環(huán)境空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行管理與質(zhì)控的信息化研究

范 泱

（廊坊市生態(tài)環(huán)境局，河北 廊坊 065000）

1 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測背景

在2017年9月，環(huán)保部等六部委聯(lián)合印發(fā)了《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》。在方案中提出了：（1）到2020年，VOCs全國排放總量下降10%以上；（2）提高VOCs排放重點行業(yè)的環(huán)保準(zhǔn)入門檻，嚴(yán)格控制新增污染物排放量；（3）重點地區(qū)嚴(yán)格限制石化、化工、包裝印刷、工業(yè)涂裝等高VOCs排放建設(shè)項目，新建涉VOCs排放的工業(yè)企業(yè)要入園區(qū)；（4）重點區(qū)域包括：京津冀及周邊、長三角、珠三角、成渝、武漢及其周邊、遼寧中部、陜西關(guān)中、長株潭等區(qū)域；（5）重點行業(yè)要加大治理力度，推進(jìn)企業(yè)排污許可證制度。

2 環(huán)境空氣自動監(jiān)測手段及技術(shù)

2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可分為以下幾部分：（1）城市空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；（2）背景空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；（3）區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；（4）酸雨質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；以上所提及的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已有效布置于各個地級以上城市中，并設(shè)有專門的監(jiān)測點位。同時，針對京津冀地區(qū)的大氣污染問題，分別在2+26個城市（京津冀周邊的城市），包括北京和天津兩個直轄市建立了大氣顆粒物組分和光化學(xué)監(jiān)測的質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并配有相關(guān)專業(yè)監(jiān)測點位。

上述環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)主要是以自動監(jiān)測為主，即在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)控點位，是利用各種專業(yè)的在線監(jiān)測儀器將測的數(shù)據(jù)自動傳輸至網(wǎng)絡(luò)終端，最后由中國環(huán)境監(jiān)測總站進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和處理。由此可以看出，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的整體過程，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時處理，便于準(zhǔn)確及時發(fā)布[1]。目前，大部分的空氣質(zhì)量日報的數(shù)據(jù)，都來自城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。

2.2 VOCs概述

VOCs是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下飽和蒸氣壓較高（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大于13.33 Pa）、沸點較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)的有機(jī)化合物。主要包括非甲烷碳?xì)浠衔铮–2-C12）：烷烴、烯烴、芳香烴、炔烴；含氧有機(jī)物（C-C10）：醛、酮、醇、醚、酯、酚等；含氮化合物；含硫化合物。

在（國內(nèi)）環(huán)境空氣VOCs監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)中，可采用的標(biāo)準(zhǔn)有《環(huán)境空氣 揮發(fā)性鹵代烴的測定 活性炭吸附-二硫化碳解吸/氣相色譜法》（HJ 645-2013）、《環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機(jī)物的測定 吸附管采樣-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法》（HJ 644-2013）、《環(huán)境空氣 苯系物的測定 活性炭吸附/二硫化碳解吸-氣相色譜法 》（HJ 584-2010）、《環(huán)境空氣 苯系物的測定 固體吸附/熱脫附-氣相色譜法》（HJ 583-2010）等。而在（國外）環(huán)境空氣VOCs監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)中，美國EPA關(guān)于VOCs分析方法有3種：環(huán)境空氣、室內(nèi)空氣和固定污染源。歐盟關(guān)于VOCs總量監(jiān)測的指標(biāo)是TOC，其主要推薦方法是FID，EN 15267-3:2008-03是歐盟關(guān)于CEMS的檢測標(biāo)準(zhǔn)，所有類型CEMS都必須符合要求，其中對于VOCs在線監(jiān)測儀器單獨提出了幾個針對性指標(biāo)，包括響應(yīng)因子，干擾等。EN 12619:1999是TOC監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn)，是FID法。

2.2.1 現(xiàn)代環(huán)境空氣VOCs分析技術(shù)

在TO15及PAMS名錄中，VOCs的分析過程主要是通過罐采樣→冷阱預(yù)濃縮（三級冷阱）、液氮制冷、電子制冷→儀器分析[GC-FID（C2-C4）、GC-MS]。而在TO15及PAMS名錄以外的醛酮類化合物，主要是通過吸附管采樣→高效液相色譜的過程進(jìn)行分析。

2.2.2 現(xiàn)代環(huán)境空氣VOCs分析技術(shù)硬件的特殊要求

要求：雙柱分析（Dean Switch）中檢測器為雙FID或FID+MS；色譜柱為C2-C4:PLOT柱（如氧化鋁柱）；C4-C12為DB-624或DB-1或等效柱；自動稀釋裝置中要求內(nèi)標(biāo)氣配制、目標(biāo)化合物標(biāo)氣自動稀釋，配制標(biāo)準(zhǔn)曲線；二級或三級冷阱中可有效去除水、CO2、N2、02、CO等物質(zhì)，且有效富集目標(biāo)VOCs并采用液氮或電子制冷的方式進(jìn)行；在罐清洗裝置上，要求采樣前清洗至達(dá)到質(zhì)控要求并能達(dá)到自動清洗。

