SPAMS 走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

崔 倩

（忻州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 忻州 034000）

1 大氣環(huán)境污染及監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是臭氧和PM2.5的重要前體物和參與物，同時(shí)，大部分VOCs 具有較強(qiáng)的毒性，損害人類的身體健康，由此可見(jiàn)，VOCs 的排放對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響較大。根據(jù)2017 年—2019年各城市O3情況來(lái)看，O3作為主要污染物天數(shù)在增加，2020 年前兩季度較同期也有上升趨勢(shì)，根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》和生態(tài)環(huán)境部最新發(fā)布《2020 年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》有關(guān)要求，目標(biāo)大幅減少主要大氣污染物排放總量，協(xié)同減少溫室氣體排放，進(jìn)一步明顯降低PM2.5濃度，明顯減少重污染天數(shù)，有效降低夏季O3污染?！?020 年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》提出：生態(tài)環(huán)境部組織重點(diǎn)區(qū)域各?。ㄊ校?duì)重點(diǎn)工業(yè)園區(qū)和企業(yè)集群開(kāi)展走航監(jiān)測(cè)，排查突出問(wèn)題，評(píng)估整治效果。鼓勵(lì)各地開(kāi)展VOCs 來(lái)源解析，確定影響O3生成的主要VOCs 物種和排放行業(yè)，提高精準(zhǔn)治污水平。

為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，有效削減大氣污染物排放總量，當(dāng)前需利用科學(xué)的手段對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)分析，全面掌握區(qū)域大氣環(huán)境污染物的排放和濃度水平情況。傳統(tǒng)的技術(shù)手段“離線手工采樣→實(shí)驗(yàn)室儀器分析→數(shù)據(jù)分析”，雖然認(rèn)可度高，但是分析過(guò)程繁瑣，分析周期長(zhǎng)，所需人力物力投入都非常大；而目前采取的固定連續(xù)在線監(jiān)測(cè)的方法監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣常規(guī)六參數(shù)和VOCs，雖然可以實(shí)現(xiàn)污染物的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，但監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)僅能代表站點(diǎn)周邊一定范圍內(nèi)的情況，且分析周期較長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速掌握區(qū)域污染物濃度分布和污染源的排查功能。

2 SPAMS 走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

PM2.5在線源解析質(zhì)譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（single particle aerosol mass spectrometer，簡(jiǎn)稱SPAMS），是一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的在線源解析設(shè)備，基于先進(jìn)的單顆粒飛行時(shí)間質(zhì)譜測(cè)量技術(shù)，無(wú)需繁瑣的前處理過(guò)程，可實(shí)時(shí)在線進(jìn)行單顆粒氣溶膠化學(xué)成分和徑粒大小的同步監(jiān)測(cè)，將源解析過(guò)程提高到小時(shí)級(jí)別，可實(shí)時(shí)監(jiān)控污染源變化趨勢(shì)，捕捉污染源瞬時(shí)變化，相對(duì)于常規(guī)源解析方法耗時(shí)久、多種儀器聯(lián)用等問(wèn)題來(lái)說(shuō)，是非常大的進(jìn)步。為政府部門制定大氣污染防治規(guī)劃提供依據(jù)，對(duì)確定污染治理重點(diǎn)和環(huán)境管理有十分重要的指導(dǎo)意義。

PM2.5在線源解析質(zhì)譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括三部分：在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀、污染源譜庫(kù)、“指紋”比對(duì)模型及離線數(shù)據(jù)處理軟件（見(jiàn)圖1）。

圖1 PM2.5 在線源解析質(zhì)譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

3 SPAMS 走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

1）擁有智能高效的在線源解析功能，實(shí)時(shí)在線，直接進(jìn)樣、無(wú)需前處理，且具備快速、高時(shí)間分辨率以及捕捉間歇式瞬間污染排放現(xiàn)象的能力，還具備全天候監(jiān)測(cè)，并在惡劣氣象條件下發(fā)現(xiàn)污染排放現(xiàn)象的能力；

2）可開(kāi)展業(yè)務(wù)化VOCs 及無(wú)機(jī)因子巡查走航監(jiān)測(cè)工作，基于VOCs 走航數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類分析，繪制出各區(qū)/工業(yè)園的揮發(fā)性有機(jī)物及關(guān)鍵組分的污染分布地圖、PM2.5及臭氧優(yōu)控前體物污染地圖，實(shí)現(xiàn)掛圖作戰(zhàn)，形成業(yè)務(wù)化走航；

