸鹽氣溶膠將會(huì)增加人類(lèi)死亡率。二氧化硫不僅傷害人體，也會(huì)對(duì)動(dòng)植物造成傷害，大氣環(huán)境中高濃度二氧化硫可導(dǎo)致植物葉片枯萎脫落。此外，還會(huì)加劇建筑物鋼材的腐蝕速度，加劇建筑物安全隱患。大氣環(huán)境中的二氧化硫也會(huì)誘發(fā)酸霧、酸雨等，其會(huì)加快建筑物、古文物等腐蝕速度。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容

（1）顆粒物監(jiān)測(cè)。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的顆粒物監(jiān)測(cè)主要是指懸浮顆粒物，其中，可吸入顆粒物、可呼吸性顆粒物是大氣污染物的主要組成部分，也是大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要內(nèi)容。通過(guò)監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中懸浮顆粒物數(shù)量，以判斷大氣環(huán)境污染程度[3]。利用專(zhuān)門(mén)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器，收集、分析空氣中懸浮顆粒物數(shù)量，了解和掌握大氣環(huán)境中顆粒物總降塵量、化學(xué)成分、主要分布點(diǎn)位及其實(shí)際濃度等。

（2）有害氣體監(jiān)測(cè)。二氧化硫、氮氧化物等排放量居高不下，是導(dǎo)致大氣環(huán)境污染加劇、酸雨頻發(fā)的重要原因。機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放、含硫燃煤燃燒、工業(yè)鍋爐廢氣排放等，是大氣環(huán)境中二氧化硫、氮氧化物等有害氣體主要來(lái)源，也是城市大氣環(huán)境污染的重要因素。通過(guò)化學(xué)法、電解法、分光光度法、儀器法等，監(jiān)測(cè)二氧化硫、氮氧化物在大氣環(huán)境中的濃度值，為城市大氣環(huán)境治理提供參考。

（3）揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)。揮發(fā)性有機(jī)化合物能夠在大氣環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，揮發(fā)性有機(jī)化合物具有較強(qiáng)的活躍性、危害性，也是目前城市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要對(duì)象。涂裝印刷、建筑裝飾、化工生成、家具家電等行業(yè)均是產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要行業(yè)，不僅會(huì)刺激呼吸道、皮膚，還具有致癌性。因此，需要采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)化合物污染源和污染程度。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)常見(jiàn)類(lèi)型

3.1 細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)方法

2012 年起，我國(guó)主要城市開(kāi)展了細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)，目前主要的監(jiān)測(cè)方法有重量法、微量振蕩天平法和β射線法三種。（1）重量法，是利用天平稱重采集到細(xì)顆粒物空氣的濾膜重量，這是 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中建議的細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，準(zhǔn)確性高是重量法的優(yōu)勢(shì)，但其不足之處便是該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。（2）微量振蕩天平法監(jiān)測(cè)細(xì)顆粒物，是利用物體的固有振動(dòng)頻率與其質(zhì)量間的關(guān)系測(cè)定細(xì)顆粒物重量[4]。微量振蕩天平法監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于其明確定量關(guān)系，但不足是無(wú)法解決樣品揮發(fā)性及半揮發(fā)性物質(zhì)的損耗，因此，監(jiān)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際相比偏低，因此，微量振蕩天平法監(jiān)測(cè)不適用于細(xì)顆粒物污染嚴(yán)重的城市，以及潮濕的南方城市。（3）β 射線法監(jiān)測(cè)細(xì)顆粒物是通過(guò)測(cè)定β 射線穿過(guò)濾膜與顆粒物后的衰減，從而測(cè)定細(xì)顆粒物重量。β 射線法在干燥、干凈環(huán)境下監(jiān)測(cè)故障率低，在高溫潮濕地區(qū)監(jiān)測(cè)故障率高。

