大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)大氣污染治理的促進(jìn)作用

彭 哲

石家莊市欒城環(huán)境監(jiān)控中心

1 引言

大氣污染是當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題中非常突出的一項(xiàng)內(nèi)容。我國(guó)很多地區(qū)尤其是北京、上海等較為發(fā)達(dá)的城市近些年經(jīng)常出現(xiàn)霧霾天氣，這引發(fā)了社會(huì)和廣大民眾的深切思考和焦慮。嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題對(duì)國(guó)民的日常生產(chǎn)生活都有著十分嚴(yán)重的影響，威脅著國(guó)民的身心健康，為此，國(guó)家展開(kāi)了一系列措施進(jìn)行大氣污染的控制和治理。通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)大氣污染情況有一個(gè)客觀地了解，明確主要污染成分，進(jìn)而采取針對(duì)性的治理辦法。為此，本文將重點(diǎn)就大氣污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用展開(kāi)探討。

2 大氣污染及空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念

2.1 大氣污染

固態(tài)污染物和氣態(tài)污染物是大氣污染物的兩種主要污染物類型，一般情況下在衡量空氣質(zhì)量時(shí)是建立在空氣質(zhì)量情況描述的基礎(chǔ)上，用質(zhì)量指數(shù)確定，空氣污染情況會(huì)隨著空氣質(zhì)量指數(shù)的增加而嚴(yán)重。當(dāng)前空氣污染物包含的種類較多，比如常見(jiàn)的二氧化碳、一氧化碳、臭氧污染等。近些年我國(guó)城市化發(fā)展腳步不斷加快，國(guó)家、社會(huì)、國(guó)民對(duì)大氣環(huán)境污染問(wèn)題有了越來(lái)越高的關(guān)注度，加上人口、工業(yè)企業(yè)發(fā)展等多方面的影響，建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，大氣污染問(wèn)題日漸嚴(yán)重，熱島效應(yīng)在各個(gè)城市十分常見(jiàn)，這導(dǎo)致大氣污染問(wèn)題進(jìn)一步加劇。我國(guó)對(duì)大氣污染問(wèn)題有著高度重視，尤其是在霧霾問(wèn)題發(fā)生后，對(duì)大氣污染的治理力度不斷加大。隨著各項(xiàng)舉措的開(kāi)展，我國(guó)近些年大氣環(huán)境有所改善，有效降低了發(fā)生霧霾的頻率，不過(guò)整體上來(lái)看大氣環(huán)境問(wèn)題仍然十分嚴(yán)峻。

2.2 空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由多個(gè)部分組成，主要有中心計(jì)算機(jī)室、系統(tǒng)試驗(yàn)室、監(jiān)測(cè)子站、質(zhì)量保證試驗(yàn)室?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測(cè)站即為監(jiān)測(cè)子站，主要是對(duì)固定區(qū)域的大氣空氣開(kāi)展連續(xù)、實(shí)時(shí)的采樣和分析污染物情況，并且將氣象情況記錄下來(lái)，處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并且在管理平臺(tái)和中心計(jì)算式顯示出來(lái)供工作人員參考。監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況需要通過(guò)管理平臺(tái)和中心計(jì)算機(jī)室進(jìn)行記錄，并且由管理平臺(tái)和計(jì)算機(jī)室遠(yuǎn)程操控相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備，審核監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)儀器的日常保養(yǎng)維修需要由系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室完成，通過(guò)養(yǎng)護(hù)確保設(shè)備能夠在使用過(guò)程中正常運(yùn)轉(zhuǎn)并且延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。質(zhì)量保證實(shí)驗(yàn)室可以核查維修后的設(shè)備性能情況以及量值傳遞，達(dá)到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性保障的目的。早在1995年我國(guó)就開(kāi)始利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是受到資金和技術(shù)方面不足的影響造成難以達(dá)到預(yù)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)的目的。通過(guò)多年的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，這有力地支持了大氣污染防治工作，可以監(jiān)測(cè)多種污染物。