2.2.3 現(xiàn)代環(huán)境空氣VOCs分析技術(shù)的相關(guān)質(zhì)控要求

采樣方面：（1）全程序空白樣品（每批）；（2）平行樣采集（每10 個樣品加1 個）；（3）醛酮采樣管抽取5%進(jìn)行空白水平檢查；

儀器校準(zhǔn)方面：（1）質(zhì)譜每日校準(zhǔn)；（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線校驗；

檢測結(jié)果方面：（1）平行樣檢測結(jié)果相對偏差小于25%；（2）醛酮采樣管如果穿透，需重新采樣。

目前，環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測的監(jiān)測項目主要是SO2、NO2、PM2.5、CO、O3、PM10、氣象五參數(shù)，黑炭，水溶性離子，無機(jī)元素，酸沉降。其監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ 654-2013），《環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ 653-2013）和《降雨自動采樣器技術(shù)要求及檢測方法》（HJ/T 174-2005）。

3 采用環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的重要意義

目前，隨著科技及經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國提出了綠色發(fā)展的戰(zhàn)略思路，這也是順應(yīng)整體社會發(fā)展的必然趨勢[2]。因此，環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)存在的重要意義就體現(xiàn)在如何改善空氣質(zhì)量，以及科學(xué)防治大氣污染。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，2019年我國PM2.5濃度下降的速度出現(xiàn)了放緩現(xiàn)象，且臭氧濃度也存在明顯上升的趨勢。由此可以看出，大氣污染防治任務(wù)仍然任重而道遠(yuǎn)。

通常，環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是通過實時監(jiān)控、及時反饋，對大氣質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管、評估及協(xié)調(diào)，從而有效削減大氣中污染物的排放量。同時，科學(xué)有效地改善了空氣質(zhì)量，增強(qiáng)了城市空氣區(qū)域性環(huán)境保護(hù)，因此，這也是預(yù)防大氣污染的有效途徑。并且，通過與其他監(jiān)測儀器搭配使用，還可以對空氣污染源頭進(jìn)行有效追溯，以及確認(rèn)空氣環(huán)境中的污染程度，從而大力提升了空氣污染的整體防治水平。此外，采用空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)，既可以自主獲得數(shù)據(jù)的實時信息，還可以幫助環(huán)境工作人員及時有效，準(zhǔn)確地獲取空氣中質(zhì)量數(shù)據(jù)信息。這樣不僅可以為二次污染提供相關(guān)驗證及數(shù)據(jù)支持，還可以為大氣污染的理論預(yù)測及相關(guān)治理提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，同時，也可以為相關(guān)研究提供參考信息。

4 環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，我國環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器可分為有點式與開放式，并逐漸演變成自動監(jiān)測技術(shù)的主攻方向。我國于1998年便在重點城市及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)采用了24 h連續(xù)監(jiān)測空氣質(zhì)量的方法，截止2003年，我國共有200余個地級以上城市擁有了自動監(jiān)測配套系統(tǒng)，同時還聯(lián)合開展了重點城市自動監(jiān)測體系的聯(lián)網(wǎng)及質(zhì)控考核工作。截至目前，經(jīng)過20多年的全面發(fā)展，我國已進(jìn)入自動監(jiān)測的重要階段，并具備了城市空氣自動監(jiān)測體系、區(qū)域內(nèi)自動監(jiān)測體系，從而有效保障了地級以上城市空氣質(zhì)量的提升與預(yù)報。而大氣環(huán)境監(jiān)測設(shè)備主要有多要素和單要素兩種，其中多要素監(jiān)測儀器主要是指要進(jìn)行大氣環(huán)境中多個要素的整體監(jiān)控，例如大氣壓、PM2.5、風(fēng)力、雨量、有害氣體等；而單要素監(jiān)測器主要是針對環(huán)境中的某單一元素進(jìn)行監(jiān)測，例如：二氧化硫檢測器、二氧化氮檢測器等。同時，還存在著24 h全天監(jiān)測的小型移動氣象站，可以對大氣中的多要素進(jìn)行全天監(jiān)測。

