李祥芹

（山東省臨沂生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 臨沂 276000）

0 前言

無(wú)論是人類活動(dòng)還是自然環(huán)境都會(huì)導(dǎo)致大氣中混入其他物質(zhì)，當(dāng)此類物質(zhì)濃度過(guò)高時(shí)會(huì)引發(fā)大氣污染，這種污染將會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，還會(huì)對(duì)人們的生活環(huán)境和身體健康造成威脅。而且，如果不進(jìn)行妥善治理，大氣污染問(wèn)題只會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。從工業(yè)革命以來(lái)，大氣污染問(wèn)題始終困擾著人們，而且隨著工業(yè)發(fā)展大氣污染范圍也不斷擴(kuò)大。當(dāng)前，我國(guó)高度重視大氣污染治理問(wèn)題，不斷地提升環(huán)境監(jiān)測(cè)與污染治理技術(shù)水平。

1 大氣污染

無(wú)論是人類活動(dòng)還是自然環(huán)境都會(huì)導(dǎo)致大氣中混入其他物質(zhì)，當(dāng)此類物質(zhì)濃度過(guò)高時(shí)會(huì)引發(fā)大氣污染，這種污染將會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，還會(huì)影響人們的生活環(huán)境和身體健康。例如，北京地區(qū)的主要大氣污染問(wèn)題是PM2.5（細(xì)顆粒物）超標(biāo)，它們大多源于人類的生產(chǎn)生活中的行為，將會(huì)嚴(yán)重污染空氣，并危害人體健康。

2 大氣污染成因

大氣污染物主要分為氣溶膠狀態(tài)污染物和氣體狀態(tài)污染物，前者包括粉塵、PM2.5、懸浮物、煙液滴以及PM10等；后者以硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳?xì)浠衔锖秃u素化合物為主。產(chǎn)生大氣污染物并導(dǎo)致其濃度超標(biāo)的原因也分為自然原因和人為原因。

2.1 自然原因

自然環(huán)境變化會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)境中的污染物增多，在部分污染物排放方面，自然源排放量甚至?xí)^(guò)人為源。造成大氣污染的自然原因有很多種，多數(shù)為自然災(zāi)害。例如火山噴發(fā)、森林火災(zāi)以及沙塵暴等；而自然植物釋放和海浪飛沫傳播也會(huì)導(dǎo)致大氣污染。該文對(duì)常見的大氣污染成因和污染物類型進(jìn)行了總結(jié)，其結(jié)果見表1。

表 1 大氣污染的自然源

2.2 人為原因

與自然原因相比，大氣污染的人為原因很多，且影響力更強(qiáng)。在實(shí)踐中，人們的生產(chǎn)生活方式是導(dǎo)致大氣污染的主要原因。

首先是工業(yè)生產(chǎn)?，F(xiàn)代工業(yè)發(fā)達(dá)，大部分工業(yè)生產(chǎn)都以化石能源為燃料，部分企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)還會(huì)使用化工原料?；诖?，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中往往含有大量的有毒有害固體和氣體，其不當(dāng)排放就會(huì)導(dǎo)致大氣污染。而且，企業(yè)對(duì)污染物排放的控制能力和治理手段也將會(huì)對(duì)大氣污染程度造成影響。

其次是煤炭燃放。進(jìn)入冬季以后，北方地區(qū)大多會(huì)以燃燒煤炭的方式取暖，從而導(dǎo)致大氣污染物激增。近幾年，供暖鍋爐改造計(jì)劃不斷落實(shí)，許多地區(qū)都以清潔能源代替煤炭供暖，但是仍有許多區(qū)域保持燃煤供暖。許多供暖公司為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，并沒(méi)有有效地開展污染治理工作，使得燃煤區(qū)域霧霾問(wèn)題嚴(yán)重。

再次是尾氣排放。汽車尾氣排放也是造成大氣污染的主要人為原因，其污染物主要包括一氧化碳、碳?xì)浠衔?、硫氧化物等[1]。除了汽車以外，船舶、飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具也會(huì)排放尾氣，如果未經(jīng)處理必然會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。

