大氣污染環境監測技術及治理研究

張俊杰，茅宇文，施佳倫

（崇明區環境監測站，上海 202150）

引言

在人們環保意識不斷增強的背景下，應用專業監測技術對大氣環境質量進行評估與鑒定，明確大氣污染化學、物理指標，結合大氣污染程度以及氣體主要污染成分，制定具有針對性的污染治理對策，成為規避突發性污染風險、優化大氣環境、為人們營造高質量生活空間的重要舉措。

1 監測大氣環境污染的必要性

盡管《大氣環境氣象公報（2022年）》中的調查數據顯示，從整體上看，我國生態環境污染問題得到了遏制，但是受不利氣象條件的影響，部分地區仍會在冬季出現持續性霧霾、在夏季出現區域性臭氧污染、在春季持續出現沙塵等問題。上述問題的出現，給人們的正常生活工作造成了嚴重的影響。現階段，為盡可能降低氣候問題給人們身體健康造成的不利影響，通過開展大氣污染監測工作的方式，在明確大氣環境污染物種類、濃度等信息的基礎上，找出導致污染物含量過多的原因，并制定具有針對性的污染防治策略，成為環境保護工作有效開展的關鍵任務之一。

2 大氣污染環境監測技術

在工業化進程不斷推進的過程中，廢氣的年排放量在不斷增長，若不能及時對這一問題加以管控，那必然會對生態環境造成嚴重破壞。現階段，面對上述問題，應用合適的監測技術對大氣污染情況進行實時監測，成為一項極為必要的工作。

2.1 無人機監測技術

無人機監測技術作為一種區別于傳統靜態監測操作的動態監測模式，有著整體靈活性、機動性、經濟性都比較強，且運行成本較低的技術應用優勢。現階段，應用無人機監測技術對大氣環境污染問題加以管控，不僅可以使無人機搭載錄像設備，便于工作人員了解監測區域內的環境信息，還可以將污染成分監測傳感器納入監測體系當中，在傳感器測定監測區域大氣污染物含量后，及時將數據信息傳輸至大氣環境監測系統中，實現對監測區域大氣污染情況的動態監測，滿足大氣污染治理工作對于污染數據的實際需要。在工作實踐中，將無人機監測器與監測平臺技術有機融合到一起，不僅可以打破傳統大氣環境污染監測工作的局限性，擴大大氣污染環境的監測范圍，提高監測工作效率，還能有效規避惡劣天氣、復雜地形等不利因素對環境監測產生的影響。舉例來說，工作人員在監測復雜地形區域大氣環境污染情況時，在無人機上安裝氣體監測儀、探測系統等設備，實現對監測區域高空大氣中各類氣體濃度的有效監測，無人機的主要使用場景與參數指標如表1所示。同時借助信號傳輸技術，無人機可以將測得的氣體濃度信息及時傳輸到探測系統監測平臺當中，由平臺自行開展數據信息的分析工作，為該地區大氣環境污染情況的精準分析提供有效的支持[1]。

表1 無人機監測技術的應用場景及監測指標

2.2 氣態物質監測技術

氣態物質監測技術是一種詳細分析大氣主要成分、各類物質濃度的技術方法。在當前大氣環境污染監測治理工作中，氣態物質監測技術的應用可以為工作人員提供更為準確的污染信息，便于提高后續污染治理方案的針對性與可靠性。實際監測工作中，工作人員可以結合監測區域的實際情況，采用物理化學等技術手段，詳細分析組成大氣的各類氣態物質，確定各物質的具體濃度。

2.2.1 分光光度技術

分光光度技術是一種較為常見的氣體監測技術，這一技術主要被應用于氮氧化合物含量的測定和臭氧含量的測定工作中。具體來說，在應用分光光度技術測量大氣中氮氧化合物含量時，工作人員可以以酸性高錳酸鉀溶液為主要測定試劑，可以將氣體通過氧化管使其成為二氧化氮，然后令二氧化碳與高錳酸鉀溶液發生反應，生成偶氮染料，最后利用波長為540納米的光波測定偶氮染料的吸光度，從而達到確定大氣中氮氧化合物含量的目的。同時，為測定樣品中的臭氧含量，可以以臭氧與藍色靛藍二磺酸鈉發生的褪色反應為基礎，并在上述摩爾反應完成后，將反應后的溶液置于610 mm光波處，開展液體吸光度測試工作，則可以結合吸光度以及吸收液藍色減退情況，確定大氣中的臭氧濃度[2]。