3.2 臭氧監(jiān)測(cè)方法

目前，臭氧濃度監(jiān)測(cè)主要包括化學(xué)測(cè)量和儀器測(cè)量。儀器測(cè)量法，則是利用監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)高濃度臭氧進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括液體內(nèi)臭氧測(cè)量和大氣中臭氧濃度測(cè)量；化學(xué)測(cè)量，則是利用化學(xué)方式將臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣，利用質(zhì)量守恒定律，獲得氧元素質(zhì)量，再根據(jù)臭氧原子結(jié)構(gòu)分析獲得整個(gè)臭氧濃度。目前，化學(xué)法臭氧監(jiān)測(cè)主要包括紫外線吸收分光光度法和化學(xué)發(fā)光法兩種方法。（1）紫外線吸收分光光度法，則是利用臭氧的吸收光譜來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)臭氧光學(xué)性質(zhì)與收集到的光譜進(jìn)行比較。紫外線吸收分光光度法易受到天氣狀況影響，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)光線太差的狀況下將無(wú)法有效對(duì)臭氧含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（2）化學(xué)發(fā)光法?；瘜W(xué)發(fā)光法監(jiān)測(cè)臭氧，是利用對(duì)臭氧分子發(fā)生光線進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)比，不同物質(zhì)的分子組成及分子數(shù)量不同，運(yùn)用化學(xué)發(fā)光法可對(duì)其收集到的不同光線進(jìn)行強(qiáng)度標(biāo)識(shí)，可有效鑒別臭氧含量?；瘜W(xué)發(fā)光法包括生物化學(xué)分析法、電致化學(xué)分析法、普通化學(xué)分析法等，目前使用最多的是普通化學(xué)分析法。但不論何種化學(xué)監(jiān)測(cè)方法，都應(yīng)用到一些化學(xué)試劑，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

3.3 氮氧化物監(jiān)測(cè)方法

大氣中氮氧化物監(jiān)測(cè)方法有原電池庫(kù)倫滴定法、鹽酸萘乙二胺分光光度法、壓電石英傳感器法、應(yīng)用光電技術(shù)等，其中，應(yīng)用光電技術(shù)在自動(dòng)化和在線監(jiān)測(cè)方面具有其特定優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用光電技術(shù)又分為：（1）激光誘導(dǎo)熒光法。用特定波長(zhǎng)激光束，激發(fā)氮氧分子到較高能級(jí)，處于高能級(jí)氮氧離子躍迂回基態(tài)，以光子發(fā)射形式釋放能量，熒光強(qiáng)度與其濃度成正比，由光電強(qiáng)度判定氮氧化物濃度。具有靈敏度高、監(jiān)測(cè)效率高，但造價(jià)高，尚未大規(guī)模商用。（2）光纖傳感技術(shù)。由光源發(fā)出光，經(jīng)光纖傳感到監(jiān)測(cè)點(diǎn)，外界被測(cè)參量對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)光纖傳至光電探測(cè)器，基于朗伯-比爾定律測(cè)定其濃度。該方法監(jiān)測(cè)具有體積小，更高的選擇性、靈敏度和準(zhǔn)確性，但穩(wěn)定性差。（3）激光雷達(dá)探測(cè)法。利用待測(cè)氣體分子吸收特性測(cè)量其濃度。該工藝技術(shù)成為大范圍快速監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中的氮氧化物技術(shù)。

