環(huán)境監(jiān)測技術在農(nóng)村大氣污染防治中的應用

張學慧 蔣韋利

（河南環(huán)碧環(huán)保工程設備有限公司，河南 南陽 473000）

0 引言

隨著我國對大氣污染治理工作的愈發(fā)重視，圍繞大氣污染治理而研發(fā)與推廣的各項監(jiān)測設施設備越來越科學化與現(xiàn)代化，并逐步實現(xiàn)了面向基層單位的推廣與應用，在打贏大氣污染防治攻堅戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。然而，從監(jiān)測工作的整體推進情況來看，目前大氣污染監(jiān)測工作的重心依舊是城市及工業(yè)園區(qū)，廣大農(nóng)村地區(qū)仍然是大氣污染防治監(jiān)測技術推廣與應用較為落后，而且未結合農(nóng)村大氣污染的特征，構建專門的農(nóng)村大氣污染防治監(jiān)測體系。因此，有必要對應用于農(nóng)村地區(qū)的大氣污染防治監(jiān)測技術進行研究，以促進該技術在農(nóng)村地區(qū)的進一步推廣與應用。

1 農(nóng)村大氣污染的主要來源

1.1 農(nóng)作物生產(chǎn)造成的污染

目前，農(nóng)作物生產(chǎn)仍然是我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。為了保障農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，農(nóng)藥、化肥等化學用品的應用必不可少。然而，如果這些化學用品使用不當，可能會對生態(tài)環(huán)境構成威脅。尤其是部分化肥、農(nóng)藥含有大量的揮發(fā)性有害物質(zhì)，如果在農(nóng)田中大面積使用，經(jīng)過匯集后排向大氣，會直接造成大氣污染。與此同時，我國北方部分農(nóng)村仍然存在焚燒秸稈的現(xiàn)象，秸稈燃燒能釋放包括PM在內(nèi)的不同形式的懸浮物，產(chǎn)生各種有毒、有害氣體，如一氧化碳、二氧化硫等，甚至引起霧霾天氣。如果秸稈燃燒不夠充分，就會產(chǎn)生大量氮氧化物，此類氣體會與碳氧化合物產(chǎn)生光化學反應，進而破壞臭氧層。此外，秸稈焚燒后生成的各類灰塵與濃煙混入大氣中的雨水層，會加速酸雨的形成。

1.2 畜牧業(yè)養(yǎng)殖造成的污染

畜牧業(yè)作為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向，在促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、提高農(nóng)民收入方面起到了重要的支撐作用。尤其是在全社會對肉制品的需求量日益增加的背景下，農(nóng)村畜牧業(yè)呈現(xiàn)出集約化發(fā)展趨勢，然而這也導致大量的牲畜糞便無法完全實現(xiàn)規(guī)范化處理。尤其對于中小型畜牧業(yè)養(yǎng)殖戶，排泄物處理設備和管理體系均不完善。在生產(chǎn)實踐中，為減少處理環(huán)節(jié)和成本，很多養(yǎng)殖戶會隨地堆放牲畜糞便。糞便堆積不僅會產(chǎn)生強烈的刺激性氣味，而且生成的氣體會直接進入大氣中，如果沒有及時干預，則會導致區(qū)域內(nèi)發(fā)生嚴重的大氣污染事件。

1.3 村民生活中產(chǎn)生的污染

第一，生活垃圾污染。隨著物流運輸業(yè)及電子商務的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品面向農(nóng)村的銷售規(guī)模日漸擴大，由此產(chǎn)生的生活垃圾越來越多。由于缺乏垃圾處理科普教育，多數(shù)農(nóng)村居民對生活垃圾的處理方式極為粗放，多數(shù)情況下會直接將其燃燒。而直接燃燒生活垃圾會生成大量有害氣體，如二氧化硫、氧化氫、氟化氫等，這些有害氣體排向大氣，易引發(fā)嚴重的大氣污染事件。第二，劣質(zhì)煙煤燃燒帶來的污染。目前，我國很多農(nóng)村地區(qū)的冬季采暖依舊依賴于“土暖氣”、小鍋爐和低效爐等工具的使用，這些設備大多以劣質(zhì)煙煤作為燃料。由于缺乏脫硝、除塵與脫硫等技術手段的支持，導致這些劣質(zhì)煙煤燃燒所形成的有害氣體直接排向大氣，進而累積造成大氣受到污染。第三，機動車尾氣污染。近年來，報廢汽車、老舊車輛與黃標車相繼從城市流向農(nóng)村，這些車輛的尾氣排放嚴重超標，并且排放穩(wěn)定性不理想，造成一氧化碳、碳氫化合物等有害氣體大量排向農(nóng)村，造成嚴重的大氣污染。