最后是施工揚(yáng)塵。隨著城市的發(fā)展，工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，項(xiàng)目數(shù)量也越來(lái)越多，施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，從而污染空氣。當(dāng)前，人們對(duì)揚(yáng)塵問(wèn)題的關(guān)注度并不高，施工單位在該方面的預(yù)防和管理措施也不完善，都加劇了空氣污染。與揚(yáng)塵類似的污染因素還有農(nóng)業(yè)活動(dòng)，人們開展農(nóng)業(yè)活動(dòng)時(shí)容易因農(nóng)藥、化肥顆粒飄散或秸稈燃燒污染大氣環(huán)境。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)的應(yīng)用

大氣污染治理是預(yù)防、緩解以及消除大氣污染的主要方法，在工作中將基于政策扶持、法規(guī)約束和技術(shù)方法支持，有效治理大氣污染問(wèn)題?，F(xiàn)階段，開展大氣污染治理工作，需要控制有毒有害物質(zhì)排放量以及空氣中的污染物濃度，相關(guān)工作應(yīng)該以國(guó)際和國(guó)家污染防治指標(biāo)為依據(jù)。在進(jìn)行大氣環(huán)境污染治理前，相關(guān)工作人員需要先確定污染物成分、濃度，被污染區(qū)域的實(shí)際發(fā)展情況和污染成因，而這些信息都需要通過(guò)大氣污染環(huán)境監(jiān)測(cè)獲取。環(huán)境監(jiān)測(cè)是1種基于特定目的，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)選定區(qū)域的環(huán)境要素進(jìn)行觀察、測(cè)定和分析的過(guò)程，是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，可以為環(huán)境管理和污染治理提供依據(jù)[2]。在大氣污染治理方面，環(huán)境監(jiān)測(cè)將發(fā)揮極大的輔助和支持作用。當(dāng)前，由于人類活動(dòng)造成的大氣污染更為常見，因此該文將圍繞人類活動(dòng)引發(fā)的大氣污染研究污染成因與環(huán)境監(jiān)測(cè)治理技術(shù)。

3.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

當(dāng)前，人們對(duì)環(huán)保問(wèn)題極為重視，環(huán)境保護(hù)工作內(nèi)容和方式也在不斷豐富，這使得環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的類型不斷增多。針對(duì)不同的大氣污染物，適用的監(jiān)測(cè)技術(shù)各不相同。例如，以光度法、庫(kù)倫滴定法監(jiān)測(cè)二氧化硫；以安裝尾氣排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和氮氧化物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方式，監(jiān)測(cè)氮氧化物含量；以大氣監(jiān)測(cè)儀和濾膜監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行固體顆粒物含量監(jiān)測(cè)等。除此之外，在大氣污染環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，還應(yīng)用了許多面向所有污染物的監(jiān)測(cè)技術(shù)。

3.1.1 立體監(jiān)測(cè)技術(shù)

大氣環(huán)境的立體監(jiān)測(cè)技術(shù)主要面向地基、車輛以及飛機(jī)，這種監(jiān)測(cè)技術(shù)具有極強(qiáng)的全面性，可以對(duì)不同來(lái)源的大氣污染物進(jìn)行合理監(jiān)測(cè)。此類型監(jiān)測(cè)技術(shù)主要分為3個(gè)部分：1） 地基監(jiān)測(cè)。2） 車載測(cè)量。3） 機(jī)載測(cè)量。地基監(jiān)測(cè)是利用地基監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)大氣環(huán)境中的污染物成分進(jìn)行分析，此時(shí)可以采用被動(dòng)變換紅外線光譜檢測(cè)技術(shù)和多波段廣儀監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。車載測(cè)量和機(jī)載測(cè)量，都是通過(guò)安裝相應(yīng)的適宜的監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)確定大氣污染物成分和濃度的監(jiān)測(cè)技術(shù)。前者需要在車輛上安裝車載測(cè)量設(shè)備，從而對(duì)車輛行駛中排放的尾氣和污染物吹移情況進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)測(cè)，進(jìn)而預(yù)估污染物移動(dòng)數(shù)量；后者則是在飛機(jī)中安裝檢測(cè)設(shè)備，記錄和監(jiān)測(cè)飛機(jī)飛行區(qū)域的大氣環(huán)境，從而獲得準(zhǔn)確的污染信息。例如采用車載DOAS進(jìn)行某地區(qū)二氧化氮、二氧化硫時(shí)空分布特征的監(jiān)測(cè)，可以在地基平臺(tái)上直觀地看到污染物的排放量與通量，利用機(jī)載平臺(tái)獲取道VOCs的排放通量與柱濃度分布結(jié)果，測(cè)得放空前通量下降了32%，放空后先上升80%、再迅速降低88%，且VOCs最大濃度也在放空后呈現(xiàn)出先快速增加、后急劇降低的趨勢(shì)。將上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與變化曲線進(jìn)行總結(jié)，能夠?yàn)樵搮^(qū)域范圍內(nèi)VOCs減排效果的評(píng)估提供技術(shù)支持，完成對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合處理與利用。

