環(huán)境監(jiān)測技術(shù)存在的問題及解決策略探究

王 帆

（山西云鼎環(huán)境工程有限公司，山西 太原 030000）

引言

現(xiàn)階段我國正大力推進生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護，環(huán)境治理需要遵循經(jīng)濟社會和生態(tài)建設(shè)的運行規(guī)律，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也要圍繞國家戰(zhàn)略新要求和新目標進行升級與變革。當前我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)以更高精度、更多成分、更大范圍、更加智慧的趨勢發(fā)展，今后要基于我國建設(shè)需求和國情進行環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的系統(tǒng)升級、算法優(yōu)化和信息處理，以推動我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。

1 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)存在的問題

5G、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、核心算法等信息技術(shù)已經(jīng)廣泛用于我國新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能夠為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)傳輸、信息獲取、指標統(tǒng)計的前沿功能。但當前此類前沿信息技術(shù)并未納入我國監(jiān)測領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃中，而傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)所依托的4G 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)和SQL Server 等數(shù)據(jù)系統(tǒng)只能提供層級單一、數(shù)據(jù)收集速率低、數(shù)據(jù)深度挖掘淺的功能，無法滿足當前的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)需求。并且，目前我國環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限、監(jiān)測信息質(zhì)量低，難以精準、及時對環(huán)境治理問題和污染事故進行防范預(yù)警，嚴重制約我國環(huán)境監(jiān)測體系的構(gòu)建和生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

2 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)優(yōu)化的實現(xiàn)路徑

2.1 基于前沿信息技術(shù)，全面優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和獲取傳輸方式

步入5G 商用時代后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不再受制于落后的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，推動了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的高效獲取的快速傳輸。比如，對于室內(nèi)環(huán)境問題，就可以借助5G 等前沿信息技術(shù)構(gòu)建底層硬件云環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的自動化數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)精準傳輸，從而實時監(jiān)測室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度、甲醛等有害氣體的含量等，并能夠及時越限報警；還可以將前沿信息技術(shù)與傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，形成由Sink 節(jié)點、無線傳感器、云端控制、移動端WAP 組成的無線環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的手機端實時查看。

基于區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)，將環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進行升級與技術(shù)融合，可有效提升環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)收集和傳輸質(zhì)量，通過環(huán)境監(jiān)測數(shù)值、監(jiān)測時間、監(jiān)測定位、監(jiān)測圖像可實時采集被監(jiān)測對象的全方位變化信息，并將信息及時傳輸和轉(zhuǎn)化成計算機數(shù)據(jù)字段，通過前沿信息技術(shù)的共識機制使信息無法刪除、無法更改、無法追溯來源，以此有效避免監(jiān)測數(shù)據(jù)的變動、干擾和惡意偽造。依托于信息前沿技術(shù)對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進行全面優(yōu)化，通過環(huán)境監(jiān)測設(shè)備向通訊設(shè)施和計算處理器實時傳輸CO、SO2、NO2、O2、PM2.5、污水COO、土壤污染指數(shù)等指標，并實時處理與呈現(xiàn)在計算機應(yīng)用系統(tǒng)和手機端WAP 軟件，形成環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸和處理的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1 所示。有效確保傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)和現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)相一致，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的在線不間斷監(jiān)測，推動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)從“數(shù)字管理”向“智慧管理”的模式轉(zhuǎn)變[1]。

圖1 基于前沿信息技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)