2 農(nóng)村大氣污染治理中環(huán)境監(jiān)測技術的主要類型

2.1 立體監(jiān)測技術

立體監(jiān)測技術應用于大氣污染監(jiān)測的最主要優(yōu)勢是全面性，其監(jiān)測工具包括地基平臺、車載平臺及機載平臺。通過上述載體可以直接監(jiān)測大氣中污染物的存在狀況，從而為分類開展污染物防治工作提供基礎信息。在實踐操作中，不同載體的應用方向有所區(qū)別。例如，地基平臺主要用于監(jiān)測大氣污染物排放總量，車載平臺主要用于監(jiān)測不同大氣污染物的分布規(guī)律，機載平臺主要用于監(jiān)測不同大氣污染物的排放通量。激光技術是立體監(jiān)測技術得以運用的基礎，該技術通過細粒子激光雷達的有效應用，可以在監(jiān)測過程中體現(xiàn)出持續(xù)性、高識別率、高精準度等優(yōu)勢特征。在立體監(jiān)測技術的支持下，監(jiān)測技術人員不僅能夠準確識別大氣流層中存在的污染物粒子類型，而且可以對污染物粒子的分布狀況、運動規(guī)律、演變過程、來源途徑等做出精準的判斷。

2.2 遙感監(jiān)測技術

遙感監(jiān)測技術也是當前農(nóng)村大氣污染治理中較為常見的監(jiān)測技術之一。遙感監(jiān)測技術的監(jiān)測范圍十分廣泛，不僅可以對農(nóng)村人居環(huán)境進行監(jiān)測，而且可以實現(xiàn)對大氣層中的對流層、平流層及臭氧層的有效監(jiān)測，從而體現(xiàn)出多角度、全方位的監(jiān)測技術優(yōu)勢。從監(jiān)測內(nèi)容來看，遙感監(jiān)測技術主要用于對溫室氣體、臭氧含量等內(nèi)容的監(jiān)測，并且可以結合監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，向監(jiān)測人員提供農(nóng)村大氣污染防治方案。遙感監(jiān)測技術應用的載體通常是無人機。在工作過程中，攜帶監(jiān)測設備的無人機可以深入監(jiān)測區(qū)域，對其中的大氣污染物進行采樣與分析，并直接將數(shù)據(jù)上傳至專用數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測人員可以將監(jiān)測的數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進行對比，從而對區(qū)域大氣的污染程度進行分析與判斷。應用遙感監(jiān)測技術時，還可以利用遙感衛(wèi)星對大氣成分、組成狀況進行系統(tǒng)成像，采用顏色標記的方式更為簡單明了地展示不同物質(zhì)的分布狀況，從而使工作人員可以直接掌握該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大氣污染的程度及主要的污染物，進而為制訂大氣污染防治方案提供依據(jù)。此外，可以將應用遙感監(jiān)測技術形成的圖像通過媒體向農(nóng)村居民進行展示，提高他們的大氣污染防治意識。

應用遙感監(jiān)測技術，可以實現(xiàn)對農(nóng)村大氣污染狀況的24 h 不間斷監(jiān)控，監(jiān)測的區(qū)域范圍較廣。這種突破時間與空間限制的監(jiān)測方式，可以使被監(jiān)測的農(nóng)村區(qū)域處于全時間段的嚴密監(jiān)控中，避免了監(jiān)控盲區(qū)和監(jiān)控盲時的存在。如此一來，環(huán)保執(zhí)法部門可以在第一時間發(fā)現(xiàn)農(nóng)村大氣污染事件，并立即采取措施，對污染源產(chǎn)生的單位或個體進行控制，防止大氣污染事件進一步嚴重，從而提升農(nóng)村大氣污染防治效率。