現(xiàn)階段大氣污染物的監(jiān)測(cè)大多數(shù)是以光學(xué)原理作為技術(shù)依據(jù)，融合環(huán)境科學(xué)、光譜學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)內(nèi)容，并綜合運(yùn)用吸收光譜、光的散射等方法進(jìn)行環(huán)境污染機(jī)理的研究。在立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，以霧霾過(guò)程時(shí)空分布監(jiān)測(cè)為例，選用細(xì)粒子激光雷達(dá)作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，該設(shè)備基于激光技術(shù)原理完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的連續(xù)、高時(shí)空分辨率、高精度探測(cè)，以對(duì)流層范圍內(nèi)的細(xì)粒子作為觀測(cè)對(duì)象，觀察其時(shí)空分布特征，就可以直觀地了解大氣中污染物的發(fā)展演變過(guò)程，并掌握對(duì)流層中的霧霾污染與光化學(xué)污染嚴(yán)重情況，對(duì)污染物來(lái)源、種類以及污染過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。根據(jù)2020年11月2—14日的消光系數(shù)與退偏比觀測(cè)結(jié)果可知，在2020年11月3日監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)開始出現(xiàn)顆粒物，在2020年11月5—6日中午時(shí)段污染區(qū)域面積開始迅速擴(kuò)大，觀察到API指數(shù)由2020年11月2日前的60迅速攀升至111，屬于輕型污染；在距離地面0.2 km～0.9 km處，消光系數(shù)值主要分布在0.5 km-1～0.8 km-1，從整體來(lái)看，消光系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)；退偏比數(shù)值主要分布在0.1～0.2，說(shuō)明此處主要呈現(xiàn)為局地污染。

除此之外，還可以建立大氣污染天地空一體化檢測(cè)技術(shù)體系，基于地、空、天檢測(cè)平臺(tái)完成多元化監(jiān)測(cè)。此時(shí)，需要基于氣溶膠激光雷達(dá)、溫度廓線探測(cè)激光雷達(dá)、多波長(zhǎng)水汽拉曼激光雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)和MAX-DOAS掃描成像DOAS進(jìn)行地基遙感觀測(cè)；通過(guò)常規(guī)空氣自動(dòng)站、氣象參數(shù)一體式監(jiān)測(cè)儀、能見度儀、紫外輻射計(jì)、濁度計(jì)、黑碳儀和單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀等進(jìn)行地基原位觀測(cè)；利用無(wú)人機(jī)和系留氣艇集合光學(xué)探測(cè)技術(shù)、遙感和監(jiān)測(cè)技術(shù)完成搭建空基平臺(tái)進(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)；最后采用衛(wèi)星遙感觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行天基平臺(tái)監(jiān)測(cè)。

3.1.2 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)包括大氣成分遙感監(jiān)測(cè)、臭氧層遙感監(jiān)測(cè)、居民生活區(qū)遙感監(jiān)測(cè)3個(gè)部分，主要方法是利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)從不同角度開展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)大氣成分時(shí)，溫室氣體、干濕沉降、輻射以及臭氧總量都屬于被監(jiān)測(cè)對(duì)象，基于該技術(shù)可以有效地分析大氣成分及其分布情況，從而明確污染物含量以及變動(dòng)趨勢(shì)，十分有利于制定大氣污染治理方案[3]。