2.2.2 紫外熒光監測技術

紫外熒光監測技術是一種主要監測大氣中二氧化硫含量的技術方法。在實踐活動中可以利用相應機器設備發射的紫外線照射大氣樣品，令大氣中的二氧化硫與紫外線發生熒光反應，然后利用配套儀器設備，捕捉熒光反應具體發生情況的方式，了解大氣樣本中二氧化硫的濃度以及大氣環境的污染情況。相較于其他氣態物質監測技術，第一，紫外熒光監測技術并不需要使用其他的化學藥劑或物理藥品，與其他適用多種化學藥劑的物質測定反應相比較，這一技術不僅實現了監測成本的有效管控，還降低了其他反應物對測定結果準確性的影響。第二，在應用紫外熒光監測技術監測大氣中二氧化硫含量時，僅需將樣品放置于相應監測設備當中，即可實現二氧化硫濃度的自動化監測，這在一定程度上實現了監測成本的有效管控。

2.3 衛星遙感監測技術

衛星遙感監測技術是當前較為常用的一種大氣環境監測技術。在應用這一技術時，可以先在目標區域內設定不同的采樣點，然后從整體出發確定采樣站的具體位置，開展大氣環境污染情況的采樣分析工作。在實踐活動中，采樣站的布點方式包括網格布點法、扇形布點法、圓形布點法等。其中網格布點法是先將目標區域分成若干個大小不等的網格，然后在兩個網格的交點處設置采樣點，實現對周邊網格區域的全方位監測，網格布點法是提高監測工作準確性的技術方法。為了在盡可能減少采樣點設置數量的同時，提高監測工作的全面性與可靠性，在設置采樣點時需要詳細分析目標區域的地理條件、建筑密度、人口流動情況等信息，然后設置相應的網格點，盡可能降低其他因素對大氣環境采樣工作質量造成不利影響。

2.4 車載設備監測技術

車載設備監測技術是一種以車輛為載體，搭載大氣環境監測設備，利用車輛可自由移動的特性，完成某些區域大氣環境質量監測工作的技術方法。相較于其他環境監測技術，車載設備監測技術有著應用較為靈活、測定結果較為準確等優點。具體來說，考慮到大氣環境中的某些污染物在氣候環境條件的影響下，可能會出現擴散、漂移等問題，若將污染物測定設備始終放置于一個區域，那么測定結果的準確性必然無法得到保證。此時應用車載設備監測技術，在監測大氣環境污染的過程中，可以通過移動車載設備的方式，克服外界環境因素的干擾，提升監測工作的動態性與可靠性。同時，在當前的大氣環境監測工作中，環境監測設備可以被搭載在公共汽車、環保執法車、出租車等車輛上，實現不同區域臭氧、一氧化碳、氮氧化合物、顆粒物等大氣污染物含量的動態監測，實現不同區域環境監測網絡的有效完善，保障監測數據的可靠性[3]。

3 大氣污染治理手段

當前，針對不同污染物的治理技術手段存在一定的差異，本文主要以揮發性有機化合物為研究對象介紹了治理這一污染物的具體手段。

3.1 電暈法

電暈法是一種先通過放電，生成氮氧化合物與臭氧，然后使反應得到的物質與污染物發生氧化反應的技術方法。應用電暈法治理揮發性有機化合物時，可以在常溫常壓條件下，先將發電機放置于介質中，利用高壓脈沖電暈生成不平衡等離子體，將生成物與揮發性有機化合物放置于一處，使其轉化為無害成分，從而達到污染治理的目的。

