生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)在大氣污染防治中的應(yīng)用研究

章秀華

（江西省景德鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

引言

隨著城市化的發(fā)展，人民大眾的生活水平逐漸提高，在這一過(guò)程中，工業(yè)的快速發(fā)展以及人們的日常生活等均造成了一定程度的大氣污染，對(duì)全人類的生存產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。大氣污染問(wèn)題與我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念相違背，大氣污染不僅會(huì)對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生危害，嚴(yán)重的將會(huì)造成臭氧漏洞，進(jìn)而導(dǎo)致紫外線增強(qiáng)并加劇溫室效應(yīng)。因此，我們需要應(yīng)用生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)促進(jìn)大氣污染防治工作。

1 大氣污染成分及危害

1.1 顆粒物

本文以某城市為例，對(duì)大氣污染成分進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)其中顆粒物為最主要的污染成分，其成因多種多樣（見表1）。在工業(yè)化、城市化快速發(fā)展的背景下，城市中汽車尾氣排放、燃煤取暖、氣候變化以及工程建設(shè)等眾多污染物的排放均會(huì)導(dǎo)致大量顆粒物在大氣環(huán)境中累積，造成以PM2.5為主的顆粒物污染事件頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響人們的日常生活及生產(chǎn)活動(dòng)。

表1 某城市大氣顆粒物污染成因占比

這些顆粒物將會(huì)被人們吸入呼吸道中，進(jìn)而對(duì)人體心肺功能產(chǎn)生損害，使人們患呼吸道疾病的概率增加。若細(xì)顆粒物穿過(guò)呼吸道進(jìn)入人體，會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等造成破壞，進(jìn)而嚴(yán)重?fù)p害人們的身體健康，引發(fā)嚴(yán)重的心腦血管疾病。各種細(xì)顆粒物在大氣中漂浮，會(huì)使城市出現(xiàn)霧霾或重污染天氣。

1.2 臭氧

臭氧具有相對(duì)較強(qiáng)的氧化性，如果溫度較低，將會(huì)出現(xiàn)氧化反應(yīng)。人們不斷增加的社會(huì)活動(dòng)，促使城市中的臭氧污染達(dá)到了峰值。臭氧污染不僅會(huì)對(duì)人體健康造成影響，也會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。臭氧污染物經(jīng)過(guò)呼吸道被吸入人體內(nèi)，會(huì)引發(fā)胸悶、頭痛、咽喉腫痛等癥狀，嚴(yán)重的還會(huì)誘發(fā)呼吸道疾病，破壞人體免疫功能。同時(shí)臭氧也會(huì)破壞土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化。

2 大氣污染防治中生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的作用

2021年，通過(guò)對(duì)我國(guó)330個(gè)地級(jí)以上城市的環(huán)境空氣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，監(jiān)測(cè)4項(xiàng)主要的大氣污染物指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其中超過(guò)一半以上的城市均出現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量不良的現(xiàn)象，污染指標(biāo)出現(xiàn)明顯超標(biāo)，如表2所示。這進(jìn)一步證明當(dāng)前城市中大氣環(huán)境污染形勢(shì)仍較為嚴(yán)峻。

表2 2021年330個(gè)地級(jí)市大氣污染指標(biāo)檢驗(yàn)表

2.1 預(yù)防大氣污染

從表2中的內(nèi)容不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)眾多城市存在嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題，為了創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境，相關(guān)部門需要開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，借助生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控大氣環(huán)境，從而為大氣污染治理提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便及時(shí)預(yù)防大氣污染問(wèn)題[1]。我國(guó)當(dāng)前各個(gè)城市均有相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，工作人員通過(guò)對(duì)比監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，可了解大氣環(huán)境的特征及狀態(tài)，并根據(jù)其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析大氣污染的產(chǎn)生原因，進(jìn)而提前采取相應(yīng)的預(yù)防性手段，避免污染程度加深；同時(shí)為大氣污染極端問(wèn)題提供預(yù)報(bào)，以便在發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的第一時(shí)間采取應(yīng)急處理預(yù)案。

2.2 治理大氣污染

治理大氣污染的過(guò)程相對(duì)復(fù)雜且具有系統(tǒng)化特征，因此需要相關(guān)人員進(jìn)一步結(jié)合污染實(shí)際情況及特征開展工作。通過(guò)應(yīng)用生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，相關(guān)部門及人員能夠清晰掌握大氣環(huán)境中各種污染物的實(shí)際種類及其含量特征，從而更加清晰直觀地判斷大氣污染成因及污染程度，研究針對(duì)性的治理措施。