衛(wèi)星遙感技術(shù)的主要原理是利用遙感器探測(cè)地面環(huán)境變化，結(jié)合地物的光譜特征響應(yīng)結(jié)果探測(cè)具體變化的情況。但是遙感技術(shù)不能直接識(shí)別出氣體的物理含量，主要以氣溶膠吸收光譜的情況及其輻射效應(yīng)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)測(cè)算空氣中氣溶膠的含量，了解大氣分子的分布特征。以某市環(huán)境空氣質(zhì)量污染監(jiān)測(cè)工作為例，管理機(jī)構(gòu)選用Terra/Aqua-MODIS、高分五號(hào)等衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)源，借助大數(shù)據(jù)反演技術(shù)獲取PM2.5、臭氧濃度等數(shù)據(jù)，并結(jié)合地基常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)資料完成對(duì)全市區(qū)域內(nèi)不同時(shí)段、不同區(qū)劃尺度大氣污染物濃度的綜合監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)頻次設(shè)計(jì)時(shí)，首先以月度、季度為單位，自動(dòng)生成污染物濃度含量的遙感監(jiān)測(cè)分析報(bào)告；其次以冬防期作為重點(diǎn)觀測(cè)范圍，在每一年的11月中旬到第二年3月中旬整合該市重污染天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)信息進(jìn)行特定區(qū)域范圍內(nèi)污染物濃度、顆粒物含量的推演，獲取到PM2.5、臭氧濃度等指標(biāo)的每日監(jiān)測(cè)結(jié)果；最后選定秸稈焚燒季節(jié)，結(jié)合地理環(huán)境勘測(cè)結(jié)果、綜合運(yùn)用GPS等輔助技術(shù)，在全市范圍內(nèi)完成秸稈焚燒火點(diǎn)的分別定位，并以24 h為單位獲取污染物濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。通過(guò)上述監(jiān)測(cè)頻次與方案的設(shè)計(jì)，將該市成功劃分為3×3 km的大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)格，從中篩選出PM2.5、臭氧濃度最高的網(wǎng)格設(shè)為熱點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管，并向所轄市區(qū)發(fā)出預(yù)警通報(bào)，便于協(xié)調(diào)相關(guān)工作人員進(jìn)行區(qū)域范圍內(nèi)的精確排查，有效提升大氣污染治理工作的實(shí)效性。

3.2 污染治理技術(shù)

治理大氣污染需要從實(shí)際出發(fā)，所以常用的大氣污染治理技術(shù)也都與污染成因息息相關(guān)。現(xiàn)階段，“對(duì)癥下藥”和“統(tǒng)籌管理”是治理大氣污染的主要原則，大氣污染治理技術(shù)的方法也都具有針對(duì)性特點(diǎn)。

3.2.1 燃料燃燒污染治理

這種污染主要來(lái)自于鍋爐燃燒與煉焦生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域，如果需要治理因鍋爐燃燒而引發(fā)的大氣污染，就必須對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行優(yōu)化，并且不斷提升污染治理意識(shí)。此時(shí)，可采用原煤脫硫技術(shù)減少燃料中的無(wú)機(jī)硫，進(jìn)而從根本上減少燃料燃燒后的硫化物排放量。同時(shí)，還可以采用液態(tài)化燃煤技術(shù)改進(jìn)燃煤，從而有效治理燃燒污染。當(dāng)然，相關(guān)工作人員還能采用新能源開發(fā)、生物燃料燃燒、石灰處理技術(shù)和優(yōu)化鍋爐煙囪設(shè)計(jì)的方式治理因燃料燃燒引起的環(huán)境污染。

以某焦化股份有限公司的焦?fàn)t煙道氣體治理項(xiàng)目為例，該公司以往在從事煉焦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將焦?fàn)t煙氣中攜帶的大量二氧化硫、氮氧化物和粉塵等污染物直接排入大氣中，引發(fā)酸雨、臭氧層破壞等自然災(zāi)害，并且危害人體健康。為了解決該問(wèn)題，該公司在市環(huán)保部門的指導(dǎo)下于2016年末起全面開展焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目的建設(shè)工作，投入1.8億元購(gòu)置5套脫硫脫硝裝置與1套供氨系統(tǒng)，采用“SDS干法脫硫+布袋除塵器+SCR脫硝”工藝路線進(jìn)行焦?fàn)t煙氣的凈化處理，在煙道上方增設(shè)緊急噴淋裝置、起到降低氣體溫度的作用。通過(guò)檢測(cè)該項(xiàng)目投入使用后的運(yùn)行結(jié)果可知，其焦?fàn)t煙道廢氣中的二氧化硫含量≤30 mg/Nm3、氮氧化物含量≤150 mg/Nm3、粉塵含量≤30 mg/Nm3，單座焦化爐年均減排量共計(jì)1336 t，滿足當(dāng)?shù)爻团欧乓螅瑢?shí)現(xiàn)節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。

