環境空氣質量自動監測技術探討

摘要：目前國內開展環境監測的技術和方法逐漸豐富，同時手工監測技術逐漸被空氣自動監測系統替代，自動化空氣質量監測已經成為了主要的監測方法，但自動化監測技術還存在很多弊端，如部分儀器受外界環境因素影響較大，監測值不穩定等。因此，為獲取更加穩定、精確度高的監測技術和設備，還需要從儀器性能、經濟性等角度進行完善。

關鍵詞：環境;空氣質量;自動監測;技術

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.100

Discussion on automatic monitoring technology of ambient air quality

Zhan Cheng

（Guangxi Academy of Communications Sciences Limited，Nanning Guangxi 530007，China）

Abstract：At present， the technology and methods of environmental monitoring are gradually enriched in China. Meanwhile， manual monitoring technology is gradually replaced by automatic air monitoring system. Automatic air quality monitoring has become the main monitoring method. However， there are still many disadvantages in automatic monitoring technology， such as some instruments are greatly affected by external environmental factors and monitoring values are unstable. Therefore， in order to obtain more stable and accurate monitoring technology and equipment， it is necessary to improve the performance and economy of the instrument.

Key words：Environment;Air quality;Automatic monitoring;Technology

當前環境空氣質量監測方法可分為手工監測以及自動監測，手工監測是利用大氣采樣器完成大氣樣品的采集，然后將其送至實驗室完成實驗分析獲得結果，但手工監測無法實現連續性監測，而且工作量大;而空氣連續監測是一種自動化的監測系統，設備進行日常維護進而可以確保設備完成實時準確運行。利用自動監測設備，具有靈敏度高、易于操作、準確性強等特點，目前已經被廣泛應用于很多一線城市環境空氣質量自動監測中。

1 氣體物質監測

對城市環境中的氣體污染物進行監測，目前有長光程空氣監測和點式空氣監測系統兩種方法，其中前者是采用光學差分吸收的方法，將氣體分子按照各自特點，完成波長的吸收，能夠從發射端發射光收集環境到達接收端，測定這種光束光程過程中的空氣污染程度[1];而后者是在固定的位置采用系統通過將空氣納入并完成污染物濃度監測。利用這兩種監測方法與手工氣體污染物監測方法進行比較：從采樣空間范圍來看，手動以及點式監測能對采樣口狹小范圍中的空氣檢測，而長光程自動檢測是對某一光程且其長度為100m的氣體，將其作為采集樣品。相比手動以及點式監測來說，其采用線測量，監測覆蓋面積大，運行費用低，耗材用量少，維護簡便，是集光學遙感技術、光譜學、電子技術和計算機技術于一體的設備，相對來說其更具有優勢。因此，相對來看利用長光程的檢測所獲取的樣本更能夠具有代表性。

從采樣時間上來看，采取手工監測的方法能夠對吸收液氣體實現24h連續采樣，每天完成一個樣本的采集，但只能檢測到當日的平均值;而采用長光程的自動監測能夠分時段對不同氣體進行實時采集，觀察到各時間段的濃度值以及日均值，能夠反映當時氣體濃度的變化情況，但由于對不同氣體信息進行輪流采樣，每天的采樣總時間較短，因而無法準確反映日平均值。

從樣品分析情況上來看，采用手工監測的方法，實際上是利用特定吸收液對某種氣體進行特定吸收，利用手工方式進行濃度檢測，這種方法會存在吸收液對氣體吸收不完全的問題。長光程的自動監測主要是利用光學差分光譜法的原理[2]。由于不同氣體有相應的吸收波長特征，通過氣體的特征吸收進而確定不同氣體的濃度，也能夠避免傳統采用手工監測過程中，對于特征氣體不完全吸收的問題，但采用這種長光程的濃度檢測能夠對光強變化，能見度的干擾需要進行自動修正。當光度強度被大雨或者沙塵影響后會顯出衰減，而無法獲得足夠的光強信號，因此這種情況下無法能夠正常運行儀器。采用點式空氣監測儀能夠對不同的氣體有相應的分析儀以及采樣儀，比如采用紫色熒光儀測定二氧化硫，采用化學發光儀器可測定二氧化氮，氣體濾波紅外吸收也可測定一氧化碳，紫外光度計可進行測定臭氧[3]。采集不同任務時有相應的采樣設備，通過采樣儀對特定氣體進行特定分析，能夠從樣品分析情況上采用點式空氣監測進而能夠避免傳統手工監測過程中對特定氣體出現不完全吸收的問題，同時也能夠避免采用長光程自動監測，在不良天氣狀況下使其無法正常運行儀器的問題。從總體上，利用點式空氣監測更具有優勢，適用范圍廣。