尤其是在已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的大氣污染之后，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門能夠根據(jù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析大氣污染的實(shí)際原因，同時(shí)對(duì)污染范圍進(jìn)行判斷，了解相應(yīng)的污染影響程度，根據(jù)數(shù)據(jù)查找污染源頭，進(jìn)而制定更加有效的治理方案。應(yīng)用生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，也能幫助相關(guān)人員判斷污染的移動(dòng)范圍，從而避免大氣污染影響人們的正常生活。

3 大氣污染防治中生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

先進(jìn)的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境實(shí)施全方位、多角度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其主要是對(duì)臭氧層、大氣成分以及居民居住區(qū)的空氣質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在實(shí)際開展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的過(guò)程中，相關(guān)人員通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠全面分析大氣成分及污染物的分布情況，并通過(guò)遙感測(cè)繪，將大氣污染物的變化趨勢(shì)結(jié)合數(shù)據(jù)，以測(cè)繪圖的方式進(jìn)行明確表示[2]，從而為大氣污染防治工作提供更加有效的針對(duì)性治理方案。

利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)大氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以啟動(dòng)無(wú)人機(jī)，通過(guò)機(jī)載測(cè)溫及測(cè)濕裝置等，測(cè)定大氣的溫濕度參數(shù)，同時(shí)也能對(duì)大氣環(huán)境中的臭氧及二氧化硫等成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)。相關(guān)部門及人員通過(guò)機(jī)載裝置對(duì)大氣中的各項(xiàng)可測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄之后，再對(duì)比正常狀態(tài)下的指標(biāo)，若出現(xiàn)污染超標(biāo)問(wèn)題，能夠第一時(shí)間進(jìn)行預(yù)警，尤其是在工業(yè)化程度較高的地區(qū)，可以利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)開展有效的監(jiān)測(cè)工作；通過(guò)無(wú)人機(jī)采集大氣污染樣本，再將其帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，可以對(duì)大氣污染中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行更加清晰地分析。通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)，能夠?qū)Υ髿馕廴痉乐芜^(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，相關(guān)人員可以充分了解防治進(jìn)度，避免出現(xiàn)瞞報(bào)現(xiàn)象，影響治理進(jìn)度。

通過(guò)遙感衛(wèi)星與地面信號(hào)接收設(shè)備的相互結(jié)合，可以將大氣污染情況進(jìn)行成像處理，并將大氣中VOC氣體通過(guò)各種不同顏色表示其濃度及分布范圍，直觀的圖像便于治理人員根據(jù)污染分布范圍開展針對(duì)性的治理。與此同時(shí)，在遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，相關(guān)人員能夠全天候監(jiān)督大氣污染物排放情況。如預(yù)先在無(wú)人機(jī)上設(shè)定檢測(cè)空氣污染物濃度的標(biāo)準(zhǔn)值，如果在監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)污染物超標(biāo)，無(wú)人機(jī)將會(huì)及時(shí)將超標(biāo)情況向地面控制系統(tǒng)發(fā)送，以便相關(guān)人員快速控制工廠的污染排放問(wèn)題，有效避免廢氣不處理就直接排放的現(xiàn)象發(fā)生。

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在大氣污染防治中的應(yīng)用，主要是通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)采集數(shù)據(jù)，再根據(jù)相關(guān)參數(shù)制定相應(yīng)的污染物分析報(bào)告，并以月度、季度為周期進(jìn)行發(fā)布。在冬季重點(diǎn)防治時(shí)期，通過(guò)對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)大量污染物的燃煤取暖區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，可以檢測(cè)大氣污染濃度及顆粒物含量，每日總結(jié)大氣污染實(shí)際情況；還可以通過(guò)GPS對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的秸稈焚燒現(xiàn)象進(jìn)行精準(zhǔn)定位，進(jìn)而為大氣環(huán)境污染防治提供充足的數(shù)據(jù)[3]。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在更加先進(jìn)智能的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用下，能夠在監(jiān)測(cè)中自動(dòng)生成3×3 km的監(jiān)測(cè)網(wǎng)格，并在其中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)PM2.5物質(zhì)，保障大氣污染治理更加合理有效。

3.2 立體監(jiān)測(cè)技術(shù)

