手工監測與自動設備監測下PM2.5含量對比分析

魏靜 劉金圣

摘要：本文選取了幾個不同類型的對環境空氣顆粒物進行連續監測的儀器，通過獲得的檢測數據和手工方法監測的數據進行對比，并將數據對比結果進行分析。在從標準偏差、數據相關性、誤差相對值等幾個方面開展分析后，得出結論：同一類別的自動檢測設備監測出的數據具有較好的相關性，不同類型的自動監測儀器監測出的數據具有一定差異性。兩種方式監測出的PM2.5含量監測值具有一定規律性，手工監測與自動設備監測的數值在不同程度污染情況下具有相似的變化趨勢。這就表明，自動監測設備對環境空氣顆粒物的監測值較為可靠，可以利用監測值為天氣變化趨勢進行提前預警，為環境形勢變化提供數據支撐。

關鍵詞：PM2.5;手工監測;自動設備監測

Abstract：This article selected several different types of instruments for continuous monitoring of ambient air particulate matter， and by compare of the obtained detection data with the data monitored by manual methods， and at the same time analyzed the results of the data comparison. After carrying out analysis from several aspects such as standard deviation， data correlation， relative error value，the conclusion was drawn： the data monitored by the same type of automatic detection equipment had good correlation， and the data monitored by different types of automatic monitoring instruments had certain differences.The PM2.5 content monitoring value monitored by the two methods had certain regularity， and the value monitored by manual monitoring and automatic equipment had similar trends under different levels of pollution. This showed that the automatic monitoring equipment was more reliable in monitoring the ambient air particulate matter， which could use the monitoring value to provide early warning of weather changes and to provide data support for changes in the environmental situation.

Key words： PM2.5;Manual monitoring;Automatic equipment monitoring

1 實驗背景

隨著大氣環境的不斷變化，顆粒物成為我國大多數地區的首要空氣污染物，城市大氣污染已經由SO2氣態污染類型演變成以顆粒物和臭氧為主要成分的固氣混合污染類型，屬于典型的二次污染[1]。自新的《環境空氣質量標準》出臺以來，PM2.5便被納入空氣質量控制范圍。PM2.5數據來源為遍布各地的環境監測點自動監測數值，通過自動監測設備獲取監測數值并向社會進行監測結果公布。有別于以二氧化硫為代表的氣態污染物來源于特定標準物質、容易進行來源校準的特點，PM2.5成分比較復雜，由于不同監測點使用的自動監測設備型號不同，難以保障監測數據的準確性和完整性。常用的方法是以手工監測方法作為PM2.5含量監測的輔助方法，通過和自動監測設備監測值進行對比后進行評價和數據修正，以確保自動監測數據真實可靠。在實際操作過程中，將重量法作為PM10和PM2.5標準分析方法，對自動監測設備監測值進行校核[2]。二者之間存在的關聯性成為校核的關鍵因素[3]。

因此，本文開展實驗性分析，主要設備為3臺自動監測設備（2臺為深圳中環環保監測設備科技有限公司生產的型號為ZHHB-YZ的自動監測設備、1臺為日本柴田公司生產的型號為AH-600F的手工監測設備）和三臺手工監測設備（北京華美恒強公司生產的HMTM-242設備），通過對2020年1月1日～2020年1月25日連續監測獲得的150個有效數據按照行業計算公式進行計算值分析，開展手工監測和自動監測設備監測下PM2.5含量對比研究。

2 對比結果分析

2.1 同類型監測設備監測結果分析

在測試階段獲取的了兩種監測方式下的PM2.5含量值，并對其相對標準偏差進行了計算，結果如表1所示。

從表1的數據可以發現，自動監測設備的相對標準偏差區間為2.1%～14.1%，同一型號的兩臺自動監測設備相對標準偏差為0.2%～6.3%，均在小于10%的區間內，具有較高的精密度。手工監測設備的相對標準偏差區間為1.2%～8.1%，均小于10%，具有較高的精密度。這些監測數據和計算結果表明選擇的自動監測設備如果品牌和型號不同，則在計算結果上存在一定差異性。

2.2 手工監測和自動監測數據對比分析

將用于實驗的3臺自動監測設備和3臺手工監測設備取得的數據平均值進行對比，可以發現相似的規律性，在25d的監測中，環境質量優良的有5d，輕度及中度污染的天數有10d，重度及以上環境質量的天數有9d，也就是說，在不同的空氣環境質量下，兩種監測方式下PM2.5含量值具有較好的相關性和較好的變化趨勢。統計手工監測與自動設備監測下獲取數據的相對誤差如圖1所示。由圖1兩種監測設備監測數據相對誤差分布散點圖可以看出，正誤差占比16.7%、負誤差占比83.3%，相對誤差±5%以內的比例為29.2%，±5～±10%的數據比例為45.8%，大于±10%的數據比例為25%。并且從數據點看，手工監測設備的監測值大多數要高于自動設備監測值，主要有兩方面的原因[4]：一方面，可能是自動監測儀器對揮發性成分的損失未采取有效系數補償，另一方面，可能是由于自動設備、手工儀器或操作的系統存在誤差。

3 研究結論和認識

本文的研究工作主要取得3個方面的結論和認識。

第一，實驗過程選擇的兩種監測方式監測到的PM2.5含量數據在不同空氣環境質量下都呈現出較為一致的規律性，具有相似的變化趨勢。因此，利用自動監測設備進行空氣質量監測點的顆粒物含量自動監測，得到的資料可信度高，可以用在天氣預警、控制質量評估、空氣污染趨勢判斷方面為有關部門提供參考。

第二，手工監測設備采用相同的品牌和型號，得到的測量數據誤差都沒有超過10%，具有較高的精密程度。自動監測手段采用3臺不同型號的監測設備，得到的相對標準偏差區間為2.1%～14.1%，自動監測方式下2臺相同型號的設備相對標準偏差下降幅度明顯，且都沒有超過10%，這就表明選擇的自動監測設備如果品牌和型號不同，則在計算結果上存在一定差異性。因此，在后期選擇不同品牌和型號的自動監測設備進行PM2.5含量監測時，需要考慮天氣變化和空氣質量實際情況進行合理決策，確保監測到的空氣質量信息真實可靠。

第三，兩種監測方式和手段得到的實驗結果表明，手工監測設備的監測值大多數要高于自動設備監測值，主要有兩方面的原因：一方面，可能是自動監測儀器對揮發性成分的損失未采取有效系數補償，另一方面，可能是由于自動設備、手工儀器或操作的系統存在誤差。

參考文獻

[1]潘本鋒，李莉娜.影響PM2.5自動監測準確度的主要因素[J].中國環境監測，2018，3（5）：22-25.

[2]王強，鐘琪，遲穎，等.環境空氣PM2.5連續監測系統手工采樣比對測試[J].環境科學，2017，6（12）：43-45.

[3]鄭翔翔，洪正昉，陳浩，等.PM2.5手工標準方法與自動監測法比對分析[J].環境污染與防治，2018，10（6）：131-132.

[4]劉然.探討環境空氣中PM2.5自動監測方法的比較及應用[J].環境與發展，2019，2（01）：36-37.

收稿日期：2020-05-09

作者簡介：魏靜（1989-），女，漢族，本科學歷，中級職稱，研究方向為環境監測。