3.2.2 硫化物治理

大氣污染物中的硫化物多以二氧化硫和三氧化硫的形態(tài)出現(xiàn)，雖然它們自身毒性不大，但是卻容易與氧氣和水分子發(fā)生反應(yīng)，形成酸雨或硫酸煙霧，進(jìn)而造成建筑腐蝕，危害人體健康。在治理該類型的污染時(shí)，需要做好脫硫處理。例如，采用煙氣脫硫除塵技術(shù)，減少煙氣排放中的硫化物含量，從而避免出現(xiàn)大氣污染。此時(shí)可以基于“石灰石+石膏”方式進(jìn)行濕法煙氣脫硫。同時(shí)，污染治理人員還可以應(yīng)用聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)一步減少空氣污染物的含量。應(yīng)用該技術(shù)不僅可以治理硫氧化物污染，而且可以治理氮氧化物污染。例如，以“傳統(tǒng)脫硫+氧還原”技術(shù)處理排放氣體；以脫硫脫硝技術(shù)搭配煙氣處理系統(tǒng)處理硫氧化物和氮氧化物等。相關(guān)工作人員還可以利用光催化法來(lái)輔助脫硫脫硝技術(shù)，這樣可以降低治理成本、提高治理效率并規(guī)避二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 有機(jī)廢氣治理

工業(yè)生產(chǎn)常常產(chǎn)生大量有機(jī)廢氣，有效處理這些廢氣是治理大氣污染的重要方法。由于大部分有機(jī)廢氣都易燃易爆且有毒有害，所以其處理難度很高，治理安全要求也比較高。在該環(huán)節(jié)，治理人員應(yīng)該從減少有機(jī)廢氣量、加速有機(jī)廢氣反應(yīng)燃燒等方面著手治理[4]。例如，采用冷凝回收法治理，兼顧污染治理和資源再利用；采用直接吸附法、吸附回收法和吸附催化燃燒法治理，減少有機(jī)廢氣總量；采用直接燃燒、熱力燃燒或催化燃燒法，提高高濃度有機(jī)廢氣治理效率；采用納米微電解氧化法，治理大氣中的需氧類污染物。

3.2.4 氮氧化物治理

氮氧化物治理技術(shù)主要以控制、回收和利用大氣污染物中的氮氧化物為基礎(chǔ)，可以基于催化還原、吸收和吸附等方式幫助氣體脫氮，從而實(shí)現(xiàn)氮氧化物的無(wú)害化處理。例如，基于催化還原法、吸附法、直接吸收法、氧化吸收法和氧化還原吸收法治理大氣中的氮氧化物污染。還可通過(guò)改進(jìn)燃燒技術(shù)和燃燒設(shè)備的方式，控制氮氧化物濃度。

4 大氣污染監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)的應(yīng)用

為了提高大氣污染治理效果，相關(guān)工作人員需要著力提升污染監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)的應(yīng)用有效性。此時(shí)，需要合理開展污染治理管理工作。例如，科學(xué)評(píng)價(jià)大氣污染治理效率，為優(yōu)化監(jiān)測(cè)治理技術(shù)和制定監(jiān)測(cè)治理方案奠定基礎(chǔ)。當(dāng)然，在這一過(guò)程中相關(guān)工作人員還需要明確空氣污染指數(shù)的計(jì)算方法，進(jìn)而通過(guò)有效計(jì)算及時(shí)監(jiān)控大氣污染情況?？諝馕廴局笖?shù)計(jì)算的指向性十分明確，可以對(duì)特定的大氣污染物進(jìn)行檢測(cè)。例如，將大氣污染物一氧化硫的污染指數(shù)設(shè)定為I，將濃度設(shè)定為C，可以通過(guò)公式（1）計(jì)算一氧化硫的污染指數(shù)。

在該公式的空氣污染指數(shù)分級(jí)限值中，最貼近污染物濃度C的2個(gè)數(shù)值是C大和C小，前者大于污染物濃度限值，后者小于污染物濃度限值。公式中的I大和I小，是貼近污染物污染指數(shù)的2個(gè)數(shù)值，同樣是1個(gè)大于污染指數(shù)限值，1個(gè)小于污染指數(shù)限值。

4 結(jié)論

總的來(lái)說(shuō)，明確大氣污染成因，提高大氣污染環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理的技術(shù)水平，是緩解大氣環(huán)境污染、提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)中，相關(guān)工作人員不僅要保證大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)的合理應(yīng)用，更需要加強(qiáng)技術(shù)管理，為技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量分析做準(zhǔn)備。