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

戚琳

摘要：伴隨著我國經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)各種能源的消耗量也越來越大。石油、天然氣等能源的使用在為現(xiàn)代生產(chǎn)生活提供便利的同時(shí)，也加重了大氣污染程度。因此，如何降低大氣污染物，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)以及大氣污染治理已經(jīng)引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。而環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以為大氣污染治理提供污染物種類、濃度等數(shù)據(jù)信息，有助于大氣污染物的監(jiān)測(cè)，在大氣污染治理中發(fā)揮了重要的作用。本文首先對(duì)大氣污染的成因、污染物進(jìn)行了分析，介紹了光譜監(jiān)測(cè)（DOAS）、氣體監(jiān)測(cè)等四種常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用，并提出了強(qiáng)化大氣的防治對(duì)策。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)技術(shù)；大氣污染；應(yīng)用

近年來，各類工業(yè)化、社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)釋放的化學(xué)氣體攜帶大量污染物排放到空中，加重了大氣環(huán)境污染，同時(shí)也加大了大氣污染治理難度。目前，灰塵、煙塵和煙霧等顆粒狀污染物和分子狀污染物充斥著人們的日常生活，一定程度上損害著人們的健康。因此，大氣污染治理面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。如何應(yīng)用科學(xué)規(guī)范的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，提高大氣污染治理的效率，并通過完善和規(guī)范排污企業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)，全面推動(dòng)大氣污染防治成效，是當(dāng)前大氣污染治理的關(guān)鍵。

1? ? 導(dǎo)致大氣污染的主要成因

1.1 工業(yè)廢氣排放

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，我國工廠的數(shù)量不斷增加，工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作的過程中釋放了大量化學(xué)氣體。與此同時(shí)，石油化工、煤礦等行業(yè)在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量氫氧化物以及其他顆粒狀污染物，對(duì)大氣層造成嚴(yán)重污染[1]。如果這些有害氣體能夠嚴(yán)格按照國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過相應(yīng)的環(huán)保設(shè)施處理后排放，將排放量控制在合理范圍，就能很大程度上減少對(duì)大氣層的損害。但是，大部分工廠在工業(yè)化生產(chǎn)中為了控制成本，并沒有對(duì)污染氣體進(jìn)行專門的處理。相關(guān)研究表明，城市化進(jìn)程發(fā)展越快的城市，其大氣污染問題越嚴(yán)重。大氣污染不僅給人們的生存環(huán)境和健康構(gòu)成威脅，也制約著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?！堵迳即墪r(shí)報(bào)》曾報(bào)道說，蘭州的200萬市民天天忍受著惡劣的環(huán)境，吸口氣就像抽了一包煙似的，因?yàn)槔镱^含有太多的煤灰、汽車廢氣和塵土，看上去就像個(gè)“只冒煙卻沒有窗戶的黑房子”，所以蘭州一度被稱為“看不見的城市”。

1.2 交通尾氣排放

近些年，我國居民家庭對(duì)汽車的需求量越來越大，家庭人均汽車數(shù)量不斷增加。推動(dòng)交通行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也使得環(huán)境污染問題日益凸顯。大部分城市都出現(xiàn)了高峰期交通堵塞的情況，汽車在堵塞和低速行駛過程中會(huì)加劇超標(biāo)尾氣排放，不僅污染大氣環(huán)境，也對(duì)人類健康構(gòu)成了威脅[2]。雖然一氧化碳排放已成為城市大氣污染的最大污染源，但是目前我國并未出臺(tái)相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施從源頭控制排放，由此引發(fā)環(huán)境問題進(jìn)一步惡化，加大了環(huán)境治理難度。

1.3 燃料燃燒氣體

每年11月份到次年3月份都是北方集中供暖的時(shí)段，在此期間，很多地方廣泛采用以煤炭為主要燃燒原料的傳統(tǒng)供暖。煤炭燃燒后直接排放到空氣中，釋放出大量有害有毒的氣體，污染大氣環(huán)境。雖然目前我國有脫硫煤新能源資源，但在很多地方并未得到大力推廣，煤炭的能源主體地位并未改變，存在很大的環(huán)境治理難度。