2 固體顆粒物的監測

根據不同的固體顆粒物及監測，目前從監測包括射線法以及微量振蕩天平法、手工法、重量法，使用不同的自動監測儀，其最終的結果需要與重量法進行比較，只有當結果符合相應要求時才能夠投入使用。

具體來看，上述檢測方法均是對采樣口附近狹小范圍內氣體完成采樣過程。為了能夠減少降溫中揮發性物質的損失，在使用微量振蕩天平法進行檢測時可以配置膜動態測量裝置，能夠減少揮發性物質的損失。利用射線法主要是利用射線衰減的理論，采用泵將環境空氣吸入到相應的采樣管中，經過濾膜排出使顆粒物附著在濾膜上。當射線通過沉積的顆粒物濾膜時其能量會逐漸衰減，對衰減量進行結算從而能夠計算并獲得顆粒物的物質濃度，在測量中為能夠潛燒水器產生的干擾，需要進行降溫但也會同樣出現會揮發性物質的損失。因此，該射線檢測儀的采樣管可配置溫度的動態調節裝置，確保測量氣流濕度處于相對穩定的狀態中，可以減少揮發性物質的損失。除此之外，利用這種方法還存在標準傳遞問題。因此，其結果會存在一定的誤差，比較這兩種自動監測方法來說射線法檢測成本低，而且后期維護保養量小，而微量震蕩天平法在維護保養中的工作量較大，而且在具體檢測過程中成本高，但由于配置了膜動態檢測裝置能夠有效降低揮發性物質的損失問題。

3 空氣質量自動檢測技術

數據采集技術。傳統上使用的空氣監測儀器較多，但并不是所有都能夠實現數據資料信息采集，比如早期的常規五參數儀，只能夠實現模擬信號的輸出，比如PES38800主要是針對儀器模擬量進行模擬信號的數據采集，該設備是基于微處理器的一種數據采集系統，能夠用于輸模擬信號的采集、加工、儲存，通常是由微處理器以及多個可編程增益放大器、轉換器、記憶體、電源、數據儲存電池等構成的。EDSA是由軟件通過電話撥號的方式將數據傳送到控制中心。隨著新技術的發展，更多的子站逐漸開始進行工控機的配置，開發了多種個性化的程序工控機[4]。現場操作時通常具有較強的振動，存在干擾性強的電磁場等特點，由于通常情況下為連續作業，因此相比普通計算機（比如常規五參數儀中利用普通計算機，主要用于數據分析和顯示）來說，工控機需要具備以下特點：首先，具有較強的防塵，抗干擾能力，采用鋼結構，箱體內部有專用底板，有專用的電源，能夠實現持續性工作，便于安裝。空氣自動站數據采集可分為三種形式：首先ESC880儀器可以進行模擬信號的數據采集，由中心平臺通過電話撥號的方式進行數據的收集;其次，利用工控機的軟件能夠借助儀器，比如RS232進行儀器通訊協議發送并獲取數據，然后可以利用無線網或者寬帶加所涉及的數據發送到控制中心;最后，可以利用工控機將ESC880所建造的模擬信號利用無線網和寬帶方式發送到控制中心。

自動化質控。從空氣質量監測市場來看，針對空氣質量自動監測來說，日常質量控制設備包括儀器的運行維護，以及建立有效的數據審核機制，然而對于環境監測儀器來說在日常運行維護中發生的故障以及波動是導致出現數據異常的主要原因，因此作為維修人員來說，需要定期對設備進行巡檢，需要負責設備的密度校準以及故障排除。由于目前一周一次檢測頻率低，因此需要通過自動化完成檢測細化，為實現自動化校準首先需要打開閥門，完成設備的檢測，確定設備不漏氣再完成后續的檢測。

4 結語

目前針對環境空氣質量監測存在自動化檢測以及手動監測等多種方法，而相對來說自動化監測設備更能實現自動化技術，能針對不同時段的環境數據進行監測一天內的氣體濃度變化，但目前國內環境自動監測還存在一些弊端，比如具體檢測過程中，在設備方面，精確度低，數據穩定性差，無法準確反映日平均值等，在經濟性方面，檢測成本高，后期維護量大，需要相關工作人員繼續深入研究。

參考文獻

[1]劉永建.物聯網技術支持下的環境空氣質量自動監測站智能化建設研究分析[J].中國戰略新興產業，2018，176（44）：96.

[2]楊會珠，徐曼，王建國.城市環境空氣質量自動監測優化布點研究[J].價值工程，2017，36（23）：9-10.

[3]王劍敏，梅紅兵，劉軍.環境空氣質量臭氧自動監測儀校準方法探討[J].環境科學導刊，2017（5）.

[4]賈國山，晏祖恩.芻議環境空氣質量自動監測的發展及優勢分析[J].資源節約與環保，2018，197（04）：92.

收稿日期：2019-05-04

作者簡介：詹誠（1984-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向為環境監測和環境影響評價。