2.2 基于固相微萃取技術(shù)，監(jiān)測與分析環(huán)境空氣污染物

固相微萃取技術(shù)是將萃取相暴露于待分析物的樣品機制中，直到吸附平衡時，運用吸附平衡理論，得到被萃取分析物的值，如式（1）所示。

式中：n是被萃取分析物的計算值，c0是分析物的初始濃度，VS是樣品體積，Vf是圖層體積，Kfs是樣品和圖層分析物的分配系數(shù)。

將固相微萃取技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測中，能夠解決空氣污染物分析的溶劑消耗量大、采集方法繁瑣等問題，有效監(jiān)測環(huán)境空氣中揮發(fā)性硫化物、甲醛、氯苯、多環(huán)芳徑、揮發(fā)性胺物質(zhì)、四氯乙烯等揮發(fā)性物質(zhì)和半揮發(fā)性物質(zhì)，運用頂空式、直接浸入式等萃取模式就可實現(xiàn)分析物質(zhì)的有效監(jiān)測。環(huán)境空氣污染物質(zhì)的監(jiān)測與處理還需要選擇萃取涂層，而涂層的選擇需要根據(jù)污染物成分的極性，針對極性弱的物質(zhì)應(yīng)選用碳分子篩、聚二甲基硅氧烷等涂層，但此類涂層的化學(xué)穩(wěn)定性不適用于污染物的萃取涂層，會限制萃取能力的正常發(fā)揮。因此，運用固相微萃取技術(shù)需要盡快研究熱穩(wěn)定性等特性適宜的涂層和裝置。經(jīng)過國內(nèi)外的研發(fā)實驗，可以運用碳納米管材料，就可很好的應(yīng)對商品化涂層適應(yīng)性差的問題。針對極性強的物質(zhì)，應(yīng)通過衍生化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為極性弱或非極性物質(zhì)。但在衍生化過程中會產(chǎn)生干擾物質(zhì)，所以需要進一步優(yōu)化固相微萃取技術(shù)，經(jīng)過國內(nèi)外的研究成果表明，可以運用箭形固相微萃取裝置，且空氣污染物質(zhì)和溫度、濕度不會影響裝置運行，使固相微萃取涂層的吸附能力、抗干擾能力增強，保障固相萃取技術(shù)的高效精準的空氣污染物采樣與分析[2]。

2.3 基于光學(xué)遙感技術(shù)，構(gòu)建空氣環(huán)境的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

光學(xué)遙感技術(shù)的不斷升級與革新使環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也開啟的全新的發(fā)展階段，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的超遠距離目標監(jiān)測，節(jié)省近距離處理、取樣、檢測等步驟，環(huán)境監(jiān)測效率得到大幅度提升。近年來，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)廣泛運用了差分吸收光譜（DOAS）、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、衛(wèi)星遙感技術(shù)等?，F(xiàn)階段我國所應(yīng)用的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)可滿足環(huán)境監(jiān)測的基本需求，但還需進一步發(fā)展與研究高端環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。

當前，應(yīng)基于光學(xué)遙感技術(shù)、光譜技術(shù)等致力于解決環(huán)境污染源控制問題、復(fù)雜污染物處理問題、節(jié)能減排問題，圍繞高分辨率紫外線、質(zhì)譜分析與測量等方面進行技術(shù)突破，以此真正實現(xiàn)圍繞空氣污染物質(zhì)、重金屬、揮發(fā)性物質(zhì)等的全細節(jié)、高靈敏、高分辨率的監(jiān)測，以適應(yīng)當下建設(shè)生態(tài)社會和環(huán)境監(jiān)測技術(shù)可言的需要。基于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)構(gòu)建立體化、多平臺的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過對監(jiān)測范圍內(nèi)的污染源排放區(qū)域進行重點監(jiān)測，可實現(xiàn)全天候的實時監(jiān)測和防護預(yù)警，運用在線監(jiān)測系統(tǒng)就可對檢測范圍進行無組織的排放監(jiān)測，精準測量污染物排放氣體的柱濃度信息，采用車載式掩日法對監(jiān)測范圍進行全面循環(huán)的走航監(jiān)測，還可結(jié)合氣候信息測算和預(yù)估污染物排放通量，以及計算整個監(jiān)測范圍的污染物總體排放情況[3]。光學(xué)遙感技術(shù)、光譜監(jiān)測技術(shù)等在目前的環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域依然具有深度的發(fā)展?jié)撃芎蛷V闊的應(yīng)用前景，為我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與環(huán)境治理帶來更多機遇和可能。

3 結(jié)語

我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)緊密相關(guān)，技術(shù)的革新既要符合我國發(fā)展戰(zhàn)略，又要結(jié)合國情與國際技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀。當前，我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)應(yīng)積極運用前沿信息技術(shù)、固相微萃取技術(shù)、光學(xué)遙感技術(shù)、紅外光譜監(jiān)測技術(shù)等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時精準傳輸、數(shù)據(jù)的智能處理、數(shù)據(jù)獲取方式的優(yōu)化以及大范圍的智慧系統(tǒng)監(jiān)測，促進環(huán)境監(jiān)測技術(shù)向大數(shù)據(jù)、全要素、立體化的信息技術(shù)方向發(fā)展。