立體監(jiān)測(cè)技術(shù)在大氣污染防治中表現(xiàn)出突出的全面性特征，通過(guò)車輛、飛機(jī)及地基等不同位置的大氣污染物情況監(jiān)測(cè)，可以為不同層級(jí)的空氣污染情況制定更具針對(duì)性的治理措施。例如通過(guò)車載DOAS，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域中的二氧化氮、二氧化硫等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并分析其時(shí)空分布特征；通過(guò)地基平臺(tái)等，對(duì)地面大氣污染物的實(shí)際排放情況加以顯示；利用機(jī)載平臺(tái)，能夠充分掌握VOCs的實(shí)際排放量，并通過(guò)柱濃度的方式將結(jié)果顯示出來(lái)。

利用立體監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以檢測(cè)霧霾的時(shí)空分布情況，一般選擇細(xì)粒子激光雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其主要原理為激光技術(shù)，在監(jiān)測(cè)中能夠體現(xiàn)連續(xù)性、高分辨率及高精度等優(yōu)勢(shì)特征，便于監(jiān)測(cè)技術(shù)人員對(duì)流程范圍內(nèi)的細(xì)粒子時(shí)空分布特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而精準(zhǔn)判斷大氣污染程度、演變過(guò)程以及污染物的具體數(shù)值。

某城市在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，利用立體監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的污染情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，開展監(jiān)測(cè)工作的次日就已經(jīng)出現(xiàn)了大范圍的顆粒物分布情況，且在監(jiān)測(cè)第4 d時(shí)，發(fā)現(xiàn)污染范圍出現(xiàn)了逐步擴(kuò)大的現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，API指數(shù)在較短時(shí)間內(nèi)從60增長(zhǎng)到111，污染程度為輕度；且在與地面距離0.2～0.9 km的范圍內(nèi)，出現(xiàn)了0.5～0.8 km的消光系數(shù)，并且呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)；0.1～0.2之間的退偏比數(shù)值，進(jìn)一步證明了當(dāng)前區(qū)域?qū)儆诰植课廴尽?/p>

3.3 紅外吸收光譜技術(shù)

在大氣污染防治工作中，發(fā)現(xiàn)差異性物質(zhì)在紅外光區(qū)中的選擇吸收特性存在一定的差異性，因此通過(guò)污染物對(duì)紅外光的實(shí)際吸收特征就能對(duì)其分子基團(tuán)進(jìn)行判斷，進(jìn)而掌握當(dāng)前污染物的實(shí)際種類。在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，紅外吸收光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)較廣，這是由于其具有較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)獲取特征，因此在特定的環(huán)境中能夠?qū)Υ髿馕廴緺顩r進(jìn)行精準(zhǔn)分析，全面發(fā)揮生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

紅外吸收光譜技術(shù)在實(shí)際生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用存在多種不同類型。以非分散的紅外吸收法為例，其能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境中的二氧化硫污染物進(jìn)行精準(zhǔn)檢驗(yàn)。這是基于二氧化硫氣體在紅外光譜中6.82～9 μm范圍內(nèi)具有鮮明的選擇吸收性，二氧化硫氣體能夠穿過(guò)具有7.3 μm的恒定波長(zhǎng)紅外光，光通量衰減以及二氧化硫的實(shí)際濃度參數(shù)之間的比值為朗伯-比爾定律。通過(guò)非分散的紅外吸收監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)二氧化硫加以監(jiān)測(cè)，應(yīng)用范圍相對(duì)較廣，且便于對(duì)相關(guān)讀數(shù)進(jìn)行記錄，也便于操作，唯一不足是如果大氣環(huán)境中的水蒸氣或含水量達(dá)到一定濃度，將會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，在應(yīng)用該技術(shù)對(duì)二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)需要對(duì)氣體進(jìn)行除濕處理，且紅外吸收光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)存在預(yù)熱時(shí)間較長(zhǎng)、濃度反應(yīng)相對(duì)較慢等問(wèn)題[4]。

通過(guò)光譜分析技術(shù)也能合理監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中的臭氧濃度，相關(guān)人員可以利用紫外線吸收分光光度法，借助臭氧本身的吸收光譜對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)；基于臭氧的光譜性質(zhì)，對(duì)比所收集的光譜，進(jìn)一步檢驗(yàn)大氣環(huán)境中的臭氧濃度。

3.4 樣本計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)

