淺談環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)的方法差異

何正福　黃彪

【摘 要】目前，我國(guó)對(duì)環(huán)境的政策扶持力度有增無(wú)減，新環(huán)保法、水十條、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色生態(tài)等重磅政策陸續(xù)出臺(tái)，環(huán)境監(jiān)測(cè)的原有市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓寬。環(huán)境監(jiān)測(cè)主要有連續(xù)監(jiān)測(cè)和手工監(jiān)測(cè)的方法，方法各有優(yōu)劣。

【Abstract】 At present， our country continues to increase the supporting intensity of environmental policy ，and a lot of policies were introduced ，such as the new environmental law， the ten-measures action plan to tackle water pollution ， ecological environment monitoring network and green ecological with "Internet +". The original market area of environmental monitoring will be further widened. Continuous monitoring and manual monitoring are the methods of environmental monitoring， and both of them have advantages and disadvantages.

【關(guān)鍵詞】手工監(jiān)測(cè)；連續(xù)監(jiān)測(cè)；方法差異

【Keywords】manual monitoring； continuous monitoring； methods difference

【中圖分類(lèi)號(hào)】X831 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0166-02

1 引言

我國(guó)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染排放的要求日趨嚴(yán)格，隨著監(jiān)測(cè)因子增多、排放限制降低、污染控制區(qū)域擴(kuò)大， 2020年環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將有望突破900億元。我國(guó)地市級(jí)以上城市和部分縣級(jí)市的環(huán)境空氣質(zhì)量和水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)都采取自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法，其他縣級(jí)市基本采取手工監(jiān)測(cè)的方法。

2 空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)的比較

目前環(huán)境空氣質(zhì)量分析監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要是二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入顆粒物（PM10）三種污染物。環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法是一套以自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器為核心的自動(dòng)“測(cè)-控”系統(tǒng)[1]，其主要由自動(dòng)監(jiān)測(cè)中心站和各個(gè)監(jiān)測(cè)子站組成，中心站由微機(jī)控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、調(diào)用、處理、存儲(chǔ)、上傳等，子站主要由樣品采集、空氣自動(dòng)分析儀、氣象參數(shù)傳感器、動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)以及條件保證系統(tǒng)等組成，無(wú)需化驗(yàn)室化驗(yàn)；手工監(jiān)測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)采樣和化驗(yàn)室分析兩部分組成。

2.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)PM10與手工監(jiān)測(cè)PM10的比較

自動(dòng)監(jiān)測(cè)PM10現(xiàn)在主要采用β射線(xiàn)法、振蕩天平法和光散射法。β射線(xiàn)法就是將β射線(xiàn)通過(guò)特定物質(zhì)，其強(qiáng)度、衰減程度與所透過(guò)的物質(zhì)質(zhì)量有關(guān)，與物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān)。β射線(xiàn)法利用抽氣泵對(duì)大氣進(jìn)行恒流采樣，經(jīng)PM10切割器切割后，大氣中的PM10顆粒物吸附在β源和蓋革計(jì)數(shù)管之間的濾紙表面上，采樣前后蓋革計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)值的變化反映了濾紙上吸附灰塵的質(zhì)量變化，由此可以得到采樣空氣中PM10的濃度。氣路中溫度檢測(cè)器、壓力檢測(cè)器及流量檢測(cè)器保證了氣體流量的穩(wěn)定及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

手工監(jiān)測(cè)PM10的分析主要采用重量法進(jìn)行測(cè)量：現(xiàn)場(chǎng)采集PM10樣品后，由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行恒重、稱(chēng)重，再根據(jù)采樣前后濾膜重量之差及采樣體積計(jì)算PM10的濃度值。

2.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)NO2與手工監(jiān)測(cè)NO2的比較

NO與O3發(fā)生反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)的NO2，在返回基態(tài)時(shí)發(fā)射特征光，發(fā)光強(qiáng)度與NO濃度成正比。NO2不與O3發(fā)生反應(yīng)，測(cè)定NO2時(shí)，可通過(guò)鉬催化還原反應(yīng)將NO2轉(zhuǎn)換成NO后進(jìn)行測(cè)量。樣氣通過(guò)鉬轉(zhuǎn)換器進(jìn)入反應(yīng)管，測(cè)量得到NOx的濃度；樣氣不通過(guò)鉬轉(zhuǎn)換器，測(cè)量得到NO的濃度，NOx與NO濃度之差即為NO2。

手工監(jiān)測(cè)NO2是采用大氣采樣器采集環(huán)境空氣，用吸收液現(xiàn)場(chǎng)采集樣品。現(xiàn)場(chǎng)采樣器主要由泵和流量計(jì)組成，并通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)的原理控制恒流和恒溫，在恒流和恒溫的條件下，通過(guò)抽氣泵作用使大氣通過(guò)進(jìn)氣嘴進(jìn)入裝有吸收液的采樣瓶，大氣被選擇吸收后，經(jīng)干燥瓶、過(guò)濾器、抽氣泵、緩沖瓶、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、排氣嘴排出。將在現(xiàn)場(chǎng)采集的樣品拿回實(shí)驗(yàn)室后，主要采用鹽酸萘乙二胺分光光度法來(lái)測(cè)定二氧化氮。

2.3 自動(dòng)監(jiān)測(cè)SO2與手工監(jiān)測(cè)SO2的比較

SO2自動(dòng)分析原理： SO2分子接收紫外線(xiàn)能量成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時(shí)，發(fā)出特征熒光，光電倍增管可將熒光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并通過(guò)電壓/頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)SO2濃度較低，激發(fā)光程較短且背景為空氣時(shí)，熒光強(qiáng)度與SO2濃度成正比。自動(dòng)監(jiān)測(cè)SO2是采用非脈沖Zn燈發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)過(guò)濾為單色光并聚集在SO2的反應(yīng)室進(jìn)行的，這種紫外光激發(fā)光速的強(qiáng)度同時(shí)被光通量檢測(cè)器測(cè)定，反應(yīng)室樣氣中的SO2分子被紫外光激發(fā)，輻射出高波長(zhǎng)的熒光，進(jìn)而通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度得到SO2濃度。

