王翡 張孝寒

浙江省嘉興生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 浙江嘉興 314001

1 導(dǎo)言

隨著生活水平的提升，當(dāng)前人們?cè)絹?lái)越關(guān)注環(huán)境問(wèn)題，特別是對(duì)越來(lái)越嚴(yán)重的大氣環(huán)境問(wèn)題，已經(jīng)對(duì)人們的正常生活產(chǎn)生了影響，甚至對(duì)人們的生命健康都已經(jīng)產(chǎn)生的威脅，因此大氣環(huán)境治理已經(jīng)刻不容緩。做好大氣環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)，正是為了能夠針對(duì)性的采取措施進(jìn)行預(yù)防和管控?？梢哉f(shuō)，大氣環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確性、有效性直接影響大氣治理的效果、力度、周期。

2 大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 相關(guān)概念

大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行精細(xì)化管理，該系統(tǒng)建立在不同類型污染源以及具體監(jiān)控要求的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后在不同的網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)置在每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備重量都在0.1立方米以下，重量不到5公斤，是一種可以在室外微監(jiān)測(cè)設(shè)備，PM10、PM2.5、二氧化硫、一氧化碳等在大氣中的含量都以通過(guò)這種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共有監(jiān)測(cè)、質(zhì)控、數(shù)據(jù)分析三大單元構(gòu)成，監(jiān)測(cè)單元有六參數(shù)監(jiān)測(cè)站以及微型顆粒物檢測(cè)站等構(gòu)成；質(zhì)控單元由大氣環(huán)境模擬艙及質(zhì)控設(shè)備構(gòu)成；數(shù)據(jù)分析單元由數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、運(yùn)算、分析、管理等模塊構(gòu)成。其中監(jiān)控單元的相關(guān)設(shè)備在出廠前應(yīng)由質(zhì)控單元的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，并且監(jiān)測(cè)單元在運(yùn)行過(guò)程中也需要通過(guò)質(zhì)控單元對(duì)其進(jìn)行定期校準(zhǔn)。

2.3 要求

大氣網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)建立在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，其使用過(guò)程中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：第一是全面性要求，以《環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，應(yīng)用該系統(tǒng)需要對(duì)大氣中的固體顆粒、二氧化硫、一氧化碳等進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。第二是準(zhǔn)確性要求，大氣網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的大面積的覆蓋性監(jiān)測(cè)，但在系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)又有著不同的區(qū)域，因此就需要滿足不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)要求，這樣可降低區(qū)域差異性的影響，令監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。第三是分辨率要求，污染物在大氣中的含量是動(dòng)態(tài)的，為了更清晰的捕捉空氣質(zhì)量信息，必須要使用高分辨率的監(jiān)測(cè)設(shè)備，第四是實(shí)時(shí)性要求，通過(guò)監(jiān)測(cè)所獲得的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)實(shí)時(shí)上傳的處理中心，以便于實(shí)時(shí)掌握大氣環(huán)境的變化。

2.4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)大氣污染下自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表抗腐蝕性自動(dòng)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，結(jié)合嵌入式的ARM和集成ADSP21160進(jìn)行抗腐蝕性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成信息處理，采用激光探測(cè)技術(shù)提取大氣污染下自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表表面腐蝕性特征信息，實(shí)現(xiàn)激光成像，在基線控制協(xié)議下進(jìn)行自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表表面腐蝕激光成像的信息傳輸和融合處理。在大氣污染下，自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表抗腐蝕性自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為激光探測(cè)模塊、人交互模塊、輸出轉(zhuǎn)換控制模塊和集成信息處理模塊。首先進(jìn)行自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表表面腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架分析，在總線控制協(xié)議下進(jìn)行自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表抗腐蝕性自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息輸出轉(zhuǎn)換控制，結(jié)合模糊控制技術(shù)，進(jìn)行腐蝕性表面的激光探測(cè)，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程

自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表抗腐蝕性自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用ADI公司的ADSP21160處理器系統(tǒng)，對(duì)儀表抗腐蝕性表面的激光成像最低采樣率為120MHz，采用RS5485總線監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表抗腐蝕性自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息安全基線配置，結(jié)合Um接口的物理層設(shè)計(jì)進(jìn)行交叉編譯和總線調(diào)度，設(shè)計(jì)集成信息傳輸控制模型，采用MAC層交互協(xié)議設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行自動(dòng)化常規(guī)檢測(cè)儀表抗腐蝕性監(jiān)測(cè)輸出的VIX總線控制。

