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11.环境空气质量自动监测系统1．1概述1．1．1建立系统的必要性和目的随着我国城市建设和经济的高速发展，不可避免地带来了生活、工业和交通排放废气量的增加，使环境空气质量不断下降，如果这些问题不引起重视，就有可能导致环境质量的进一步下降，将直接影响我国经济可持续发展。为此，我国环境保护面临许多新的挑战，为适应经济可持续发展战略的需要，从强化城市环境管理，科学制定环保法规和城市规划，提高政府对污染事故的应急处理能力，以及加强公众监督，提高全民环保意识，推动环保科研教育的发展等方面考虑，需要环保监测部门提供大量准确可靠和连续及时的环境监测依据。但是，我国还有许多城市在环境空气质量必测项目的监测上，还在采用人工采样、送样、实验室分析的监测方法，不仅费工、费时，而且样品捕获率低、分析时间长、数据上报慢和信息量少，其监测结果不能很好地反映出城市环境空气污染在空间和时间上的变化现状和规律，对城市环境空气中主要污染物的扩散趋势及影响不能做出连续的判断，从而影响了城市环境管理水平的提高。特别是随着各种环境污染源的不断增加和污染事故的不断发生，有些城市环境空气污染在某些方面恶化趋势已初露端倪。采用人工采样、送样到实验室分析的监测方法，已越来越不适应我国城市经济建设高速发展的需要，而且逐渐成为有些城市提高环境管理效率和监测技术水平的瓶颈。因此为改善以上存在的问题，有必要在全国主要城市建立或完善环境空气质量自动监测系统(简称系统)，建立系统应达到以下目的。①判断环境空气质量是否符合国家规定的环境质量标准，及时掌握当前环境空气污染现状和变化规律及趋势，判断环境空气污染造成的影响范围，为政府主管部门控制和治理环境空气污染决策和评价防治措施效果提供依据。②根据每日各时段的长期连续监测结果，捕捉本地区环境空气污染出现最严重的区域及时段，捕捉到危害及影响严重污染源的排放规律，为防止区域环境空气污染加剧，保证环保法规的执行，起到监督作用。③长期收集环境背景和环境空气质量的连续监测数据，建立环境监测数据库。用积累的连续监测结果，为环保科研、科学规划及制定或修改环境标准和法规提供科学依据。④为发布环境空气污染指数和环境空气污染短、长期预报及评价，提供连续的信息资料。⑤利用监测结果向公众发布环境空气质量日报、预报和定期的质量报告，对环境污染问题进行时事评议，在提高全民环保意识，加强公众监督方面起到推动作用。⑥用自动监测方式代替人工送样实验分析的监测方式，提高监测工作效率。⑦为城市环境空气污染总量控制和有关城市考评，提供参考依据。⑧协助宣传教育部门，在推动环保教育和环保科普宣传方面起到示范作用。1．1．2系统的构成和运行方式环境空气自动监测系统是由中心站、多个固定监测子站、车载活动子站(根据条件选用)、质量保证实验室和系统支持实验室等五部分组成。在系统中，中心站通过有线或无线通讯设备对各子站监测的结果进行收集，按要求对收集的监测结果进行统计处理，形成各种统计分析报告、报表及图形，通过有线或无线通讯设备将统计分析结果传送到有关环保主管部门。每个固定监测子站代表了一定的空间监测范围，负责对选定的监测项目进行采样和分析，分析结果按要求的格式存储在子站计算机中供中心站调用；在有条件配备车载活动子站的情况下，车载活动子站作为固定监测子站的补充，在需要进行短期连续监测，而固定监测子站空间范围不能覆盖的地方，需要通过车载活动子站对临时现场的监测项目进行采样和分析。为保证系统获得准确可靠的监测结果，质量保证实验室负责监测设备的标定、校准和审核，负责系统有关监测质量控制措施的制定和落实：为保证系统能正常运转，系统支持实验室负责系统仪器设备的日常保养、维护和维修。2每个监测子站主要是由采集和分析大气样品的大气污染监测分析仪器(包括多支管采样系统在内)、监测气象参数的气象传感器、用于校准和检查监测分析仪器的多种气体校准器，用于采集和存储监测结果的子站计算机及通讯设备组成。