目前，我國使用最多的環(huán)境空氣監(jiān)測系統(tǒng)為BMET系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由計算機(jī)控制中心監(jiān)測站質(zhì)量實驗室系統(tǒng)支持實驗室組成。其中，監(jiān)測站對空氣質(zhì)量，及污染源進(jìn)行實時監(jiān)測，并通過系統(tǒng)設(shè)定實時反饋給計算機(jī)控制中心，而計算機(jī)控制中心則對數(shù)據(jù)的有效性，精確性進(jìn)行核查。同時，數(shù)據(jù)傳地址質(zhì)量可保證實驗室進(jìn)行進(jìn)一步核查，以確保數(shù)據(jù)的有效性與實時性。但目前，我國的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)還存在著許多不足之處。例如，通信技術(shù)落后、數(shù)據(jù)采集參數(shù)不夠完整、監(jiān)測系統(tǒng)集成化程度低、監(jiān)測儀器的校準(zhǔn)自動校準(zhǔn)程度較低等。因此，為了有效改善環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)中的不足，及時有效地對其進(jìn)行運(yùn)行管理及質(zhì)控的信息化分析就顯得尤為重要。

5 環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行管理及質(zhì)控信息化的改善策略

5.1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方面

5.1.1 要完善整體信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)

在實際工作中，完善整體信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的接入系統(tǒng)是為了滿足對空氣質(zhì)量監(jiān)測畫面的需求。而整個管理平臺基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)，或電話撥號連接來實現(xiàn)點對點的資料通訊。目前，空氣監(jiān)測中心站從各個檢測子站進(jìn)行數(shù)據(jù)提取的是iPort軟件，但根據(jù)實際使用情況分析發(fā)現(xiàn)，該軟件在運(yùn)行過程中，若進(jìn)行畫面的連續(xù)切換，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)與儀器的速度不相匹配的情況。經(jīng)專業(yè)人員對其原因進(jìn)行分析得出，主要是由于該軟件的信息傳輸系統(tǒng)是采用的Modem電話線接入方式，而該接入方式的傳輸速率會受其他因素影響，最終導(dǎo)致速率低下，因此，在檢測中心所獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)就會出現(xiàn)畫面不穩(wěn)定的情況。但可以通過建立穩(wěn)定性較高的網(wǎng)絡(luò)和寬帶來進(jìn)行相應(yīng)改善?；谖覈壳熬W(wǎng)絡(luò)發(fā)展的整體現(xiàn)狀，通過數(shù)據(jù)對比及要求篩選結(jié)合，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商中選擇電信和網(wǎng)通較為優(yōu)質(zhì)。

5.1.2 建立優(yōu)質(zhì)分析界面，對儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷與監(jiān)控

首先，可通過在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測中心站輸入檢測站的檢測地址，與監(jiān)測站進(jìn)行儀器的內(nèi)部連接；然后通過連接，就可以實時顯示監(jiān)測站中的空氣監(jiān)測儀器的運(yùn)行狀況，并且在計算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行下，同一界面還可以實現(xiàn)多個機(jī)器的運(yùn)行情況，從而做到對儀器進(jìn)行實時監(jiān)控與監(jiān)測。

建立優(yōu)質(zhì)分析界面的主要目的是，防止因主機(jī)出現(xiàn)暫時無法修理的信號故障或儀器故障中斷運(yùn)行，而建立優(yōu)質(zhì)分析界面可以快速地對儀器進(jìn)行整體定位并分析，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的調(diào)試或維修。同時，還可以及時解決出現(xiàn)的問題，以保障實驗室中心站可以獲取最準(zhǔn)確的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)。而通過此種界面的建立，還可以用遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行儀器界面的控制，并隨時監(jiān)測儀器設(shè)備的整體狀態(tài)，實現(xiàn)在儀器設(shè)備的整體使用過程中進(jìn)行全面管理與有效控制，從而進(jìn)一步保障空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5.1.3 建立環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理中心

目前，環(huán)境空氣質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)具有實時性和分散性，而分散性主要是由于我國環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的種類多而雜，并且不同種類的設(shè)備還具有不同方式的儲存模式，這樣不同的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的大量使用就造成了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模式的多樣性。因此，分散性與多樣性導(dǎo)致了環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)處理與管理的難操控性。所以，建立環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速整理與分析，又節(jié)省了相關(guān)工作人員的時間，還提高了數(shù)據(jù)處理效率。此外，通過建立數(shù)據(jù)共享平臺，還可以方便不同設(shè)備對空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的實時共享。如在相應(yīng)的檢測系統(tǒng)中設(shè)置相同的數(shù)據(jù)接口，就可以使從同一數(shù)據(jù)接口獲得的數(shù)據(jù)擁有了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，這樣就方便工作人員對空氣質(zhì)量的測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)平均值及儀器狀態(tài)等信息進(jìn)行整體處理，達(dá)到使用需求。

5.1.4 優(yōu)化環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的日常管理與運(yùn)行維護(hù)

在進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測的日常管理中，要重視系統(tǒng)的日常管理與運(yùn)行維護(hù)，因此，要引進(jìn)專業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員對設(shè)備、系統(tǒng)、軟件等進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)工作，以降低儀器設(shè)備的維修頻率。同時，降低維修頻率還可以保障環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與及時性。