2? ? 大氣污染中污染物的主要類型

2.1 分子狀污染物

分子狀污染物包括一氧化碳、臭氧、硫氧化物、氮氧化物、鹵代烴、碳?xì)浠衔锏取４送?，根?jù)環(huán)境區(qū)域大氣污染不同特點(diǎn)，可吸入顆粒物、二氧化氮、總氧化劑、碳?xì)浠衔?、氟化物、鉛等特征污染物也屬于分子污染物范疇[3]。

2.2 顆粒狀污染物

顆粒狀污染物是指除了氣體分子狀污染物之外的物質(zhì)，粒度范圍一般在0.01～100 μm之間。有些粒徑大或者顏色深的顆粒狀污染物肉眼便可看見，比如煙塵，粒徑小的則需要在電子顯微鏡下才可觀察到，一般將微粒直徑在10 μm以下的顆粒物稱為PM10，也稱為可吸入顆?；蛘唢h塵?？晌腩w粒在空氣中可以持續(xù)很長時(shí)間，對(duì)人體健康和大氣能見度都會(huì)造成影響。一部分顆粒狀污染物直接排放，另一部分和空氣中的硫化物、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏扔袡C(jī)化合物和其他化合物相互發(fā)生氧化或者其他化學(xué)作用形成極細(xì)的顆粒物。人類吸入可吸入顆粒物積累在消化呼吸系統(tǒng)中會(huì)引發(fā)肺心病、呼吸道疾病等。因此，大氣污染對(duì)患有肺心病尤其是老人、兒童等抵抗力低的敏感人群影響較大。

3? ? 常見的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 光譜監(jiān)測(cè)（DOAS）技術(shù)

光譜監(jiān)測(cè)是大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中最為常用的技術(shù)手段。日常使用的光譜監(jiān)測(cè)包括傅里葉紅外光譜法、差分光學(xué)吸收光譜法。傅里葉紅外光譜儀最核心的部分是邁克爾遜干涉儀。邁克爾遜干涉儀發(fā)生多色光相干，通過樣品吸收之后，檢測(cè)器檢測(cè)到含有樣品信息的紅外干涉光的干涉圖信號(hào)，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)將干涉圖信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換，才轉(zhuǎn)換成紅外光譜。差分吸收光譜技術(shù)（DOAS）原理是利用空氣中帶吸收特性的氣體分子來鑒別氣體成分，并根據(jù)窄帶吸收強(qiáng)度來推算出微量氣體的濃度，這種技術(shù)憑借的是其簡單且低廉的設(shè)備裝置和出色的監(jiān)測(cè)能力[4]。目前，國外已經(jīng)將DOAS技術(shù)廣泛應(yīng)用到大氣監(jiān)測(cè)及其大氣研究領(lǐng)域，并對(duì)DOAS技術(shù)的工作原理、濃度反演方法及其在大氣研究領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展前景做了較為詳細(xì)的介紹，為今后在大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域里研究和應(yīng)用DOAS技術(shù)提供了必要的理論知識(shí)，填補(bǔ)了國內(nèi)對(duì)DOAS技術(shù)認(rèn)識(shí)的空白。

3.2 氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)

氣體污染物監(jiān)測(cè)主要是對(duì)二氧化硫、氮氧化物的監(jiān)測(cè)。二氧化硫是大氣中常見的污染物，其排放不僅對(duì)大氣環(huán)境造成污染，而且對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。煤炭等傳統(tǒng)資源能源在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中會(huì)大量釋放出二氧化硫等有害氣體，污染空氣環(huán)境。對(duì)此，我們可以采取恒電流庫侖法、光度法等監(jiān)測(cè)技術(shù)方法來對(duì)二氧化硫污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)，可以合理判斷大氣污染情況，為大氣污染防治和治理提出可行性方案。氮氧化物污染物主要是由交通工具排放產(chǎn)生的?？梢园仓闷囄矚馀欧疟O(jiān)測(cè)裝置或者使用精密儀器來對(duì)氮氧化物的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，把握汽車尾氣排放情況，計(jì)算得到污染物的含量情況，為進(jìn)一步治理二氧化硫污染提供幫助。

