張 偉,陸曉波,姜 勇

(1.南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,江蘇 南京 210013;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 南京 210036)

·監(jiān)測(cè)技術(shù)·

淺談灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)

張 偉1,陸曉波1,姜 勇2

(1.南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,江蘇 南京 210013;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 南京 210036)

灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)在中國(guó)起步較晚,對(duì)于灰霾的研究尚處于初級(jí)階段,國(guó)家尚未建立完善的標(biāo)準(zhǔn)和體系,各城市參與時(shí)間較短,系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行尚處于完善階段。通過實(shí)例,介紹了南京市灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的過程,運(yùn)行管理以及系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè);系統(tǒng)建設(shè);南京市

大氣環(huán)境中的灰霾又稱作大氣棕色云,是指大量極細(xì)微塵粒子,均勻漂浮在空中,使空氣普遍混沌,水平能見度小于 10 km的現(xiàn)象[1]?；姻驳闹饕廴疚餅榈缆窊P(yáng)塵、汽車尾氣、建筑施工、工業(yè)排放等一次粒子及硫酸與硫酸鹽、硝酸與硝酸鹽、黑碳、有機(jī)碳?xì)浠衔锏葰饬＾D(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的超細(xì)粒子,對(duì)人體健康產(chǎn)生極大的損害,并且影響區(qū)域氣候及交通。

為了摸清灰霾天氣對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響,探索灰霾監(jiān)測(cè)分析方法和質(zhì)量控制管理方法,建立統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測(cè)體系,國(guó)家環(huán)保部和中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站決定開展關(guān)于灰霾天氣對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響的研究工作。2007年選擇天津、上海、南京等城市作為試點(diǎn)城市。

灰霾的組分相當(dāng)復(fù)雜,包括了數(shù)百種大氣顆粒物。其中有害人類健康的主要是直徑小于 10μm的氣溶膠粒子,如礦物顆粒物,海鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)氣溶膠粒子等[2],影響和表征灰霾污染程度的因子也有很多,如氣象因素中的太陽輻射、溫濕度、大氣穩(wěn)定度、能見度。因此,灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜,監(jiān)測(cè)要素很多,需要投入較大資金進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行管理。

1 系統(tǒng)建設(shè)

相對(duì)于氣象部門 ,環(huán)保部門對(duì)于灰霾的監(jiān)測(cè)與研究起步較晚,監(jiān)測(cè)時(shí)間短、因子少、連續(xù)性差、自動(dòng)化程度低,尚未形成完善的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),更未建立完善的標(biāo)準(zhǔn)體系,南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站根據(jù)總站要求,廣泛考察了相關(guān)試點(diǎn)城市的建設(shè)情況,結(jié)合自身實(shí)際,于 2008年開始進(jìn)行灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè),在近 2年的時(shí)間里完成了點(diǎn)位選取、儀器選型、招標(biāo)、安裝、系統(tǒng)調(diào)試等工作。2009年底,系統(tǒng)通過了驗(yàn)收。

1.1 點(diǎn)位選取

按照總站的要求,結(jié)合空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范,在已有的大氣國(guó)控點(diǎn)中選取灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn) 2個(gè)。草場(chǎng)門大氣國(guó)控點(diǎn)設(shè)置在開闊地帶,不受局地污染影響,作為趨勢(shì)點(diǎn),反映城市區(qū)域灰霾污染趨勢(shì)。仙林大學(xué)城大氣國(guó)控點(diǎn)設(shè)置在灰霾污染輸送上風(fēng)向,且離市區(qū)較遠(yuǎn),作為遠(yuǎn)郊點(diǎn)反映區(qū)域尺度灰霾特征。

1.2 監(jiān)測(cè)因子選擇

選取的監(jiān)測(cè)因子主要有:基本污染因子——SO2、NO2、CO、O3;顆粒物濃度監(jiān)測(cè) ——PM10、PM2.5;氣象條件觀測(cè)——?dú)庀?5參數(shù)、能見度、太陽輻射 (總輻射、紫外輻射);灰霾前驅(qū)體——高低沸點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物 (VOC);灰霾組分與形態(tài)——黑碳、顆粒物粒徑等。

1.3 系統(tǒng)配置

國(guó)內(nèi)對(duì)于灰霾的監(jiān)測(cè)尚屬起步階段,儀器設(shè)備多以進(jìn)口為主,用戶相對(duì)較少。在儀器選型采購(gòu)中做了充分的市場(chǎng)調(diào)研,遠(yuǎn)赴廣東、上海、北京進(jìn)行深入調(diào)研,在原有常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,采購(gòu)了 5套不同種類的監(jiān)測(cè)儀器和相關(guān)輔助設(shè)備,以自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備為主,輔以手工采樣—實(shí)驗(yàn)室分析,形成較為完備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

