章秀華

（江西省景德鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，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，對全人類的生存產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。大氣污染問題與我國可持續(xù)發(fā)展理念相違背，大氣污染不僅會對人們的身體健康產(chǎn)生危害，嚴(yán)重的將會造成臭氧漏洞，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。

表1 某城市大氣顆粒物污染成因占比

這些顆粒物將會被人們吸入呼吸道中，進(jìn)而對人體心肺功能產(chǎn)生損害，使人們患呼吸道疾病的概率增加。若細(xì)顆粒物穿過呼吸道進(jìn)入人體，會對免疫系統(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，會使城市出現(xiàn)霧霾或重污染天氣。

1.2 臭氧

臭氧具有相對較強(qiáng)的氧化性，如果溫度較低，將會出現(xiàn)氧化反應(yīng)。人們不斷增加的社會活動，促使城市中的臭氧污染達(dá)到了峰值。臭氧污染不僅會對人體健康造成影響，也會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。臭氧污染物經(jīng)過呼吸道被吸入人體內(nèi)，會引發(fā)胸悶、頭痛、咽喉腫痛等癥狀，嚴(yán)重的還會誘發(fā)呼吸道疾病，破壞人體免疫功能。同時臭氧也會破壞土壤中的營養(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)測技術(shù)的作用

2021年，通過對我國330個地級以上城市的環(huán)境空氣進(jìn)行質(zhì)量檢驗，監(jiān)測4項主要的大氣污染物指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其中超過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)境污染形勢仍較為嚴(yán)峻。

表2 2021年330個地級市大氣污染指標(biāo)檢驗表

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)前我國眾多城市存在嚴(yán)重的大氣污染問題，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)測工作，借助生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，實時動態(tài)監(jiān)控大氣環(huán)境，從而為大氣污染治理提供實時數(shù)據(jù)，以便及時預(yù)防大氣污染問題[1]。我國當(dāng)前各個城市均有相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)，工作人員通過對比監(jiān)測機(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；同時為大氣污染極端問題提供預(yù)報，以便在發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的第一時間采取應(yīng)急處理預(yù)案。

2.2 治理大氣污染

治理大氣污染的過程相對復(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)合污染實際情況及特征開展工作。通過應(yīng)用生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(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)測部門能夠根據(jù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析大氣污染的實際原因，同時對污染范圍進(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)測技術(shù)，也能幫助相關(guān)人員判斷污染的移動范圍，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)測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 遙感監(jiān)測技術(shù)

先進(jìn)的遙感監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境實施全方位、多角度的動態(tài)監(jiān)測，其主要是對臭氧層、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。在實際開展大氣環(huán)境監(jiān)測工作的過程中，相關(guān)人員通過遙感監(jiān)測技術(shù)能夠全面分析大氣成分及污染物的分布情況，并通過遙感測繪，將大氣污染物的變化趨勢結(jié)合數(shù)據(jù)，以測繪圖的方式進(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性治理方案。

利用遙感監(jiān)測技術(shù)對大氣污染進(jìn)行監(jiān)測，可以啟動無人機(jī)，通過機(jī)載測溫及測濕裝置等，測定大氣的溫濕度參數(shù)，同時也能對大氣環(huán)境中的臭氧及二氧化硫等成分進(jìn)行統(tǒng)計監(jiān)測。相關(guān)部門及人員通過機(jī)載裝置對大氣中的各項可測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄之后，再對比正常狀態(tài)下的指標(biāo)，若出現(xiàn)污染超標(biāo)問題，能夠第一時間進(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)測技術(shù)開展有效的監(jiān)測工作；通過無人機(jī)采集大氣污染樣本，再將其帶回實驗室進(jìn)行測定，可以對大氣污染中的各項指標(biāo)進(jìn)行更加清晰地分析。通過遙感監(jiān)測，能夠?qū)Υ髿馕廴痉乐芜^程進(jìn)行動態(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)瞞報現(xiàn)象，影響治理進(jìn)度。

通過遙感衛(wèi)星與地面信號接收設(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性的治理。與此同時，在遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的過程中，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)先在無人機(jī)上設(shè)定檢測空氣污染物濃度的標(biāo)準(zhǔn)值，如果在監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)污染物超標(biāo)，無人機(jī)將會及時將超標(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)測技術(shù)在大氣污染防治中的應(yīng)用，主要是通過遙感監(jiān)測技術(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)防治時期，通過對可能會出現(xiàn)大量污染物的燃煤取暖區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢測，可以檢測大氣污染濃度及顆粒物含量，每日總結(jié)大氣污染實際情況；還可以通過GPS對農(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)測中自動生成3×3 km的監(jiān)測網(wǎng)格，并在其中重點(diǎn)監(jiān)測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)測技術(shù)