3 農(nóng)村大氣污染治理中技術監(jiān)測的主要內(nèi)容

3.1 固體顆粒物監(jiān)測

固體顆粒物是當前農(nóng)村大氣污染事件中最為常見的污染物質(zhì)。固體顆粒物排向大氣后，會與其承載介質(zhì)組成大氣氣溶體系，從而長時間懸浮于大氣中。農(nóng)村大氣中的固體顆粒物主要來源于農(nóng)村居民生產(chǎn)或生活過程中不正確的燃燒行為，如秸稈焚燒、生活垃圾焚燒、劣質(zhì)散裝煤焚燒等。通常，固體顆粒物具有較強的吸附能力，是有毒物質(zhì)的直接載體，而且固體顆粒物分形維數(shù)越大、表面越不規(guī)則，對有毒物質(zhì)的吸附能力越強。固體顆粒物對人體的危害非常巨大，如果人體長期吸入固體顆粒物，就會對呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生侵蝕作用，極易引發(fā)肺氣腫、肺栓塞、支氣管炎等疾病。因此，加強監(jiān)測農(nóng)村大氣中的固體顆粒物具有十分重要的意義。目前，在實踐過程中，農(nóng)村大氣污染監(jiān)測部門主要監(jiān)測PM（直徑≤10 μm 的顆粒物）。監(jiān)測中常用的設備主要是光散射式粉塵儀、濾膜采樣儀等。這些設備基本上能夠?qū)崿F(xiàn)對PM固體顆粒物的有效捕捉與測定，并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測系統(tǒng)，保證監(jiān)測的即時性與高效性。

3.2 二氧化硫監(jiān)測

二氧化硫是一種無色、具有強烈刺激性氣味的氣體。在農(nóng)村大氣污染事件中，二氧化硫也是一種較為常見的污染物質(zhì)。二氧化硫排向大氣，溶于大氣中的水分后形成亞硫酸，從而產(chǎn)生酸雨。酸雨對環(huán)境的危害十分巨大，不僅會腐蝕建筑物，而且會對農(nóng)作物的生長發(fā)育造成負面影響，從而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。與此同時，二氧化硫進入人體后，會引起眼結膜炎、急性支氣管炎等疾病。從來源角度來看，農(nóng)村大氣中的二氧化硫主要來源于劣質(zhì)散裝煤的焚燒、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)廢氣的不規(guī)范排放及超標機動車尾氣的排放。在實際監(jiān)測過程中，針對二氧化硫的監(jiān)測方法主要有鹽酸副玫瑰苯胺比色法、光度法及庫倫滴定法。隨著自動化技術及互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，目前大部分監(jiān)測部門選擇采用煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)對農(nóng)村地區(qū)大氣中二氧化硫質(zhì)量濃度與變化規(guī)律的即時性監(jiān)測。

3.3 揮發(fā)性有機物監(jiān)測

近年來，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加快，揮發(fā)性有機物也逐漸成為影響農(nóng)村地區(qū)大氣質(zhì)量的重要因素。從來源角度來看，污染農(nóng)村大氣的揮發(fā)性有機物主要來源于農(nóng)藥、化肥等農(nóng)資在農(nóng)田中的大范圍使用，包括苯類化合物、有機氯化物、有機酮等。空氣中的揮發(fā)性有機物達到一定的質(zhì)量濃度后，不僅會對人體健康與生態(tài)環(huán)境造成直接影響，而且會與其他物質(zhì)進行光化學反應形成二次污染。目前，農(nóng)村地區(qū)大氣中揮發(fā)性有機物的監(jiān)測方法主要有光譜法、吸附劑富集采樣法、全量氣體采樣法等。監(jiān)測儀器基本可以實現(xiàn)在線自動監(jiān)測。其中，在線光離子化檢測器（Photoionization Detector，PID）和火焰離子化檢測器（Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID）靈敏度較高，應用最為廣泛。