3.3 顆粒狀污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)

大氣中的固體顆粒物成因非常復(fù)雜。開展監(jiān)測(cè)需要專門儀器設(shè)備的輔助，更精確地掌握污染物的濃度含量、成分、污染源頭等各類數(shù)據(jù)指標(biāo)，可以為后續(xù)制定大氣污染防治工作提供精確的數(shù)據(jù)參考，簡化大氣污染防治治理工作。

3.4 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

大氣中的固體顆粒物成因非常復(fù)雜。大氣污染治理中，大氣污染物的含量、成分監(jiān)測(cè)也是關(guān)鍵的，通過大氣的遙感監(jiān)控技術(shù)可以準(zhǔn)確了解污染物的成分和含量，進(jìn)而采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。在污染問題不斷嚴(yán)重的今天，為了提高環(huán)境治理效率和環(huán)境監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度，專業(yè)部門和人員會(huì)在不同區(qū)域環(huán)境開展全方位監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)過程中選用溫室氣體、輻射、臭氧總量等指標(biāo)，一方面可以更好地預(yù)測(cè)污染物的變化規(guī)律、污染情況和持續(xù)時(shí)間，另一方面可以快速、準(zhǔn)確地把握大氣污染的全貌，掌握環(huán)境污染的數(shù)據(jù)信息，并在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的治理措施，為我國的環(huán)境污染研究奠定理論基礎(chǔ)[5]。比如，杭州市生態(tài)環(huán)境局率先開展企業(yè)“環(huán)保碼”試點(diǎn)工作，企業(yè)“環(huán)保碼”可以實(shí)時(shí)采集和更新在線監(jiān)控、電力監(jiān)控、應(yīng)急管理、日常檢查等數(shù)據(jù)，并結(jié)合排污許可證、環(huán)評(píng)審批、二污普、環(huán)境信用評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，按照賦碼規(guī)則給企業(yè)賦予“紅黃綠”三種顏色。通過數(shù)字化的運(yùn)用，為該市健全了環(huán)境污染問題發(fā)現(xiàn)機(jī)制。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以科學(xué)精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問題，有助于智能環(huán)境監(jiān)管與服務(wù)體系的建設(shè)。

4? ? 強(qiáng)化大氣污染治理的對(duì)策

4.1 加強(qiáng)污染物來源的控制力

污染物來源涉及空氣、水體、土壤等多項(xiàng)生態(tài)內(nèi)容，采取環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)區(qū)域環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，是大氣污染治理中最有效的方式。雖然工業(yè)化加快發(fā)展帶來嚴(yán)重的大氣污染，大氣污染治理面臨很多挑戰(zhàn)，但是我國通過環(huán)境監(jiān)測(cè)手段找到了污染物的根源，能更好地掌握區(qū)域環(huán)境污染物的污染程度、污染范圍等，可以更好地制定出環(huán)境保護(hù)方案。比如，私家車數(shù)量的不斷增多加劇了大氣污染，我們可以在區(qū)域內(nèi)通過限號(hào)等手段，實(shí)時(shí)掌握該區(qū)域通過車輛的尾氣排放情況，定位目標(biāo)車輛，這在一定程度上減少汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。

4.2 建立健全大氣污染環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)

大數(shù)據(jù)可以將監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和收集，及時(shí)預(yù)測(cè)區(qū)域環(huán)境的變化，并做好應(yīng)對(duì)策略。建立大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)一方面可以識(shí)別大氣中的污染物，分析污染程度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，之后傳遞到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，幫助相關(guān)人員根據(jù)信息分析和掌握大氣狀況，找到科學(xué)有效的治理方法；另一方面，可以大大提升環(huán)境數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，便于對(duì)環(huán)境質(zhì)量作出合理的評(píng)價(jià)。