3.2 熱破壞法

直接燃燒與催化燃燒是當前大氣污染治理工作中較為常用的兩種熱破壞法。在利用這一方法處理大氣中的揮發性有機物時，可以將揮發性有機化合物轉化為二氧化碳、水、無機鹽等物質，降低揮發性有機物在大氣中的濃度。需要注意的是，在熱破壞法實際應用過程中是否應用催化劑會對揮發性有機物的轉化效率產生直接的影響（如圖1所示），因此，為提高揮發性有機物的轉化效率，工作人員大多會應用金屬鉛作為催化劑開展大氣污染治理工作。盡管金屬鉛的應用會提高污染物的轉化效率，但由于這種污染治理方法的運轉成本較高，因此這一技術方法并未得到廣泛推廣。

圖1 熱破壞法在不同情況下的揮發性有機物轉化率

3.3 光分解法

光分解法是一種利用光源直接照射污染物，促使污染物分解成無害物質的大氣環境污染治理技術。在應用這一技術治理揮發性有機化合物時，分解得到的羥基會與化合物發生氧化反應，生成水、二氧化碳、無機鹽等污染性較低的物質。通過實踐調查可以了解到，相較于其他污染物治理技術，光分解法是一種污染物處理效率高、清潔可靠的技術方法，在人們對環境保護工作重視度不斷提升的當下，這一技術方法具有大面積普及的價值。

3.4 超聲波解吸法

超聲波解吸法是一種以超聲波熱效應為基礎，提高吸附劑吸附污染物的能力，減少大氣中污染物含量的技術方法。在應用這一方法去除大氣中揮發性有機化合物時，可以選擇聚合樹脂、活性炭等物質作為吸附劑。通過實踐我們可以了解到，這一技術方法在應用時有著污染物吸收速度快、反應所需活化能較低的優點。但在應用這一方法處理沸點較高的化合物時，若出現大量化合物堵塞吸附劑孔隙的情況，那么不僅會降低吸附工作的效率，還會因大量更換吸附劑，導致吸附工作的成本有所提升。對此，在當前的揮發性化合物處理工作中，超聲波解吸法經常與焚燒法結合在一起，在提升污染物處理效率的同時，優化技術的應用效果。

3.5 低溫等離子—光催化法

低溫等離子—光催化法是一種新型的大氣污染治理技術，在氮氧化合物、硫化物、揮發性有機化合物等污染物的治理工作中均取得了良好的成效。在實際應用過程中，首先，這一技術方法能夠抑制污染物處理工作中副產物的生成，降低二次污染問題的出現概率。其次，這一技術方法使用時的能耗偏低，有著較高的經濟與環保效益。最后，這一技術方法的操作較為簡單，且工藝較為穩定。因此，在排放量較大、揮發性有機化合物含量偏高的工業廢氣處理工作中，低溫等離子—光催化法有著良好的應用潛力。

4 優化監測與治理的方法

為達成“雙碳”目標，實現對大氣環境質量的有效管控，在實踐活動中不僅要應用不同的監測設備實現監測區域的全面覆蓋，還需要制定統一的監測標準與方法，提升監測結果的可信度。現階段，為保障環境監測工作的可靠性，工作人員可以以監測區域具體大氣環境狀況為基礎，綜合應用互聯網、大數據等技術，構建符合當前環境治理工作需要的大氣污染環境監測網絡體系，通過共享交換的方式，完成大氣污染數據的收集整合工作，確定監測區域的空氣質量、污染物排放情況、污染物濃度等多方面的指標，實現大氣污染狀況與環境質量的綜合評價。同時，為了在保證環保工作質量的基礎上，降低大氣環境治理工作的難度，工作人員可以應用地理信息系統、遙感技術等，實現對污染區域具體情況的動態分析，為環保工作的有序推進打下堅實的基礎[4]。

5 結論

總而言之，在大氣環境污染情況受到人們廣泛關注的當下，應用現代化監測治理手段開展大氣環境污染監測治理工作，一方面可以使工作人員結合污染情況制定具有針對性的污染防治策略，降低大氣中污染物的含量，另一方面可以通過積極扶持具有綠色環保特性的新興產業，降低產業廢氣排放量的方式，實現大氣污染的源頭性管控。