灰霾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)在原有環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了灰霾特征因子的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1.3.1 在線揮發(fā)性有機(jī)物VOCs監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要通過在線氣相色譜的原理,連續(xù)監(jiān)測(cè)與大氣中二次污染物臭氧前驅(qū)體 (POCP)有關(guān)的多種揮發(fā)性有機(jī)污染物,不僅包括 C2-C5的低沸點(diǎn)碳?xì)浞治鰞x及 C6-C 12的高沸點(diǎn)碳?xì)浞治鰞x,還包括校準(zhǔn)設(shè)備、氫氣發(fā)生器、氮?dú)獍l(fā)生器及標(biāo)氣等。

1.3.2 黑碳分析儀

黑碳?xì)馊苣z(Black Carbon,BC)是大氣氣溶膠中最主要的吸光物質(zhì),除去一些特殊的天氣狀況(如沙塵、揚(yáng)塵),黑碳?xì)馊苣z對(duì)氣溶膠總的光吸收貢獻(xiàn)在 90%到 95%以上。黑碳儀正是利用黑碳?xì)馊苣z對(duì)光的這種吸收特性進(jìn)行測(cè)量。

1.3.3 顆粒物粒徑譜分析儀

顆粒物粒徑譜分析儀 (Grimm 180)利用光的散射技術(shù),通過 31個(gè)通道對(duì)直徑 0.25～32μm之間的顆粒物進(jìn)行測(cè)量。基于粒子密度的假設(shè),可以實(shí)時(shí)計(jì)算 PM10、PM2.5及 PM1的質(zhì)量濃度。

1.3.4 PM10/PM2.5雙通道顆粒物分析儀

可同時(shí)測(cè)量 P M10、PM2.5-10、PM2.5的質(zhì)量濃度,且能通過技術(shù)彌補(bǔ) Rp1400測(cè)塵儀監(jiān)測(cè)過程中揮發(fā)性物質(zhì)的損失。監(jiān)測(cè)儀由兩大部分構(gòu)成,帶有虛擬沖擊器的采樣組件和帶有 FDMS系統(tǒng)的TEOM 1405-DF單元。用戶利用一個(gè)彩色觸摸屏向 TEOM 1405-DF單元中輸入系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)配有用于個(gè)人計(jì)算機(jī) (PC)的軟件,允許用戶下載數(shù)據(jù)和更新設(shè)備的固件。

1.3.5 多組分采樣器

由美國(guó) RP公司生產(chǎn),采用哈佛大學(xué)專利的ChemComb Cartridge技術(shù)進(jìn)行采樣分析,可以分析PM10或者 PM2.5,并且可以在同一臺(tái)儀器上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)通道分別采集 PM10、PM2.5樣品,此功能通過Cartridge上的切割器和撞擊板實(shí)現(xiàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)47mm標(biāo)準(zhǔn)采樣膜。根據(jù)分析物質(zhì)不同,采用多個(gè)通道采集大氣中的氣體和顆粒物的有關(guān)物質(zhì)。

儀器名稱、型號(hào)配置如表 1。

表1 灰霾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和儀器配置

2 系統(tǒng)安裝調(diào)試與驗(yàn)收

按照空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范及灰霾試點(diǎn)監(jiān)測(cè)的要求,對(duì)站房進(jìn)行了總體改造。系統(tǒng)由一家供應(yīng)商負(fù)責(zé)總集成,各系統(tǒng)供應(yīng)商的技術(shù)人員負(fù)責(zé)儀器設(shè)備安裝,對(duì)儀器進(jìn)行通電試驗(yàn)和測(cè)試運(yùn)行,由儀器供應(yīng)商技術(shù)人員和本站人員共同進(jìn)行流量檢查、氣路檢查、零漂檢查、多點(diǎn)校準(zhǔn)和響應(yīng)時(shí)間檢查等。經(jīng)過 6天的單機(jī)測(cè)試,各臺(tái)儀器設(shè)備均符合技術(shù)指標(biāo)的要求。經(jīng)過 3個(gè)月的試運(yùn)行,系統(tǒng)運(yùn)行正常,通過驗(yàn)收。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 灰霾監(jiān)測(cè)

2009年 11月 7日至 8日,南京及周邊部分城市受不利天氣條件和秸稈焚燒影響,出現(xiàn)重污染天氣,11月 8日南京空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)指數(shù) 319,灰霾現(xiàn)象顯著。