樣本計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)是在以往的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中較為傳統(tǒng)的技術(shù)之一，其主要監(jiān)測(cè)大氣污染中的顆粒物。應(yīng)用樣本計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)，工作人員可以通過(guò)多種不同的儀器設(shè)備，對(duì)大氣環(huán)境樣本進(jìn)行采樣，隨后通過(guò)過(guò)濾膜對(duì)大氣樣本進(jìn)行過(guò)濾，篩除的固體顆粒樣本就是大氣環(huán)境中的顆粒狀污染物；隨后工作人員可以對(duì)該顆粒物進(jìn)行檢驗(yàn)分析，判斷其種類，并根據(jù)大氣樣本的實(shí)際取量計(jì)算其濃度參數(shù)。

對(duì)大氣污染物中的顆粒物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)樣本計(jì)量監(jiān)測(cè)中的重量法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工作人員使用天平稱重，對(duì)顆粒物的空氣濾膜重量進(jìn)行采集，這一監(jiān)測(cè)方式同樣也是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)中的標(biāo)準(zhǔn)方法。該監(jiān)測(cè)方式的準(zhǔn)確性相對(duì)較高，但是該技術(shù)需要使用人工方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，難以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。工作人員也可以用微量振蕩天平技術(shù)對(duì)大氣污染中的顆粒物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)固體振動(dòng)頻率以及其與質(zhì)量之間的關(guān)系，對(duì)顆粒物的實(shí)際重量進(jìn)行測(cè)定。

微量振蕩天平監(jiān)測(cè)技術(shù)在大氣環(huán)境污染防治中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要是能夠精準(zhǔn)界定污染物的重量關(guān)系，但其可能會(huì)受到采集樣本揮發(fā)性及半揮發(fā)性的影響，使被監(jiān)測(cè)物質(zhì)出現(xiàn)一定程度的損耗，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果相較于實(shí)際數(shù)值可能會(huì)出現(xiàn)偏低的現(xiàn)象。

樣本計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)中的碘量法同時(shí)也能夠?qū)Υ髿庵械亩趸蚝窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)。工作人員使用氨基磺酸銨的混合液吸收大氣樣本中的二氧化硫，并利用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)其進(jìn)行滴定，進(jìn)而形成更加有效的監(jiān)測(cè)效果；通過(guò)對(duì)滴定量進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)相關(guān)關(guān)系比對(duì)，可對(duì)大氣樣本中的二氧化硫?qū)嶋H濃度進(jìn)行測(cè)定。應(yīng)用碘量法對(duì)大氣污染中的二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有較廣的應(yīng)用范圍，且監(jiān)測(cè)精度相對(duì)較高，能夠充分適應(yīng)不同監(jiān)測(cè)環(huán)境。但該技術(shù)的監(jiān)測(cè)周期相對(duì)較長(zhǎng)，需要依靠工作人員豐富的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)才能完成。

3.5 電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)

電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)通過(guò)對(duì)大氣污染物的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行判斷，從而對(duì)大氣污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。大氣環(huán)境中的各種污染物具有差異性的化學(xué)性質(zhì)，工作人員通過(guò)相應(yīng)的反應(yīng)就能掌握大氣環(huán)境中的污染物種類，進(jìn)而對(duì)其濃度進(jìn)行判斷。在大氣污染治理中，應(yīng)用電化學(xué)法主要是對(duì)二氧化硫及甲醛等氣態(tài)污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。

常見的是應(yīng)用電化學(xué)法中的定電位電解法對(duì)二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該法在煙氣中通過(guò)傳感器滲透膜將二氧化硫向滲透膜中進(jìn)行傳遞，進(jìn)而促使其向電解槽傳遞；基于恒定電位的工作電極狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生明顯的氧化反應(yīng)。通過(guò)定電位電解法監(jiān)測(cè)固定污染源廢氣中的二氧化硫，能夠進(jìn)行較大范圍的有效監(jiān)測(cè)，降低監(jiān)測(cè)誤差，且在現(xiàn)場(chǎng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)大氣污染較為嚴(yán)重，想要開展有效的防治工作，就需要充分應(yīng)用生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)大氣中的污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。相關(guān)人員通過(guò)各種不同的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以對(duì)大氣中污染物的種類、參數(shù)及分布等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和采集，從而有針對(duì)性地分析污染范圍及污染成因，以便開展有效的污染防治工作，保護(hù)大氣環(huán)境。