3 大氣污染物分析

3.1 氣狀物質(zhì)

這類污染物包含一氧化碳、SOx、NOx、臭氧和光化學(xué)成分：

CO：劇毒，會(huì)制約人體順利供氧，濃度>100ppm時(shí)，會(huì)令人體心肺功能出現(xiàn)異常；當(dāng)濃度超過(guò)250ppm甚至達(dá)到750ppm時(shí)，將令人喪失知覺(jué)甚至死亡，這種氣體源于車輛尾氣。（2）SOx：典型的SOx是以氫氧化硫、SO3以及SO2等酸霧狀態(tài)存在，這種大氣污染物源自石油和煤炭燃燒；SO2通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，SOx會(huì)和大氣內(nèi)的濕氣及其余顆粒物結(jié)合，加大空氣污染的嚴(yán)重性。SOx的毒性遠(yuǎn)大于CO，還會(huì)嚴(yán)重影響到人們的身體健康。對(duì)空氣污染最嚴(yán)重的物質(zhì)是SO2，其影響很大，而且分布范圍大，在監(jiān)測(cè)SO2時(shí)，主要方法有“定電位點(diǎn)”及“紫外熒光法”等。（3）NOx：高溫燃燒有機(jī)NOx后會(huì)形成NOx污染氣體，最后釋放NO與NO2等氣體。NOx會(huì)和光化學(xué)成分及O3結(jié)合，形成對(duì)身體健康有影響的有毒物質(zhì)。在監(jiān)測(cè)NO與NO2時(shí)，所要采用的儀器必須具有精準(zhǔn)性高、應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)等特征，而且在監(jiān)測(cè)方式上主要采取鹽酸二胺分光光度法，進(jìn)而監(jiān)測(cè)出NOx在大氣內(nèi)的占比。（4）O3：其化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)活躍，氣味比較刺激，會(huì)損害人體的心肺功能。（5）光化學(xué)成分。

3.2 顆粒狀污染物

空氣污染中，有大量顆粒狀物質(zhì)，典型的顆粒污染物質(zhì)有兩類：

重金屬物質(zhì)：Mn、Ga、Gr、Fe、Mo、Zn、Cu等均是人體需要的化學(xué)元素，但是這些元素如果超標(biāo)，就會(huì)影響到人體健康；Pb、Hg、Cd以及Al等元素也會(huì)影響到人體健康。（2）石棉：石棉微小粉粒，當(dāng)吸進(jìn)人體后將致癌。顆粒污染有很多成分和物質(zhì)，有危害性、不穩(wěn)定性及繁瑣性等特性，有些作為有害物質(zhì)，在空氣活動(dòng)中出現(xiàn)有害反應(yīng)。一般，大氣內(nèi)的顆粒物質(zhì)會(huì)起到吸附作用或是和氣體反應(yīng)，進(jìn)而釋放大量毒氣，因此，要監(jiān)測(cè)大氣的顆粒物質(zhì)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：顆粒物質(zhì)化學(xué)含量、降塵量、粒度布局狀況、可吸收顆粒物的含量、總懸浮顆粒物質(zhì)。

4 環(huán)境工程中大氣污染的危害

4.1 對(duì)人類的危害

大氣污染能直接帶給人類危害，也能間接的影響人們的身心健康和日常生活。不論是直接危害還是間接影響都是不可逆轉(zhuǎn)的。人們?cè)诤粑^(guò)程中吸入污染后的空氣，就會(huì)身患疾病，輕者會(huì)造成呼吸道感染疾病，重者會(huì)造成人們腎功能、心臟功能受損，甚至威脅到生命安全。間接影響就是大氣層被嚴(yán)重?fù)p害，紫外線、射線透過(guò)大氣層對(duì)人體、生物造成危害。

近幾年，我國(guó)的很多城市都會(huì)產(chǎn)生不同程度的霧霾天氣，在霧霾的影響下，人們患呼吸道疾病的概率增加，不僅影響了身體健康還降低了人們的生活質(zhì)量。另外，大氣污染還能間接的造成水資源、土壤等環(huán)境污染，進(jìn)而限制了社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 對(duì)生物的危害