相關(guān)部門可以通過環(huán)境監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確把握開展項(xiàng)目的污染程度、潛在的污染問題，并對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行分析，保障決策的科學(xué)性。目前可以利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)手段打造覆蓋全區(qū)域智能化大氣污染防治，構(gòu)建智能化大氣污染防治治理體系，并建設(shè)區(qū)域化精細(xì)管理運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，在區(qū)域內(nèi)實(shí)施精細(xì)化管理，構(gòu)建綜合指揮平臺(tái)監(jiān)測(cè)，納入網(wǎng)格管理體系，采用科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加以分析、存儲(chǔ)，做好數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，以便相關(guān)部門做出科學(xué)合理的大氣污染防治和治理決策。同時(shí)，也可以借力第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行巡查，對(duì)環(huán)境保護(hù)進(jìn)行全程監(jiān)督，形成大氣污染防治閉環(huán)管理，打造大氣污染預(yù)防、治理、監(jiān)測(cè)、督查一體的大氣監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋、社會(huì)各界共同參與的機(jī)制。

4.3 嚴(yán)格控制污染物排放

大氣污染首要關(guān)鍵是要控制污染物的源頭和排放。相關(guān)部門可以通過環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，對(duì)空氣質(zhì)量和污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。此外，還要在排污單位內(nèi)安裝和設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，設(shè)立排放濃度標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)污染物排放實(shí)行濃度控制，對(duì)于超過標(biāo)準(zhǔn)的排放企業(yè)要加以懲罰，迫使企業(yè)將污染物處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。另外，國家要加強(qiáng)污染物總量控制?？偭靠刂剖悄壳白羁茖W(xué)的一種控制污染政策，在一定區(qū)域內(nèi)，對(duì)所有的污染者排放的污染物總量有一個(gè)限制，必須是在環(huán)境自凈能力允許的范圍內(nèi)[7]。各個(gè)區(qū)域的排污者可以將污染指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)讓，如果排污者的排放量超過國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，那么他就可以把自己多余的排污指標(biāo)轉(zhuǎn)讓給其他排污者，如此可以促使其他排污者把排污量控制在合理的范圍內(nèi)，增強(qiáng)大氣環(huán)境保護(hù)自覺性，還可刺激排污者不斷創(chuàng)新和開發(fā)先進(jìn)減低污染物排放的技術(shù)手段，將環(huán)境質(zhì)量維持在一個(gè)可以容許的范圍內(nèi)。通過現(xiàn)代科技手段，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)涉及的排污單位納入統(tǒng)一監(jiān)管。比如微軟的Urban Air系統(tǒng)可以利用大數(shù)據(jù)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，并可監(jiān)測(cè)空氣中的污染物和顆粒大小、能見度等，該系統(tǒng)被環(huán)境保護(hù)相關(guān)部門納入環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中應(yīng)用，目前在我國京津冀、長三角、珠三角、成渝城市群等上百座城市用來進(jìn)行未來48 h的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)。而且實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)、交通流量數(shù)據(jù)、廠礦數(shù)據(jù)、城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)互相疊加，相互補(bǔ)強(qiáng)，從而預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量狀況[8]。

5? ? 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以提供區(qū)域大氣環(huán)境污染物的時(shí)空變化規(guī)律。因此，相關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的科學(xué)合理的應(yīng)用，掌握大氣污染物的時(shí)空變化的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，不斷加強(qiáng)對(duì)大氣污染物的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)大氣環(huán)境污染物的時(shí)空變化規(guī)律，不斷優(yōu)化大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，使大氣環(huán)境污染物治理得到有效控制。與此同時(shí)，大氣污染治理也需要社會(huì)各方力量的配合，使之形成互相聯(lián)動(dòng)的整體，從而全面提高大氣污染治理的效果。

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