3）可開(kāi)展業(yè)務(wù)化環(huán)境空氣六參數(shù)（PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3）巡查走航監(jiān)測(cè)工作，重點(diǎn)對(duì)國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)周邊區(qū)域進(jìn)行摸排，排查區(qū)域問(wèn)題，優(yōu)化點(diǎn)位空氣質(zhì)量；同時(shí)走航的O3數(shù)據(jù)和VOCs 數(shù)據(jù)可以匹配，能更好的辨識(shí)O3生成的關(guān)鍵VOCs 物種和判斷不同行業(yè)、企業(yè)排放的VOCs 對(duì)O3濃度的貢獻(xiàn)；

4）梳理臭氧污染的優(yōu)控行業(yè)清單和企業(yè)清單，為O3重污染天氣應(yīng)急預(yù)案和VOCs 精細(xì)化減排方案的制定提供科學(xué)數(shù)據(jù)；

5）開(kāi)展環(huán)境空氣質(zhì)量異常時(shí)段原因排查，分析站點(diǎn)周邊污染成因；

6）輔助重點(diǎn)污染源監(jiān)督監(jiān)測(cè)，提高檢查效率；

4 SPAMS 走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用

通過(guò)常態(tài)化的走航監(jiān)測(cè)及時(shí)快速掌握區(qū)域VOCs、環(huán)境空氣常規(guī)六參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化狀況和時(shí)空分布，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域問(wèn)題企業(yè)，并能夠?qū)ξ廴疚镞M(jìn)行精準(zhǔn)溯源，從而實(shí)現(xiàn)大氣污染物的有效減排。根據(jù)國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)地理位置，規(guī)劃對(duì)國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)周邊5 km 范圍內(nèi)以常規(guī)走航、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)兩種模式開(kāi)展工作，優(yōu)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位空氣質(zhì)量，保障空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。該系統(tǒng)可輔助企業(yè)監(jiān)督監(jiān)測(cè)，利用走航系統(tǒng)找出重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)企業(yè)，找出異常工段，同時(shí)建立企業(yè)VOCs 特征數(shù)據(jù)庫(kù)，從而獲得優(yōu)控行業(yè)、企業(yè)清單，在不同臭氧污染情形下實(shí)現(xiàn)分級(jí)管控，助力臭氧污染削峰降頻。為政府治污科學(xué)決策、明確分工、高效監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)可對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境整改措施后進(jìn)行快速現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，對(duì)問(wèn)題區(qū)域、問(wèn)題企業(yè)持續(xù)監(jiān)管。在突發(fā)環(huán)境事件可利用移動(dòng)走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性，快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)。

4.1 整體走航摸排

通過(guò)對(duì)不同區(qū)域開(kāi)展科學(xué)、系統(tǒng)的網(wǎng)格化走航，全面、快速、精準(zhǔn)診斷環(huán)境空氣常規(guī)六參數(shù)及VOCs污染的整體分布情況，鎖定重點(diǎn)污染區(qū)域。將關(guān)注區(qū)域分解為若干網(wǎng)格，對(duì)于化工集中區(qū)域網(wǎng)格尺寸適當(dāng)縮小，利用大氣走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行走航監(jiān)測(cè)，通過(guò)晝夜走航監(jiān)測(cè)模式，快速排查大氣污染物整體分布及排放規(guī)律，獲得區(qū)域污染畫(huà)像。對(duì)于高值點(diǎn)位，加強(qiáng)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和繞廠監(jiān)測(cè)，獲得企業(yè)排放污染特征和排放規(guī)律。

4.2 區(qū)域邊界走航

能夠有效幫助環(huán)境監(jiān)管部門對(duì)所轄區(qū)域進(jìn)行環(huán)境污染監(jiān)管，通過(guò)對(duì)VOCs 及環(huán)境空氣六參數(shù)進(jìn)行快速溯源，有效處理區(qū)域、企業(yè)廠界環(huán)境污染排放糾紛，并對(duì)區(qū)域重大污染排放風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行有效管控，從而有效改善當(dāng)?shù)鼐用癍h(huán)境，為區(qū)域VOCs 環(huán)境減排和污染治理提供技術(shù)支撐。

4.3 污染成因分析

將前期走航監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的所有問(wèn)題點(diǎn)位進(jìn)行分類，繪制問(wèn)題點(diǎn)位污染地圖，為后續(xù)問(wèn)題點(diǎn)核查、復(fù)檢提供直觀指導(dǎo)。