5.2 人員管理方面

5.2.1 重視質(zhì)控人員在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)督中的直接作用

在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作中，對直接責(zé)任人與主體監(jiān)督人的整體把控，對于質(zhì)量控制起到了重要作用，可以說，質(zhì)量控制人員的整體素養(yǎng)會對環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性起到直接的影響作用。因此，必須要重視質(zhì)控人員在環(huán)境空氣質(zhì)量中的重要作用，要加強(qiáng)工作人員的質(zhì)量控制能力，提升質(zhì)控人員的個人素質(zhì)，以此做到對環(huán)境空氣質(zhì)量控制的有效把控。

通常，在質(zhì)控人員上崗時，要對其進(jìn)行崗前培訓(xùn)，并保證已參加了由中國環(huán)境國家監(jiān)測總局開展的崗位測試，獲取了專業(yè)的上崗證書，且質(zhì)控人員還要具備專業(yè)空氣質(zhì)量知識及相關(guān)經(jīng)驗。而在儀器設(shè)備使用方面，質(zhì)控人員要對多種不同的類型監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行了解與掌握，并在設(shè)備出現(xiàn)故障時能進(jìn)行相應(yīng)的檢測與維修。同時，還要向質(zhì)控人員宣傳一定的環(huán)境空氣環(huán)保危機(jī)意識，并督促其時刻注重空氣質(zhì)量的數(shù)據(jù)變化。此外，還可以針對不同站點部署不同數(shù)量的技術(shù)型的質(zhì)控人員，并要求其對日常工作內(nèi)容及發(fā)生的緊急情況進(jìn)行上報與記錄，還要對質(zhì)控人員進(jìn)行責(zé)任分工制，做到合理分配責(zé)任。

5.2.2 開展相關(guān)工作人員的整體專業(yè)性培養(yǎng)

要想使環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)正常運(yùn)行，在很大程度上都會依靠專業(yè)人員的技術(shù)支持。而目前，我國的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測人員在管理方面存在著相關(guān)工作人員復(fù)雜，素質(zhì)較低的問題。因此，針對以上問題，應(yīng)采取積極有效的人員管理措施。如可通過開展相關(guān)技術(shù)研討會，加強(qiáng)與研究院，各大高校以及優(yōu)質(zhì)企業(yè)的合作，來培養(yǎng)自己的專業(yè)人才，并吸引外部人才加入到內(nèi)部環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作中來，從而全面做到提升相關(guān)工作人員的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量管理等整體綜合能力。

5.3 管理體系方面

5.3.1 強(qiáng)化監(jiān)測站點的環(huán)境管理

環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站大多設(shè)立在高處，這樣建設(shè)是為了方便收集空氣中的數(shù)據(jù)，并能更好地接觸電信網(wǎng)絡(luò)，以進(jìn)行整體數(shù)據(jù)的有效傳遞與收集。因此，要確保監(jiān)測站點周圍的環(huán)境中沒有較為高大的建筑物或植物的遮擋，還要及時有效地清理監(jiān)測站點周圍的垃圾與雜物，保障監(jiān)測站點周圍的環(huán)境干凈整潔，通風(fēng)良好，以便于設(shè)備更好運(yùn)行。

5.3.2 優(yōu)化質(zhì)量控制的整體結(jié)構(gòu)

由以上內(nèi)容可知，質(zhì)量控制是數(shù)據(jù)監(jiān)測的科學(xué)性，準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)保障，因此，要對質(zhì)量控制進(jìn)行整體優(yōu)化。在實際工作中，可通過對工作人員的分組來進(jìn)行數(shù)據(jù)及人員的有效控制、考察。

5.3.3 提高儀器的校驗水平

在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測中，最重要的是設(shè)備的校驗工作，因為設(shè)備的準(zhǔn)確性將會對數(shù)據(jù)的整體分析結(jié)果產(chǎn)生至關(guān)重要的作用，所以各監(jiān)測站要有效提升儀器的校驗水平。而在設(shè)備的具體校驗過程中，可將設(shè)備送檢至專業(yè)校驗部門進(jìn)行強(qiáng)制校準(zhǔn)，也可以進(jìn)行儀器的內(nèi)部自主校準(zhǔn)，但必須保證在進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)時，還要進(jìn)行嚴(yán)格的程序化控制，且形成專業(yè)報告并將相關(guān)數(shù)據(jù)歸檔。

6 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)在我國大氣污染防治中發(fā)揮著重要作用。因此，為了保障該系統(tǒng)的正常運(yùn)行與穩(wěn)步發(fā)展，進(jìn)一步推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理及質(zhì)控信息化研究至關(guān)重要，這非常有助于提高環(huán)境監(jiān)測體系的運(yùn)行效率和監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。