眾所周知生物也存在于大氣環(huán)境中，大霧污染對(duì)生物有著直接影響。例如，大氣中含有大量的硫化物氣體，直接造成酸雨的情況，會(huì)造成自然環(huán)境失去酸堿平衡性。植物、農(nóng)作物不能適應(yīng)這樣的環(huán)境而死亡。動(dòng)物在飲用污水、呼吸污染過(guò)的空氣、吃一些污染后的植物都會(huì)直接造成死亡情況發(fā)生。

5 大氣環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)防治措施

5.1 大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)有150個(gè)以上的城市都應(yīng)用了大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)，已投入的監(jiān)測(cè)站在15000個(gè)以上，對(duì)大氣環(huán)境治理質(zhì)量的提升起到了非常積極的促進(jìn)作用。并且該系統(tǒng)的應(yīng)用還幫助各地的環(huán)境管理部門節(jié)省了大量物理和財(cái)力資源，促進(jìn)了大氣環(huán)境治理的精細(xì)化發(fā)展，提升了治理工作的效率，令各城市的空氣質(zhì)量得到了極大改善，為了對(duì)這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生更直觀的印象。

5.2 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)分析

采用高密度網(wǎng)格點(diǎn)布設(shè)實(shí)測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域高時(shí)間分辨率、高空間分辨率和多參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；反應(yīng)整個(gè)城市、背景、邊界、傳輸通道等區(qū)域的空氣質(zhì)量整體狀況和變化趨勢(shì)。在現(xiàn)有空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以市區(qū)5個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)點(diǎn)（不含白馬寺背景點(diǎn)）為中心，對(duì)其周邊500m范圍內(nèi)的東、南、西、北等4個(gè)方向，及1km范圍內(nèi)的東北、東南、西北、西南等4個(gè)方向分別進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)控，以及市區(qū)可能傳輸通道上布設(shè)若干網(wǎng)格化微型站，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊區(qū)域的全覆蓋式網(wǎng)格精準(zhǔn)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握環(huán)境污染分布狀況，探究空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)。

5.3 充實(shí)人員設(shè)備條件保證監(jiān)測(cè)工作有效開(kāi)展

無(wú)論污染物監(jiān)測(cè)的目的是什么，其監(jiān)測(cè)結(jié)果都應(yīng)該保證真實(shí)性、有效性、有代表性。這就要求各地區(qū)在開(kāi)展大氣環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)工作的時(shí)候，一方面要嚴(yán)格做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇和監(jiān)測(cè)方案的合理規(guī)劃；一方面也要做好人員配置、設(shè)備配置、經(jīng)費(fèi)劃撥等工作，要為監(jiān)測(cè)工作的有效開(kāi)展提供充分的條件保障。比如隨著科技的進(jìn)步，電化學(xué)免疫傳感器以及無(wú)線傳感器等開(kāi)始廣泛普及。這種技術(shù)、設(shè)備上的更新?lián)Q代也將對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，需要環(huán)境監(jiān)測(cè)管理部門多做研究、多做考慮。

5.4 進(jìn)行采樣與數(shù)據(jù)分析

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)完畢并做好基本的維護(hù)管理等情況下，接下來(lái)要做的就是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和分析統(tǒng)計(jì)。在這方面，需要相關(guān)人員嚴(yán)格做好監(jiān)測(cè)樣品的管理，確保樣品真實(shí)，完成樣品的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析匯總，從而為評(píng)估目標(biāo)區(qū)域的大氣環(huán)境狀況，進(jìn)行下一步的治理工作提供指導(dǎo)。對(duì)于樣本數(shù)據(jù)異常的情況，需要提起重視，及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，確保監(jiān)測(cè)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保周邊沒(méi)有新出現(xiàn)的干擾因素等。從而避免不正常的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)影響環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等工作。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，改善空氣污染現(xiàn)象，需要人類的共同努力，人們應(yīng)減少汽車使用頻率，各工廠要減少有害氣體的釋放量，本文所提到的大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?yàn)榇髿猸h(huán)境治理提供非常有力的依據(jù)，提升了大氣環(huán)境治理的效果，為保護(hù)大氣環(huán)境提供了充分保障。