4 促進環(huán)境監(jiān)測技術在農(nóng)村大氣污染防治中應用的策略

4.1 合理應用大數(shù)據(jù)平臺

數(shù)據(jù)分析是農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作中的重要環(huán)節(jié)之一，通過構建或利用大數(shù)據(jù)平臺，可以為開展農(nóng)村大氣污染防治工作提供更為科學有效的依據(jù)。首先，大數(shù)據(jù)平臺在數(shù)據(jù)收集整理方面具有即時性、全面性、準確性等優(yōu)勢，通過大數(shù)據(jù)平臺匯集農(nóng)村大氣污染相關的數(shù)據(jù)，可以為技術人員判斷與分析農(nóng)村大氣污染情況提供依據(jù)。其次，利用大數(shù)據(jù)技術可以對農(nóng)村大氣環(huán)境的變化情況進行精準化預測，有助于技術人員對近期可能出現(xiàn)的大氣污染問題提前進行預判，并幫助生態(tài)環(huán)境部門進行決策。最后，利用大數(shù)據(jù)平臺，可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)終端實現(xiàn)農(nóng)村大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享共用，從而為協(xié)同開展農(nóng)村大氣污染防治工作提供決策依據(jù)。

4.2 加快監(jiān)測技術研發(fā)與推廣應用

首先，要加大農(nóng)村大氣污染監(jiān)測技術研發(fā)力度。環(huán)境監(jiān)測科研部門應充分把握農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作現(xiàn)狀，從提高監(jiān)測的精準性、全面性入手，結合國內(nèi)外研發(fā)動向，推動新設備、新技術的研發(fā)進程。其次，要在實現(xiàn)技術創(chuàng)新的同時，促進技術融合。不同農(nóng)村地區(qū)對大氣污染監(jiān)測技術的要求與標準存在差異，要結合不同區(qū)域農(nóng)村的地理位置與氣候特征，進一步推動技術整合，并在實際工作中逐步增強技術聯(lián)合應用的可靠性與規(guī)范性。最后，要加速推進現(xiàn)有大氣污染監(jiān)測技術的推廣與應用。當前，我國農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作已經(jīng)形成一定的技術優(yōu)勢，需要在更廣范圍內(nèi)加速技術的推廣與應用，使其在服務農(nóng)村生態(tài)環(huán)境建設方面發(fā)揮更為有效的指導作用，從而進一步提高農(nóng)村大氣污染防治成效。

4.3 打造專業(yè)化人才團隊

近年來，各級環(huán)境監(jiān)測部門借助多樣化的組織方式，為從事農(nóng)村大氣污染監(jiān)測的工作人員提供了多種類型的學習與培訓平臺，并在實踐中取得了一定的成效。從長遠的發(fā)展角度考慮，需要高度重視這些專業(yè)技術人員能力與素養(yǎng)的提升，可以從以下3 個方面做起。首先，從事農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作的專業(yè)技術人員需要樹立終身學習的意識，持續(xù)提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，通過系統(tǒng)化、專業(yè)化培訓，全面掌握新技術、新設備、新系統(tǒng)的應用方法，逐步提升從事農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作的綜合能力。其次，應深入推動環(huán)境監(jiān)測部門與農(nóng)村大氣污染防治相關部門的聯(lián)合培訓，借助聯(lián)合培訓，使從事農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作的專業(yè)技術人員能夠?qū)W習全面的專業(yè)知識，有助于提升其監(jiān)測知識與技能水平。最后，應加大高學歷、高層次人才的引進與培育力度，通過監(jiān)測技術團隊人員的不斷優(yōu)化與調(diào)整，推動農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作可持續(xù)開展。

5 結語

農(nóng)村大氣污染監(jiān)測是一項長期性工作，對于保障農(nóng)村大氣環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。各級政府應從政策保障、資金保障、資源保障和人才保障等方面入手，進一步加大對農(nóng)村大氣污染監(jiān)測工作的支持力度，不斷完善農(nóng)村大氣污染監(jiān)測機制，從而實現(xiàn)對農(nóng)村大氣污染的長久性治理，使廣大農(nóng)村居民享受更加清潔、安全的大氣環(huán)境。