對(duì)國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)周邊5 km 范圍內(nèi)進(jìn)行走航監(jiān)測(cè)，快速得到近地面常規(guī)六因子污染物濃度空間分布情況，得到污染物濃度高值區(qū)域，繪制污染地圖，全面掌握國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)周邊污染源分布情況；對(duì)各國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)各監(jiān)測(cè)指標(biāo)、發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題點(diǎn)位情況進(jìn)行匯總分析，對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)較高、問(wèn)題點(diǎn)位較多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，明確污染來(lái)源，評(píng)判問(wèn)題點(diǎn)位對(duì)國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，從而針對(duì)性加強(qiáng)人工巡查和整治，降低污染物高值區(qū)域?qū)Τ鞘协h(huán)境空氣質(zhì)量的影響。

4.4 輔助監(jiān)督監(jiān)測(cè)

按照“雙隨機(jī)、一公開(kāi)”模式，助力開(kāi)展專項(xiàng)執(zhí)法行動(dòng)，主要針對(duì)園區(qū)進(jìn)行迅速普查，通過(guò)廠區(qū)、廠界不同網(wǎng)格化尺度的繞行，了解整個(gè)園區(qū)的排放情況，快速摸排問(wèn)題企業(yè)，進(jìn)廠查找問(wèn)題工段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并實(shí)施整改，提升檢查效率，切實(shí)降低園區(qū)及周邊環(huán)境污染物及VOCs 濃度。

協(xié)助夏季開(kāi)展儲(chǔ)油庫(kù)、汽油油罐車、加油站專項(xiàng)檢查，走航摸排油氣泄漏點(diǎn)位，統(tǒng)計(jì)問(wèn)題點(diǎn)位清單，落實(shí)整改，確保油品儲(chǔ)運(yùn)銷全過(guò)程VOCs 達(dá)到排放控制要求。

4.5 園區(qū)監(jiān)測(cè)評(píng)估

根據(jù)大氣VOCs 秒級(jí)多組份走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到區(qū)域污染畫(huà)像和企業(yè)污染畫(huà)像，將VOCs 排放高值區(qū)域和高值企業(yè)從地圖上標(biāo)示出來(lái)，并注明VOCs濃度和主要污染物種。建立企業(yè)分級(jí)管控制度，一企一策，持續(xù)降低VOCs 污染排放。對(duì)于超標(biāo)排放企業(yè)，配合執(zhí)法，關(guān)停整頓；對(duì)于異常排放企業(yè)（較高排放或特殊時(shí)段排放異常），限期整改；對(duì)于排放較低企業(yè)，鼓勵(lì)企業(yè)建立持續(xù)減排規(guī)劃；對(duì)于排放很低企業(yè)，無(wú)需減排，開(kāi)展不定期監(jiān)督性走航監(jiān)測(cè)。

4.6 事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)

應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作思路，如圖2 所示。第一步，圍繞事故中心開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作，在條件允許的情況下到事故現(xiàn)場(chǎng)近距離觀測(cè)，實(shí)時(shí)反映事故點(diǎn)附近特征污染物濃度變化。

圖2 應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作思路

第二步，以事故點(diǎn)為中心在周邊畫(huà)圈走航，評(píng)估污染物擴(kuò)散范圍，對(duì)污染區(qū)域進(jìn)行分級(jí)，確定高危區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)及安全區(qū)；

第三步，在事故的下風(fēng)向敏感點(diǎn)走航及定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)第二步走航劃定出危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的敏感點(diǎn)走航監(jiān)測(cè)，分析污染物種的時(shí)空分布，通過(guò)敏感點(diǎn)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，反映關(guān)鍵物種的變化及消散情況。根據(jù)監(jiān)測(cè)物種濃度的變化情況實(shí)時(shí)更新高危區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)及安全區(qū)的范圍，最大限度降低污染的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，SPAMS 走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)國(guó)控點(diǎn)/省控點(diǎn)周邊區(qū)域進(jìn)行摸排，排查區(qū)域問(wèn)題，保障監(jiān)測(cè)點(diǎn)位空氣質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣VOCs 污染全面摸排，掌握區(qū)域內(nèi)VOCs 污染因子排放特征以及污染水平；鎖定問(wèn)題區(qū)域、鎖定問(wèn)題企業(yè)、鎖定問(wèn)題工段，找出污染因子，另外對(duì)重點(diǎn)企業(yè)形成業(yè)務(wù)化走航，給出各區(qū)臭氧污染的優(yōu)控行業(yè)清單和企業(yè)清單，提出切實(shí)可行的針對(duì)性的管控措施，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)污染區(qū)域重點(diǎn)管控，實(shí)現(xiàn)臭氧污染天氣分級(jí)管控優(yōu)化突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案，現(xiàn)場(chǎng)排查污染范圍，及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)情況等，值得在大氣環(huán)境污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)中大范圍推廣應(yīng)用。