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        便攜式顆粒物分析儀在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

        2021-03-20 05:20:08婁亞敏劉奕堯
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年11期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析儀空氣質(zhì)量

        婁亞敏 ,鄭 瑤 ,李 明 ,王 瑞 ,劉奕堯

        (1.河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450046;2.河南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,河南 鄭州 450046;3.河南省開封生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,河南 開封 475000)

        引言

        隨著大氣污染防治工作的開展,各省紛紛采取各種方式推動(dòng)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況的改善,并出臺(tái)相應(yīng)考核方法,用于考核地方大氣污染治理成效。以河南省為例,2020 年3 月,河南省污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室《關(guān)于印發(fā)河南省城市環(huán)境空氣質(zhì)量生態(tài)補(bǔ)償辦法(試行)等辦法的通知》(豫環(huán)攻堅(jiān)辦〔2020〕15 號(hào)),明確考核目標(biāo),并向社會(huì)公眾發(fā)布所轄市、縣(市、區(qū))環(huán)境空氣質(zhì)量排名情況。在對(duì)市級(jí)年度考核中,環(huán)境質(zhì)量狀況占到7成,同時(shí)考核PM2.5、PM10年均濃度同比改善率、優(yōu)良天數(shù)比例3 項(xiàng)指標(biāo)。且若PM2.5、PM10年均濃度有一項(xiàng)同比不降反升的則降一個(gè)考核等級(jí),兩項(xiàng)均不降反升的降兩個(gè)考核等級(jí),直至降到不合格。由此可見,顆粒物濃度水平及其改善情況仍是地方大氣污染防治關(guān)注的重中之重。而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性又是考核的基礎(chǔ),只有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,考核才得以進(jìn)行。

        1 研究現(xiàn)狀

        目前,根據(jù)環(huán)保部相關(guān)規(guī)范,顆粒物的監(jiān)測(cè)手段有手工和自動(dòng)兩種方法[1]。在具體環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)考核中,主要采用自動(dòng)方法。手工方法主要用于數(shù)據(jù)比對(duì),多為了保障自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的準(zhǔn)確。手工監(jiān)測(cè)方法自身局限性較大,要到達(dá)每小時(shí)出數(shù)據(jù)較難,且需要投入較大的人力、物力,對(duì)實(shí)驗(yàn)室要求水平要求相對(duì)較高。自動(dòng)方法,有β 射線方法和微震蕩天平法,基于目前實(shí)際情況調(diào)查發(fā)現(xiàn),β 射線方法在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中有更廣泛的應(yīng)用。同時(shí),隨著自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展,近兩年開始出現(xiàn)研究便攜式顆粒物分析儀比對(duì)儀器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。鄧芙蓉等研究了3 種不同型號(hào)的光散射工作原理的顆粒物監(jiān)測(cè)儀的室內(nèi)細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)效果,并探討對(duì)其監(jiān)測(cè)結(jié)果可能的影響因素[2];高睿,李賽研究了6 種不同的采用光散射方法的便攜式顆粒物監(jiān)測(cè)儀在室內(nèi)PM2.5監(jiān)測(cè)性能情況[3];張展毅等在對(duì)揚(yáng)塵及顆粒物的影響、研究現(xiàn)狀及監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,完成了采用光散射技術(shù)的便攜式顆粒物獲得的結(jié)果的可靠性比對(duì)實(shí)驗(yàn),并對(duì)其進(jìn)行了性能評(píng)估[4]。但采用β 射線方法的便攜式顆粒物分析儀在環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究鮮見,基于此,本文開展了基于β射線方法的便攜式顆粒物分析儀與環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器比對(duì)研究工作,通過(guò)比對(duì),了解PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性,同時(shí)積累便攜式顆粒物分析儀與自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器比對(duì)及環(huán)境空氣運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)。

        2 顆粒物比對(duì)儀器

        本次比對(duì)實(shí)驗(yàn)使用到2 臺(tái)PM2.5便攜式顆粒物分析儀,型號(hào)為:METONE E-BAM,編號(hào)分別為Y24874、A12353;原理均為β 射線法,儀器采樣流量與環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站保持一致,均設(shè)定為16.7L/min。

        3 儀器安裝與樣品采集

        每次比對(duì)在環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)放兩臺(tái)便攜式顆粒物分析儀,便攜式分析儀與自動(dòng)站的采樣入口高度保持一致,距離1m 左右。

        比對(duì)時(shí)間,其中7 月比對(duì)3 次;8 月比對(duì)3 次。分別涉及河南省6 個(gè)省轄市,扣除異常數(shù)據(jù)、儀器啟動(dòng)、穩(wěn)定等無(wú)效數(shù)據(jù),最終獲得66 個(gè)有效日均值數(shù)據(jù),1575 個(gè)小時(shí)有效數(shù)據(jù)。為了便于分析,本文每次結(jié)果均選取連續(xù)的5 天數(shù)據(jù)。

        4 質(zhì)量控制

        本次使用的PM2.5便攜式顆粒物分析儀在使用前已采用參比方法與手工儀器進(jìn)行過(guò)平行性比對(duì),獲取的斜率、截距及相關(guān)系數(shù)均滿足《環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》(HJ 665-2013)要求[5],每次比對(duì)工作開始前,先對(duì)攜帶的便攜式顆粒物比對(duì)儀器進(jìn)行檢查調(diào)試,包含設(shè)備清潔、儀器自檢、氣密性檢查、溫壓傳感器檢查、流量檢查、校準(zhǔn)膜檢查。同時(shí)對(duì)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行檢查調(diào)試。待儀器穩(wěn)定運(yùn)行后,開始比對(duì)工作[6]。