监测子站结构和仪器设备配置见下图所示。系统的运行方式采用集中分散控制方式，即：每个监测子站可以独立获取数据，也可以通过通讯系统在中心计算机的控制下进行数据交换，监测子站为计算机控制无人值守运行。1．2系统监测布点和监测项目选取1．2．1监测布点原则在设计环境空气质量自动监测系统时，应根据本地区多年的环境空气污染状况及发展趋势、工业、能源开发和经济建设的发展、人口分布、地形和气象条件等因素，与代表性相结合，以能客观反映环境空气污染对人群和生活环境影响为原则，综合考虑系统监测点位的布点问题。在布点设计中，确定的监测点数量与系统资金投入有直接关系，因此需要对监测点位进行合理优化。由于有多种优化布点方法，选用何种方法，各地应根据本地的实际情况做出合理选择。在这里对优化布点方法不做叙述，请另见有关环境空气质量监测布点技术规定和专著。但对监测点位的布设应遵循以下布点原则。①监测点位的设置应具有较好的代表性，应能客观反映一定空间范围的环境空气污染水平和变化规律。②应考虑各监测点之间设置条件尽可能一致，使各个监测点取得的数据具有可比性。③为了能大致反映城市各行政区环境空气污染水平及规律，在监测点位的布局上尽可能分布均匀。同时在布局上还应考虑，能大致反映城市主要功能区和主要环境空气污染源的污染现状及变化趋势。④为分析和评价城市各测点环境空气污染的变化情况，每个城市应设置1个区域性范围的环境空气对照点。对照点应设在城市主导风向上风向，环境空气污染水平远低于其他测点的地方。⑤应适当结合城市规划考虑监测点位的布设，使确定的监测点位能兼顾未来发展的需要。1．2．2监测项目和监测频次的选取在环境质量标准中涉及的常规环境空气质量监测项目有几十种，现在这几十种监测项目中只有部分项目可以实现连续自动监测，因此系统监测项目的选取上，选择仪器设备容易购置，且容易掌握污染超标和具有代表总体变化特征的项目进行监测。由于国内大规模全面开展环境空气质量自动监测的城市还不多，购置的多项目监测仪器设备投人运行的时间还不长，各城市环保部门在系统选型、应用和管理等方面可借鉴的经验有待于进一步充实和扩展，在这种情况下进行系统的仪器设备选型，若对各环节考虑不周，选型不适当，一旦仪器设备大量购入将会对国家造成巨大的经济损失，因此。在系统确定监测项目时，不仅要考虑监测项目的代表性，还应兼顾仪器设备的可靠性和技术适用性的选择，据此，系统的监测项目选取国家环境空气质量监测网络及数据库管理的要求，首先选择技术成熟，且有国家监测技术规范可遵循，又容易实施的主要监测项目；在技术条件具备，且有国外监测技术规范可参照和本地区急需的情况下，慎重选择表1所列的项目测定。环境空气质量自动监测系统对必测项目的数据采集频率和时间按以下要求进行。①大气自动监测系统采集的监测数据应能每个小时平均值。每种仪器采集一次数据的时间有所不同，在每小时中采集到75％以上的一次值时，本小时的监测结果有效，用本小时内所有一次值的算术平均值作为其小时平均值。3②每日不少于18个有效一次值的算术平均值为有效日均值(以日历时段作为有效日均值的统计时段)。③每月不少于21个有效日均值的算术平均值为有效月均值。④每季不少于3个有效月均值的算术平均值为有效季均值。⑤每年不少于12个有效月均值的算术平均值为有效年均值。表1监测项目划分主要监测项目选测项目主要监测项目选测项目二氧化硫(S02)碳氢化合物一氧化碳(CO)二氯化氮(N02苯系物臭氧(03)吸人尘(PMl0)对当地影响较大的其他污染物1．3子站和中心站建设要求1．3．1子站周围环境要求①在监测点50m范围内不能有明显的污染点源，不能靠近炉、窑和锅炉烟囱。②点式监测仪器(每个监测项目对应一台监测仪器)采样口周围，或开放光程分析仪（用差分吸收光谱法分析多个监测项目)发射光源到监测光束接收端之间90％光程附近，不能有高大建筑物、树木或其他障碍物阻碍环境空气流通。从采样口或监测光束到附近最高障碍物之间的距离，至少是该障碍物高出采样口或监测光束的两倍以上。