手工監(jiān)測(cè)SO2采用大氣采樣器采集環(huán)境空氣，SO2現(xiàn)場(chǎng)采樣與NO2相同，只是控制反應(yīng)吸收的溫度不同。SO2分析是采用副玫瑰苯胺分光光度法來(lái)進(jìn)行的，SO2被甲醛緩沖溶液吸收后，生成穩(wěn)定的羥甲基磺酸加成化合物。在樣品溶液中加入氫氧化鈉加成化合物分解，釋放出的SO2與鹽酸副玫瑰苯胺作用，生成紫色化合物，用分光光度計(jì)在577nm處進(jìn)行測(cè)定，所測(cè)得的吸光度與濃度值成正比，從而得出SO2濃度值。

3 水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)的比較

我國(guó)的水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)已經(jīng)開(kāi)展了近40年，目前的水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)主要采用人工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析的監(jiān)測(cè)技術(shù)路線(xiàn)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），標(biāo)準(zhǔn)中共有109個(gè)項(xiàng)目。

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)是在手工監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上依托實(shí)驗(yàn)室分析方法發(fā)展起來(lái)的。上世紀(jì)八十年代流動(dòng)注射技術(shù)的應(yīng)用，將煩瑣的實(shí)驗(yàn)步驟自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品的自動(dòng)連續(xù)分析，大大提高了實(shí)驗(yàn)室分析的精密度和分析效率。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)就是在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)采樣制樣步驟的自動(dòng)化，進(jìn)而達(dá)到對(duì)水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測(cè)的目的。

3.1 水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)測(cè)定原理比較

為減小自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)結(jié)果的誤差，自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的測(cè)定原理會(huì)盡可能與實(shí)驗(yàn)室分析方法保持一致，如水質(zhì)常用參數(shù)水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率和濁度、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的儀器測(cè)定原理與手工監(jiān)測(cè)是一致的。但對(duì)于重金屬、石油類(lèi)，為了便于實(shí)現(xiàn)分析測(cè)試的自動(dòng)化和減少試劑的種類(lèi)與用量，有些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工分析測(cè)定原理差異較大，重金屬的測(cè)定采用了電化學(xué)的方法，石油類(lèi)采用了紫外熒光法，測(cè)定方法原理的不同必將帶來(lái)自動(dòng)與手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)間的差異。

3.2 水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)比較

目前水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的種類(lèi)很多，地表水常規(guī)監(jiān)測(cè)的20多項(xiàng)指標(biāo)中，五日生化需氧量、石油類(lèi)、陰離子洗滌劑、硫化物、揮發(fā)酚、氰化物等項(xiàng)目的測(cè)定還沒(méi)有相應(yīng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)分析儀器種類(lèi)尚不能覆蓋所有水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，僅采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量存在一定的缺陷和風(fēng)險(xiǎn)，因此從監(jiān)測(cè)指標(biāo)方面，自動(dòng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)與手工監(jiān)測(cè)指標(biāo)存在著很大的差異性。

3.3 水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)靈敏度比較

通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)的比對(duì)試驗(yàn)，自動(dòng)分析儀器測(cè)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定的并不多。綜合在用的不同品牌的儀器設(shè)備，水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮等幾個(gè)項(xiàng)目的自動(dòng)分析數(shù)據(jù)與手工測(cè)定結(jié)果具有較好的可比性；總磷和總氮受水質(zhì)變化的影響較大；重金屬自動(dòng)分析儀器由于無(wú)法消除共存離子的干擾，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的現(xiàn)象。

在手工監(jiān)測(cè)中，可以根據(jù)待測(cè)物的濃度采取稀釋、萃取等技術(shù)措施將待測(cè)物的濃度調(diào)整到最佳測(cè)定區(qū)域，從而保證能夠準(zhǔn)確定量的測(cè)試。而自動(dòng)分析由于前處理方式簡(jiǎn)單無(wú)法自動(dòng)消除共存物質(zhì)的干擾，進(jìn)樣量小樣品代表性差，所以部分項(xiàng)目的測(cè)定靈敏度不能夠滿(mǎn)足優(yōu)質(zhì)水體準(zhǔn)確測(cè)定的要求。

3.4 水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)采樣方式比較

根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)需要根據(jù)河寬和水深按照左中右、上中下確定采樣垂線(xiàn)的數(shù)量和垂線(xiàn)上采樣點(diǎn)的數(shù)量，少則一個(gè)采樣點(diǎn)，多則數(shù)個(gè)采樣點(diǎn)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)的采樣頭只有一個(gè)采樣點(diǎn)。采樣方式的不同影響了采樣的代表性，但對(duì)于一些流量不大的水體，采樣結(jié)果差異不大；而對(duì)于大江大河，自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)相比可能會(huì)存在差異。

因此從技術(shù)層面分析，由于自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器覆蓋的監(jiān)測(cè)指標(biāo)有限，采樣方式與監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范要求有差異，自動(dòng)分析儀器測(cè)定靈敏度偏低等問(wèn)題，在現(xiàn)階段尚不能使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)完全替代手工監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)手工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)兩種方法的對(duì)比分析，總結(jié)出不同監(jiān)測(cè)方法的誤差、濃度以及顯著性等特點(diǎn)，可以為自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展提供可靠的技術(shù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鄭賢勉.環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)審核技巧及重點(diǎn)探討[J].北方環(huán)境，2012（06）：10.