期間,草場(chǎng)門灰霾子站黑碳、顆粒物粒徑譜及顆粒物雙通道監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化顯著。其中,11月 7日晚 17時(shí)起,黑碳濃度異常升高,最大小時(shí)質(zhì)量濃度達(dá)到 37.5 mg/m3,超出正?？諝赓|(zhì)量時(shí)黑碳質(zhì)量濃度 (5 mg/m3)7.5倍,說明污染物主要來自物質(zhì)的燃燒;不同粒徑顆粒物數(shù)量濃度也存在同樣的變化趨勢(shì),7日晚 17時(shí)起顆粒物數(shù)量明顯增多;Rp1405 DF的監(jiān)測(cè)結(jié)果更加直觀地顯示顆粒物質(zhì)量濃度的變化,PM10中 PM2.5的比重較大,而PM2.5-10粗顆粒物濃度無明顯變化,說明污染物主要以細(xì)顆粒 PM2.5為主。[3]

3.2 灰霾的研究

灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建成,提供了大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為灰霾研究提供了可能,在此基礎(chǔ)上,我們立項(xiàng)省、市二級(jí)課題《南京市灰霾天氣成因與預(yù)警技術(shù)研究》及《南京市灰霾天氣成因、對(duì)策及預(yù)警技術(shù)研究》,進(jìn)一步深入地研究灰霾成因與預(yù)警,為環(huán)境管理部門對(duì)灰霾污染防范與治理提供科學(xué)依據(jù)。

4 問題與建議

(1)灰霾監(jiān)測(cè)點(diǎn)位較少,分布不均勻,只能從小尺度反映局地污染,尚難反映出整個(gè)城市灰霾分布特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。

(2)相對(duì)于常規(guī)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)設(shè)備,部分灰霾監(jiān)測(cè)儀器種類繁多,有些監(jiān)測(cè)原理缺乏權(quán)威驗(yàn)證,有些儀器缺少嚴(yán)格的質(zhì)量保證控制手段,不能進(jìn)行有效地比對(duì)和計(jì)量,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以把握,建議盡快統(tǒng)一并制定灰霾監(jiān)測(cè)儀器的標(biāo)準(zhǔn)方法、質(zhì)控方法和計(jì)量方法。

(3)南京站目前的灰霾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還有待完善,氣象監(jiān)測(cè)、顆粒物組分分析等方面需增加有機(jī)碳/無機(jī)碳、氣溶 3膠光學(xué)厚度 (AOD)、風(fēng)廓線、大氣穩(wěn)定度等的監(jiān)測(cè),以利于從不同角度研究灰霾的污染程度、來源解析和形成機(jī)理。

(4)灰霾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了海量的數(shù)據(jù),對(duì)于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)價(jià),目前沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范可循,建議盡快制定細(xì)顆粒物濃度國(guó)家評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

南京市灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)為灰霾的深入研究提供了可能,取得了初步的成果?；姻沧詣?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的日常運(yùn)行積累了一些經(jīng)驗(yàn),有利于制定灰霾監(jiān)測(cè)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

灰霾自動(dòng)監(jiān)測(cè)起步較晚,運(yùn)行時(shí)間較短,使用過程中還存在很多問題,對(duì)于灰霾的研究尚處于初級(jí)階段。鑒于灰霾監(jiān)測(cè)和研究的復(fù)雜性和長(zhǎng)期性,尚需進(jìn)行長(zhǎng)期的深入的研究和實(shí)踐,拓展監(jiān)測(cè)方式和項(xiàng)目,完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng),最終建設(shè)灰霾監(jiān)測(cè)的超級(jí)站,涵蓋了顆粒物濃度監(jiān)測(cè)、氣象條件監(jiān)測(cè)、粒徑譜監(jiān)測(cè)、顆粒物組分分析和源解析、能見度觀測(cè)、垂直探測(cè)、遙感探測(cè)等,更好地為灰霾監(jiān)測(cè)與研究服務(wù)。

[1]中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[S].2003:25.

[2]王佳,韓見弘,黃蕊.淺析灰霾的形成和危害[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2007,147(17):37.

[3]陸曉波,許建華.一次典型灰霾天氣過程及成因分析[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2009 1(1):10-13.

D iscussion on the Construction of Dust Haze AutomaticallyM on itoring System

ZHANGWei1,LU Xiao-bo1,J IANG Yong2
(1.Nanjing EnvironmentalMonitoring Central Station,Nanjing,Jiangsu 210013,China;2.Jiangsu Provincial EnvironmentalMonitoring Center,Nanijing,Jiangsu 210036,China)

Dust haze autom atically m onitoring in China started fairly late and the standards and system w ere not established.Research on dust haze w as currently in the prim ary stage and cities participated only in a short period of tim e.The system construction and operation w ere still being improving.Introduced the construction process,operation m anagem ent and application of dust haze autom atically m onitoring in N anjing by an example.

dust haze autom atically m onitoring;system construction;N anjing

X 831

B

1674-6732(2010)-06-0015-03

10.3969/j.issn.1674-6732.2010.06.005

2010-02-03;

2010-03-08

張偉(1976—),男,工程師,本科,從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。