③在监测点采样口周围270度弧形范围，环境空气流动不受任何影响。如果采样管一边靠近建筑物，至少在采样口周围要有180度弧形范围的自由空间。④监测点周围建设情况相对稳定，在相当长的时间内不能有新的建筑工地出现。监测点应建在能长期使用，且不会改动的地方。⑤监测点应地处相对社会安全和防火措施有保障的地方，最好选在有人看管的学校或政府部门内。⑥监测点位附近无强大的电磁波干扰，周围容易获得稳定可靠的电源供给，电话线路容易安装和检修。若选用无线通讯方式，为保证通讯畅通，架设天线应注意地形对通讯信号的影响。⑦为了方便进出监测点位进行维护，应有便于出入监测点位的车辆通道。1．3．2采样口定位基准①为避开树木、建筑物和其他物体吸附作用的影响，尽量减小周围环境因素对监测结果的干扰。在固定采样口或监测光束时，按表2确定的基准进行定位。污染物采样口或监测光束的80％光程离地面高度/m采样口或监测光束的90％光程与支撑物之间的距离/m采样口或监测光束的90％光程离树木边缘之间的距离/m水平方向垂直方向PM102～15﹥2﹥1﹥10SO23～15﹥1﹥1﹥10NO23～15﹥1﹥1﹥10O33～15﹥1﹥1﹥104CO3～15﹥1﹥1﹥10注：水平和垂直方向距离指采样头或开放光程分析仪的发射光源和监测光束接收端在建筑物上固定时，离墙壁和屋顶等建筑物的安装距离。②在监测子站建筑上需要设置多个采样口时，为防止各采样口之间对采集空气样互相干扰，各采样口之间的间隔距离不能少于1．5m。若使用大流量TSP采样装置(滤膜称重法)进行并行监测，各采样口之间的间隔距离不能少于2m。③为避开交通车辆排放尾气对一定范围监测结果产生干扰，采样口或监测光束的光程应离开交通道路一段距离。表3按交通道路日平均车流量，给出了采样口或监测与道路之间最小间隔距离的限定。④使用开放光程分析仪进行空气质量监测时，在不阻挡监测光束完全通过的情况下允许监测光束在上空穿过日平均车流量少于10000辆的道路，排放量少、对监测结果影响不大的小污染源，未达到间隔距离要求的树木或建筑物。但是监测光束穿过这些道路、小污染源、树木和建筑物的合计距离，不能超过监测光束总光程长度的10％。⑤开放光程分析仪在附近范围到区域范围之间进行空气质量监测时，监测光束的光程长度不能超过1000m；在中等范围监测时，光程长度不能超过300m；小范围监测不能使用开放光程分析仪。对于频繁扬尘、下雾、下雨和下雪的区域，为了减少监测光束亮度减弱的影响，可以考虑对监测光束的光程长度给予适当缩短，但不能低于200m。⑥开放光程分析仪用于监测环境空气中N0时，由于受发射光源的制约，监测光束的光程长度应在200～350m之间。表3采样口或监测光束与交通道路之间最小间隔距离的限定道路日平均车流量(日平均车辆数)/辆采样口或监测光束的90％光程与交通道路之间最小距离/mO3NO2CO≦10000≧10≧10≧10150002020252000030304530000404080400005050115500006060135600008080≧15070000100100≧110000≧250≧250注：1．在道路日平均车流量大于3000辆，采样高度为2～15m的地方监测PMlO时，采样口与道路之间的间隔距离不能少于25m；2．按交通道路边缘到采样口之间的距离，计算间隔俚巨离；3．监测点用于监测车辆排放尾气污染对道路两侧人群密集区的影响时，路边环境监测点应靠近人行道设置，采样高度不能超过5m。⑦安装开放光程分析仪的发射端和接收端时，如果发射端发出的监测光束不通过任何反射镜直接到达接收端，那么发射端直接到接收端的距离作为监测光程长度。如果发射端发出的监测光束通过反射镜到达接收端，监测光程的长度应该是监测光束从发射端出发，经过反射镜到达接收端全部路程的长度。监测光程长度的测绘误差应严格限制在±3m内。5⑧应尽量使发射端到接收端之间的监测光束保持在仰角不超过15。的范围内。1．3．3多支路集中采样系统在使用多台点式监测仪器的监测子站中，除PMlO