PM2.5手工監(jiān)測與連續(xù)自動監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)比對分析

摘要：隨著我國開始大力治理環(huán)境空氣污染，我國空氣質(zhì)量在明顯改善。其主要的污染物PM2.5成為主要的監(jiān)測對象，其監(jiān)測技術(shù)每年都在不斷進(jìn)步和改進(jìn)。本文對PM2.5的手工監(jiān)測及自動監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在不同監(jiān)測的情況下其監(jiān)測方式各有優(yōu)勢，兩者具有較好的相關(guān)性，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性，可以為改善環(huán)境提供數(shù)據(jù)上的支撐。

關(guān)鍵詞：PM2.5;手工監(jiān)測;連續(xù)自動監(jiān)測;比對試驗(yàn)

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）11-0-01

Abstract：With Chinas vigorous efforts to control environmental air pollution， Chinas air quality is improving significantly. Its main pollutant PM2.5 has become the main monitoring object， and its monitoring technology is constantly improving every year. Based on the data analysis of manual monitoring and automatic monitoring of PM2.5， this paper finds that the monitoring methods of PM2.5 have their own advantages under different monitoring conditions. The two methods have good correlation， and the automatic monitoring data have high accuracy， which can provide data support for improving the environment.

Key words：PM2.5;Manual monitoring;Continuous automatic monitoring; Comparison test

現(xiàn)階段，對空氣污染監(jiān)測的方法有很多種，我國大多數(shù)環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)都是運(yùn)用自動監(jiān)測方法對空氣當(dāng)中的PM2.5做監(jiān)測。因?yàn)樵斐蒔M2.5的因素非常多，所以比起 SO2污染來說監(jiān)測難度有點(diǎn)大。一些西方發(fā)達(dá)國家往往會使用手工監(jiān)測方法在一定的時間與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)做出比對，可以對自動監(jiān)測結(jié)果做出很好的評判，并且及時做出一些修改，這樣就可以使得自動監(jiān)測數(shù)據(jù)更加地科學(xué)?，F(xiàn)階段我國采用的方法為重量法，其主要是PM2.5與PM10的標(biāo)準(zhǔn)化研究，可以對自動監(jiān)測儀器進(jìn)行合理的檢查。因此，對這二者方法所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析是有重要意義的。下文主要選在灰色霧預(yù)警與觀測平臺的實(shí)驗(yàn)室建筑中進(jìn)行的。采用人工監(jiān)測的方法，在對顆粒物質(zhì)進(jìn)行自動監(jiān)測的同時對樣品進(jìn)行了取樣，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單對比。因?yàn)橐恍┐箫L(fēng)天氣或者節(jié)日喜慶燃放鞭炮都會使得空氣質(zhì)量發(fā)生很大的變化，這樣對于實(shí)驗(yàn)來說測出來的結(jié)果更具有說服性。

1 監(jiān)測實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原理

顆粒物監(jiān)測方法有很多種，一般情況都在使用手工監(jiān)測和自動監(jiān)測。手工監(jiān)測是用采樣器以不變的速度來抽取固定量的空氣，這樣就可以使得環(huán)境空氣里邊PM2.5很好的留在濾膜上，然后測量采樣前后濾膜的重量差值，從而計算得出PM2.5濃度，這種方法操作起來非常容易，而且可以節(jié)約資金。而自動監(jiān)測則是利用自動監(jiān)測設(shè)備對同地區(qū)內(nèi)的空氣進(jìn)行連續(xù)采集，利用其設(shè)備自身自動分析空氣顆粒物濃度，一般常用的設(shè)備原理為β射線法和震蕩天平法等。

1.2 儀器設(shè)備

根據(jù)自動監(jiān)測設(shè)備的試驗(yàn)要求，我們本次選取三臺連續(xù)自動監(jiān)測設(shè)備，其分別為兩臺先河 XHPM2000E 型顆粒物自動監(jiān)測儀及一臺美國熱電公司 5030 型顆粒物自動監(jiān)測儀，主要是利用基于 β 射線法監(jiān)測檢驗(yàn)法，采樣流量為 16.67L/min。