3.4 二氧化硫監(jiān)測(cè)方法

二氧化硫（化學(xué)式SO2）是大氣主要污染物之一，也是最常見(jiàn)、刺激性硫氧化物。監(jiān)測(cè)方法主要有碘量法、定電位電解法、非分散紅外吸收法和紫外吸收法。（1）碘量法。氨基磺酸銨混合液吸收煙氣中二氧化硫，用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，并根據(jù)滴定量測(cè)算二氧化硫濃度。碘量法監(jiān)測(cè)二氧化硫監(jiān)測(cè)范圍廣、精度高，不足之處是需要豐富的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，目前使用較少。（2）定電位電解法。煙氣中二氧化硫擴(kuò)散通過(guò)傳感器滲透膜，進(jìn)入電解槽，在恒電位工作電極發(fā)生氧化反應(yīng)。定電位電解法的推薦方法為《固定污染源廢氣 二氧化硫的測(cè)定 定電位電解法》（HJ 57-2017），該方法監(jiān)測(cè)二氧化硫具有監(jiān)測(cè)范圍廣、誤差小、可現(xiàn)場(chǎng)直接讀數(shù)記錄等特點(diǎn)，但不足之處是易受到氟化氫、氯化氫、氨等影響，傳感器易因顆粒物、水分等在滲透膜表面凝結(jié)而損壞。（3）非分散紅外吸收法。二氧化硫氣體在6.82-9μm紅外光譜中具有選擇性吸收性，一束恒定波長(zhǎng)7.3μm紅外光通過(guò)二氧化硫氣體，其光通量衰減與二氧化硫濃度符合朗伯-比爾定律。非分散紅外吸收法監(jiān)測(cè)二氧化硫監(jiān)測(cè)范圍廣，可現(xiàn)場(chǎng)直接讀數(shù)記錄，易操作；不足之處是一定濃度下含水量或水蒸氣等影響監(jiān)測(cè)結(jié)果，需要對(duì)監(jiān)測(cè)氣體進(jìn)行除濕處理；濃度反應(yīng)慢、預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)等。（4）紫外吸收法。利用二氧化硫吸收紫外光區(qū)內(nèi)特征波長(zhǎng)（190-230nm、280-320nm）的光具有選擇性吸收特點(diǎn)，由朗伯-比爾定律定量監(jiān)測(cè)大氣中的二氧化硫濃度。該監(jiān)測(cè)工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于檢出下限低，交叉干擾少，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)測(cè)范圍廣等。

4 環(huán)境監(jiān)測(cè)在大氣污染治理中的應(yīng)用

（1）提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。環(huán)境監(jiān)測(cè)中會(huì)收集到大量第一手監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，為大氣污染治理提供精準(zhǔn)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)信息支撐。目前，積極運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)能夠有效縮短環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析周期，提高大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量[5]。利用第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)、專(zhuān)業(yè)檢測(cè)力量，利用LIMS 先進(jìn)管理系統(tǒng)，借助數(shù)據(jù)庫(kù)及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通、共建共享。

（2）構(gòu)建監(jiān)測(cè)網(wǎng)管體系。網(wǎng)絡(luò)管理是現(xiàn)代大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)主要體現(xiàn)方式，利用網(wǎng)絡(luò)管理體系可強(qiáng)化對(duì)大氣生態(tài)環(huán)境治理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，積極利用城市大氣環(huán)境管理體系中的網(wǎng)絡(luò)管理體系，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境實(shí)時(shí)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、質(zhì)控中心，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理體系實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)管，利用現(xiàn)代智能化監(jiān)管手段，加大大氣生態(tài)環(huán)境違法打擊力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)違法行為，不斷提高大氣環(huán)境治理能力。

（3）增強(qiáng)監(jiān)測(cè)技術(shù)水平。積極利用現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，強(qiáng)化大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)能力和水平，提高大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為大氣生態(tài)環(huán)境治理提供可靠技術(shù)保障。面對(duì)復(fù)雜而嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境治理現(xiàn)狀，需要進(jìn)一步革新傳統(tǒng)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)氮氧化物、二氧化硫、臭氧、顆粒物等污染物在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，提升現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)能力和水平。

結(jié)語(yǔ)

環(huán)境監(jiān)測(cè)是掌握城市大氣污染現(xiàn)狀的第一手資料，也是污染防治的重要舉措，需要把握大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容及其監(jiān)測(cè)的方法，合理選用監(jiān)測(cè)技術(shù)，充分發(fā)揮出環(huán)境監(jiān)測(cè)在城市大氣污染治理中的應(yīng)有價(jià)值功能，為城市大氣環(huán)境污染防治提供有力技術(shù)支撐。