3 大氣污染監(jiān)測(cè)和治理措施

3.1 促進(jìn)各行業(yè)污染物達(dá)標(biāo)排放

當(dāng)前汽車尾氣、工業(yè)企業(yè)、城市基建等都是城市發(fā)展過(guò)程中常見(jiàn)的污染物來(lái)源，這和市民缺乏環(huán)保意識(shí)、管理不當(dāng)、缺乏嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、缺乏嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)技術(shù)等都有著直接關(guān)系，造成大氣污染問(wèn)題嚴(yán)重。當(dāng)前氮氧化物、硫化物、顆粒物等是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的污染大氣環(huán)境的物質(zhì)，嚴(yán)重威脅著人們的身心健康。有的工廠在生產(chǎn)中盲目追求經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)視若無(wú)睹，大量排放不到表的廢氣廢水，嚴(yán)重污染了環(huán)境。對(duì)于工廠的這些情況，如果僅僅依靠環(huán)保部門監(jiān)督那么難以切實(shí)達(dá)到管理的效果，而自動(dòng)化空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用可以將監(jiān)管的效果和準(zhǔn)確性顯著提高。例如將空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)置在工廠園區(qū)、建筑工地等區(qū)域，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)園區(qū)、工地的空氣質(zhì)量，當(dāng)?shù)氐恼?、公安和環(huán)保部門在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)可以開(kāi)展聯(lián)合行動(dòng)，處理異常情況，加強(qiáng)控制污染物排放，從而實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境改善的效果。

3.2 為大氣污染防治工作提供依據(jù)

我國(guó)冬季主要的大氣污染物質(zhì)為PM10、PM2.5等顆粒物，夏季主要污染物為臭氧污染。一次排放源和二次轉(zhuǎn)化源是主要的顆粒物來(lái)源，而復(fù)合型污染是主要臭氧污染源。二次轉(zhuǎn)化的顆粒物有著較為復(fù)雜的組成，比如常見(jiàn)的各種硝酸鹽、二氧化硫等氣態(tài)污染物。氣態(tài)污染物在特定氣象條件下會(huì)轉(zhuǎn)化為顆粒物導(dǎo)致空氣污染程度加大。氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物在高強(qiáng)度光照下會(huì)生成臭氧污染物。相關(guān)部門在檢測(cè)常規(guī)大氣污染物同時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)治理顆粒物，檢測(cè)顆粒物來(lái)源，對(duì)金屬離子、碳元素解析、水溶性陰陽(yáng)離子等的成因來(lái)源進(jìn)行深入的分析。工作人員可以根據(jù)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站所檢測(cè)的數(shù)據(jù)以及激光雷達(dá)和氣象觀測(cè)設(shè)備等對(duì)顆粒物的變化趨勢(shì)和污染源進(jìn)行研判。臭氧污染治理主要依靠太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、溫度、變化趨勢(shì)和臭氧生成原理進(jìn)行監(jiān)測(cè)和防治。

監(jiān)測(cè)工作是開(kāi)展大氣污染治理的前提，監(jiān)測(cè)的目的就是了解污染情況從而采取有效地治理措施，改善大氣環(huán)境。為了改善大氣環(huán)境，應(yīng)當(dāng)根據(jù)城市的發(fā)展和環(huán)境治療要求做好一次源排放的控制，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)顆粒物組分來(lái)源、污染物現(xiàn)狀、揮發(fā)性有機(jī)物等，做好帶起污染治理方案的詳細(xì)制定，并且落實(shí)治理方案。經(jīng)過(guò)治理后還要再次分析大氣污染監(jiān)測(cè)的結(jié)果，從而合理評(píng)估大氣污染防治的效果，將大氣污染防治的方案和法規(guī)不斷進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)改善環(huán)境空氣質(zhì)量。

4 大氣污染監(jiān)測(cè)措施

空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)應(yīng)建在所在區(qū)域內(nèi)具有代表性、能夠反映區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量總體水平的地方。因此，經(jīng)過(guò)科學(xué)測(cè)定選出來(lái)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)是可靠、準(zhǔn)確的。大氣擴(kuò)散風(fēng)洞模擬試驗(yàn)可模擬春、夏、秋、冬自然氣候，包括氣溫氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、地形地貌、建筑物、高山、大海、湖泊等，然后將污染源設(shè)置在實(shí)際地點(diǎn)，調(diào)節(jié)污染源排放濃度，進(jìn)行排放，同時(shí)進(jìn)行全面的測(cè)試，計(jì)算確定污染物最大落地地點(diǎn)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置。也可以根據(jù)大氣穩(wěn)定度、地面風(fēng)速、常年風(fēng)向頻率、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、污染源高度等因子，代入大氣擴(kuò)散規(guī)律方程進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行布點(diǎn)。

4.1 大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣點(diǎn)的分布

在選擇空氣自動(dòng)檢測(cè)站點(diǎn)時(shí)，要考察區(qū)域的具體情況，確保選擇能夠反映當(dāng)?shù)乜諝猸h(huán)境總體質(zhì)量水平的位置，所以監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)科學(xué)地測(cè)定來(lái)確定，將監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性提升。在自動(dòng)檢測(cè)站點(diǎn)確定時(shí)，需要通過(guò)大風(fēng)擴(kuò)散風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)做好污染源設(shè)置實(shí)際地點(diǎn)的具體實(shí)驗(yàn)，通過(guò)模擬四季的氣候、調(diào)整溫度、風(fēng)向風(fēng)速、濕度等來(lái)全面測(cè)試污染源的排放濃度，對(duì)最大污染物落地點(diǎn)進(jìn)行確定，并且合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝侠聿荚O(shè)污染物監(jiān)測(cè)位置，計(jì)算大氣擴(kuò)算規(guī)律。