1.3 樣品采集

樣品采集點(diǎn)主要在環(huán)境中心實(shí)驗(yàn)樓，PM2.5手工采樣重量法日均值的時間段與自動監(jiān)測設(shè)備采樣時間保持一致，采樣過程配置空白濾膜，于3月10日—3月30日，連續(xù)采樣監(jiān)測20d，共取得有效數(shù)據(jù)110個。

1.4 PM2.5采樣膜的處理

對樣品進(jìn)行采集后，放在冷藏庫進(jìn)行保存，溫度控制在4℃以下，濕度控制為50%，把采樣的樣品放置于20℃內(nèi)，在此情況下需要放置24h，其稱重2次，選取平均值。

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.1 計算公式與數(shù)據(jù)分析

其采樣器的監(jiān)測結(jié)果計算公式如（1）所示：

式中ρMi為手工采樣結(jié)果，其單位為μg/m3;w2為采樣后濾膜監(jiān)測質(zhì)量，w1為濾膜前的質(zhì)量，其單位為g;V為已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（273 K，101.325 kPa）下的采樣體積，m3。

多臺采樣器監(jiān)測平均值結(jié)果按公式（2）計算：

式中ρM為3臺手工采樣器采樣結(jié)果;ρMi為單臺采樣結(jié)果;n 為3臺數(shù)量。

手工采樣和自動監(jiān)測結(jié)果相對偏差計算，公式如下：

2.2 同種類儀器數(shù)據(jù)分析

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，采用手工監(jiān)測中得到的數(shù)據(jù)偏差在10%左右，其測得的數(shù)據(jù)還是比較相近可靠的。而采用自動監(jiān)測設(shè)備的偏差范圍在3%～15%之間，其偏差明顯高于手工監(jiān)測。

2.3 自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行數(shù)據(jù)比對中，我們選取3臺手工監(jiān)測設(shè)備，3臺自動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行分析。試驗(yàn)監(jiān)測天數(shù)為20d，其中優(yōu)良天數(shù)為5 d，輕度及中度污染天為10d，重度污染為5d。對結(jié)果進(jìn)行分析比較，結(jié)果顯示其手工監(jiān)測數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)有很多相關(guān)趨勢。其正誤差為16%左右，負(fù)誤差為84%左右;相對誤差在 ±5% 以內(nèi)占比24%，±5% ～ ±10% 的占比 48%，±10% ～ ±15% 的占比 28%。經(jīng)過這樣的實(shí)驗(yàn)可以知道大多數(shù)PM2.5手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比自動監(jiān)測要大，為什么會出現(xiàn)這樣的情況，可能存在一些揮發(fā)性的物質(zhì)，自動監(jiān)測設(shè)備沒有一個很好的解決這樣的問題，還有可能就是設(shè)備本身存在問題或者工作人員操作的時候由一些操作錯誤引起的。對PM2.5的手動和自動監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)性比對，下圖采用了一種適用的測試評價方法。其中以自動監(jiān)測值為縱坐標(biāo)，手工自動監(jiān)測為橫坐標(biāo)，對兩者進(jìn)行平均值做線性回歸分析。

3 結(jié)論和建議

（1）經(jīng)過這樣的試驗(yàn)可以得出一些結(jié)論，不管在什么情況下PM2.5手工監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)都會有很強(qiáng)的相關(guān)性，這樣測量得到的數(shù)據(jù)就具有很強(qiáng)的說服性，可以給我國的環(huán)保工作帶來非常大的幫助。（2）經(jīng)過這樣的實(shí)驗(yàn)可以知道大多數(shù)PM2.5手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比自動監(jiān)測要大，可能存在一些揮發(fā)性的物質(zhì)，自動監(jiān)測設(shè)備沒有一個很好的解決這樣的問題，還有可能就是設(shè)備本身存在問題或者工作人員操作的時候存在一些操作誤差造成的這樣的情況。（3）種類一樣的手工監(jiān)測數(shù)據(jù)都比較準(zhǔn)確，上下偏差低于10%。而設(shè)備監(jiān)測之間的偏差在3%～15%之間，其中兩臺設(shè)備的偏差在10%以內(nèi)，從中可以看出選用不同的自動監(jiān)測設(shè)備，測出數(shù)據(jù)也存在一定偏差。

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收稿日期：2019-07-12

作者簡介：王勇（1970-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。