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

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

某城市在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測過程中，利用立體監(jiān)測技術(shù)對監(jiān)測區(qū)域的污染情況進(jìn)行統(tǒng)計。結(jié)合監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，開展監(jiān)測工作的次日就已經(jīng)出現(xiàn)了大范圍的顆粒物分布情況，且在監(jiān)測第4 d時，發(fā)現(xiàn)污染范圍出現(xiàn)了逐步擴(kuò)大的現(xiàn)象。監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，API指數(shù)在較短時間內(nèi)從60增長到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；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，因此通過污染物對紅外光的實際吸收特征就能對其分子基團(tuán)進(jìn)行判斷，進(jìn)而掌握當(dāng)前污染物的實際種類。在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用過程中，紅外吸收光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍相對較廣，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)測技術(shù)的優(yōu)勢。

紅外吸收光譜技術(shù)在實際生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(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。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具有7.3 μm的恒定波長紅外光，光通量衰減以及二氧化硫的實際濃度參數(shù)之間的比值為朗伯-比爾定律。通過非分散的紅外吸收監(jiān)測技術(shù)對二氧化硫加以監(jiān)測，應(yīng)用范圍相對較廣，且便于對相關(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，將會對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，在應(yīng)用該技術(shù)對二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測時需要對氣體進(jìn)行除濕處理，且紅外吸收光譜監(jiān)測技術(shù)存在預(yù)熱時間較長、濃度反應(yīng)相對較慢等問題[4]。

通過光譜分析技術(shù)也能合理監(jiān)測大氣環(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其進(jìn)行監(jiān)測檢驗；基于臭氧的光譜性質(zhì)，對比所收集的光譜，進(jìn)一步檢驗大氣環(huán)境中的臭氧濃度。

3.4 樣本計量監(jiān)測技術(shù)

樣本計量監(jiān)測技術(shù)是在以往的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中較為傳統(tǒng)的技術(shù)之一，其主要監(jiān)測大氣污染中的顆粒物。應(yīng)用樣本計量監(jiān)測技術(shù)，工作人員可以通過多種不同的儀器設(shè)備，對大氣環(huán)境樣本進(jìn)行采樣，隨后通過過濾膜對大氣樣本進(jìn)行過濾，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該顆粒物進(jìn)行檢驗分析，判斷其種類，并根據(jù)大氣樣本的實際取量計算其濃度參數(shù)。

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

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

樣本計量監(jiān)測技術(shù)中的碘量法同時也能夠?qū)Υ髿庵械亩趸蚝窟M(jìn)行監(jiān)測。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)溶液對其進(jìn)行滴定，進(jìn)而形成更加有效的監(jiān)測效果；通過對滴定量進(jìn)行計算，再根據(jù)相關(guān)關(guān)系比對，可對大氣樣本中的二氧化硫?qū)嶋H濃度進(jìn)行測定。應(yīng)用碘量法對大氣污染中的二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測，具有較廣的應(yīng)用范圍，且監(jiān)測精度相對較高，能夠充分適應(yīng)不同監(jiān)測環(huán)境。但該技術(shù)的監(jiān)測周期相對較長，需要依靠工作人員豐富的監(jiān)測經(jīng)驗才能完成。

3.5 電化學(xué)檢測技術(shù)

電化學(xué)檢測技術(shù)通過對大氣污染物的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行判斷，從而對大氣污染情況進(jìn)行監(jiān)測。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)法主要是對二氧化硫及甲醛等氣態(tài)污染物進(jìn)行監(jiān)測[5]。

常見的是應(yīng)用電化學(xué)法中的定電位電解法對二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測，該法在煙氣中通過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，會產(chǎn)生明顯的氧化反應(yīng)。通過定電位電解法監(jiān)測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，降低監(jiān)測誤差，且在現(xiàn)場就能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀取。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國大氣污染較為嚴(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)測技術(shù)對大氣中的污染物進(jìn)行監(jiān)測。相關(guān)人員通過各種不同的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，可以對大氣中污染物的種類、參數(shù)及分布等進(jìn)行統(tǒng)計和采集，從而有針對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。