4.2 大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣品采集

在對(duì)空氣進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要過(guò)濾顆粒物，分離發(fā)生干擾的物質(zhì)，否則容易對(duì)測(cè)試儀器和測(cè)試精度產(chǎn)生不良影響。在太陽(yáng)光照射下，空氣中的部分污染物會(huì)出現(xiàn)光化學(xué)反應(yīng)，有的光化學(xué)反應(yīng)會(huì)由于抽入采樣管道而停止甚至出現(xiàn)逆方向反應(yīng)。

4.3 大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要是完成數(shù)據(jù)的傳輸和整理分析，通過(guò)采用半雙工通訊的方法實(shí)行時(shí)分制。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，系統(tǒng)結(jié)合使用了二進(jìn)制碼和時(shí)分制，脈沖串模式是實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信傳輸交換信息的方式，而從時(shí)間上來(lái)看脈沖串并不是連續(xù)的，處于特定離散值當(dāng)中，需要根據(jù)信息幅度量化處理取樣脈沖然后以8b（bit）方式做好編碼。

在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，必須保證大氣自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證數(shù)傳通訊的誤碼率能夠達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，一般情況下模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化誤差不得超過(guò)萬(wàn)分之一。此外，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)記錄大量的數(shù)據(jù)信息，為此需要主計(jì)算機(jī)有較高的處理、存儲(chǔ)、分析等功能，保證硬磁盤、軟磁盤等輔助部分能夠高效運(yùn)行，保證安全可靠地完成系統(tǒng)運(yùn)行，確保大氣監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

4.4 大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

很多功能是大氣自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理需要注意的。第一，應(yīng)當(dāng)保證數(shù)據(jù)的高效準(zhǔn)確。第二，對(duì)數(shù)據(jù)格式和采樣次數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格地要求。第三，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，并且要具有足夠的代表性。第四，保證能夠?qū)崟r(shí)顯示監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)信息；第五，保證能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并且分析評(píng)估行管數(shù)據(jù)；第六，能夠計(jì)算、校正和研究統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。

中心計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，可以對(duì)各個(gè)子站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理和儲(chǔ)存，可以對(duì)空氣污染監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析并且制定完善的報(bào)告，將有害物質(zhì)的濃度顯示出來(lái)，并且對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行合理地控制，一旦出現(xiàn)污染超標(biāo)的問(wèn)題可以及時(shí)提示并且發(fā)出警報(bào)，能夠及時(shí)生產(chǎn)監(jiān)控報(bào)告，將應(yīng)對(duì)指令下達(dá)給各個(gè)子站計(jì)算機(jī)。中心計(jì)算機(jī)還要仔細(xì)檢索子站數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)、檢測(cè)儀器設(shè)備，做好功能障礙的排除等工作。計(jì)算機(jī)還要配備其他功能，比如繪圖、監(jiān)測(cè)、傳遞、時(shí)間等。

積極應(yīng)用現(xiàn)代通信技術(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)管理方法的應(yīng)用，實(shí)時(shí)總結(jié)分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果從而便于工作人員開(kāi)展相應(yīng)的管理工作，保證能夠?qū)Υ髿馕廴厩闆r隨時(shí)掌握，并且針對(duì)性地制定防治措施。此外，大量的污染信息和污染標(biāo)準(zhǔn)值信息、各級(jí)環(huán)保部門和主管部門的政策指令、企業(yè)的污染信息和能耗信息等都需要存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中，通過(guò)信息技術(shù)交流平臺(tái)能夠提高信息交流的效率和準(zhǔn)確性，有助于污染防治方案的優(yōu)化。此外，中心主計(jì)算機(jī)能夠?qū)Υ髿馕廴镜念l率分布、污染程度等進(jìn)行分析，保證實(shí)時(shí)了解和掌握污染情況，確保工作人員能夠展開(kāi)更加深入地研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)大氣環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所得結(jié)果展開(kāi)大氣環(huán)境治理工作。相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員，提高工作人員的綜合素質(zhì)水平，將大氣污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大，加強(qiáng)建設(shè)監(jiān)測(cè)站等基礎(chǔ)設(shè)施，在初期合理規(guī)劃大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，控制好子站的技術(shù)手段和運(yùn)維方法，將自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、客觀性提高，保證所得的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)無(wú)誤，保證高效地運(yùn)行，提升監(jiān)測(cè)效率效果，為大氣污染治理工作奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。