        5 監(jiān)測(cè)結(jié)果

        通過(guò)比對(duì),將每次獲得的兩臺(tái)設(shè)備的小時(shí)值進(jìn)行線性回歸分析,經(jīng)分析,以Y24874 所監(jiān)測(cè)值為Y 值,以A12353 所監(jiān)測(cè)值為X 值,6 次線性回歸所得相應(yīng)斜率、截距以及R2值結(jié)果見下表1:

        表1 6 次比對(duì)兩個(gè)便攜性儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)線性回歸分析數(shù)據(jù)

        站點(diǎn)日均值及兩臺(tái)比對(duì)設(shè)備的日均值及其相對(duì)偏差見表2。

        6 結(jié)果分析

        (1)從兩臺(tái)便攜式儀器6 次比對(duì)結(jié)果回歸分析來(lái)看:R2基本上都在0.93 以上,且兩臺(tái)儀器線性回歸的斜率差別較小,最大的斜率差也未超過(guò)0.07,斜率整體接近于1。截距也相對(duì)較小,在-1.665~0.8691 之間浮動(dòng),證明兩臺(tái)便攜式儀器有較好的相關(guān)性,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致性較好。各站點(diǎn)分布在河南省不同的市,兩個(gè)站點(diǎn)都有一定距離,每次比對(duì)前都需將儀器運(yùn)輸至下一個(gè)站點(diǎn),從便攜式儀器數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看,儀器自身穩(wěn)定性較好,不易受交通運(yùn)輸?shù)鹊挠绊?。且環(huán)境溫度對(duì)儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)影響也不大。(2)從6 個(gè)站點(diǎn)比對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)看,站點(diǎn)2 和站點(diǎn)6 的比對(duì)結(jié)果較好,2 臺(tái)比對(duì)設(shè)備的日均值與站點(diǎn)的日均值相對(duì)偏差基本上都低于5%,站點(diǎn)數(shù)據(jù)與便攜式儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致性較好。其他站點(diǎn)特別是站點(diǎn)1,2 臺(tái)比對(duì)設(shè)備的日均值與站點(diǎn)的日均值相對(duì)偏差都在14%以上,站點(diǎn)數(shù)據(jù)與便攜式儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果的一致性較差。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 664-2013)點(diǎn)位變更相關(guān)技術(shù)要求,當(dāng)新選的城市點(diǎn)與原城市點(diǎn)平均濃度偏差小于15%,新選的城市點(diǎn)可代表當(dāng)前城市該區(qū)域的城市環(huán)境質(zhì)量[7],由監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示站點(diǎn)2 和站點(diǎn)6 的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可更好的代表環(huán)境空氣質(zhì)量,站點(diǎn)1、3、4 的監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行情況值得關(guān)注。(3)抽取站點(diǎn)6 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,對(duì)比站點(diǎn)6、兩臺(tái)便攜式儀器均值及該站點(diǎn)周邊城市點(diǎn)位8 月25 日-30 日小時(shí)數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)相應(yīng)曲線見圖1。

        表2 6 個(gè)站點(diǎn)相應(yīng)比對(duì)數(shù)據(jù)(單位:ug/m3)

        圖1 站點(diǎn)比對(duì)曲線圖

        從圖1 可知,兩臺(tái)便攜式儀器均值與站點(diǎn)6 小時(shí)的曲線的一致性較好,該站點(diǎn)與周邊城市站點(diǎn)A、B 的曲線一致性也相對(duì)較好。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值也較接近。證明該站點(diǎn)可真實(shí)反映當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量狀況。同時(shí),對(duì)站點(diǎn)1 和兩臺(tái)便攜式儀器均值的小時(shí)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,結(jié)果表明,站點(diǎn)1 與兩臺(tái)便攜式儀器均值的小時(shí)值的曲線一致性較差。

        由以上分析可見,便攜式儀器可用于日常環(huán)境空氣質(zhì)量比對(duì)監(jiān)測(cè),相較于手工比對(duì)儀器,便攜式儀器具有體積小,可連續(xù)出數(shù)據(jù)與自動(dòng)站儀器擁有相同的監(jiān)測(cè)方法,適用性更強(qiáng)。同時(shí),可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果,對(duì)自動(dòng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行反面印證,當(dāng)關(guān)注到城市某個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)明顯異于周邊監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),可采用便攜式儀器進(jìn)行比對(duì),可快速判斷該站點(diǎn)或者周邊站點(diǎn)數(shù)據(jù)異常,為運(yùn)維管理者提供準(zhǔn)確的工作方向,減少不必要的工作。

        雖然,便攜式儀器比手工方法獲取的數(shù)據(jù)快,但在日常監(jiān)測(cè)工作中,應(yīng)關(guān)注將便攜式儀器的相關(guān)質(zhì)控工作,每次比對(duì)前應(yīng)開展必要的質(zhì)控工作,若條件允許,應(yīng)先行開展3 日以上的運(yùn)行工作,采用兩臺(tái)以上便攜式儀器進(jìn)行比對(duì),并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性和小時(shí)數(shù)據(jù)曲線分析,待儀器數(shù)據(jù)穩(wěn)定后,再行開展正常的比對(duì)工作,以保障便攜式儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性,當(dāng)其中任一臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí),應(yīng)立即終止比對(duì),待滿足條件后再行開展。

        7 結(jié)束語(yǔ)

        本文通過(guò)對(duì)幾次PM2.5便攜式顆粒物分析儀與環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行比對(duì),通過(guò)比對(duì)分析,發(fā)現(xiàn)便攜式儀器可較好的運(yùn)行在環(huán)境空氣質(zhì)量保障工作,對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的準(zhǔn)確性起到積極的作用??蔀榄h(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站運(yùn)維管理等工作提供有效的手段。但在開展相應(yīng)工作中,應(yīng)注重質(zhì)控工作的開展,確保開展的工作是有效的。

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