環(huán)境監測總站 探究PM2.5監測全過(guò)程
作者：宇冠檢測 發(fā)布時(shí)間：2017-01-04 閱讀： 來(lái)源：中國環(huán)保在線(xiàn)
PM2.5是如何測量的？數據是怎么計算出來(lái)的？監測結果究竟準不準？相關(guān)媒體近日走入中國環(huán)境監測總站，對PM2.5的監測全過(guò)程一探究竟。走訪(fǎng)后發(fā)現，目前我國各空氣監測站點(diǎn)主要采用連續自動(dòng)監測方法監測PM2.5，手工重量法主要用于連續自動(dòng)監測方法的質(zhì)量控制。走進(jìn)中國環(huán)境監測總站 探究PM2.5監測全過(guò)程
當霧霾來(lái)臨，PM2.5充斥在每個(gè)角落時(shí)，我們每個(gè)人身處其中，呼吸著(zhù)、感受著(zhù)，可以說(shuō)，對它的存在誰(shuí)都不會(huì )陌生。但PM2.5是如何測量的？數據是怎么計算出來(lái)的？監測結果究竟準不準？
帶著(zhù)這些疑問(wèn)，相關(guān)媒體近日走入中國環(huán)境監測總站，對PM2.5的監測全過(guò)程一探究竟。
手工監測天平精度可達1微克
要確保PM2.5監測數據的準確性，測量方法很重要。
說(shuō)到測量，手工重量法不得不提，它可是PM2.5監測的基準方法。
因此，想要清楚認知PM2.5的測量過(guò)程，首先必須明白手工重量法的工作原理。儀器質(zhì)檢室的工程師張楊說(shuō)：“在監測點(diǎn)位用采樣器以恒定采樣流量抽取空氣，使空氣中的PM2.5被截留在提前稱(chēng)重好的空白濾膜上，根據采樣前后濾膜的質(zhì)量變化和累積采樣體積，計算出PM2.5的濃度。”
接下來(lái)的問(wèn)題是，采樣濾膜又是如何稱(chēng)重的呢？
首先，對稱(chēng)重環(huán)境要求極高。用于采樣的濾膜受溫度、濕度、震動(dòng)等人為因素的干擾較大，從現場(chǎng)采樣后的濾膜需要進(jìn)行24小時(shí)平衡再進(jìn)行稱(chēng)重，平衡條件則需要溫度保持在20℃±1℃左右，濕度保持在50% RH±5%RH左右。
“只有在同一個(gè)溫濕度環(huán)境下進(jìn)行稱(chēng)重，得出的數據才能夠保持一致性。” 除了對外部環(huán)境有要求，張楊還介紹了稱(chēng)重設施包括濾膜和天平在內的具體情況：“一片濾膜的重量很輕，只有145~150毫克，這只是濾膜的重量，相比顆粒物的增量就更少了，在0.1~11.5毫克之間，對應的污染物濃度為4~500微克/立方米。所需天平的條件需要達到百萬(wàn)分之一，精度稱(chēng)量分辨率為1微克。”
想看稱(chēng)重先過(guò)急速風(fēng)吹關(guān)
為了從各個(gè)因素控制稱(chēng)量誤差，一個(gè)具備高要求的實(shí)驗室是必需的。
2015年6月，中國環(huán)境監測總站質(zhì)檢室籌建了國家大氣監測網(wǎng)顆粒物稱(chēng)重中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)重中心)，以滿(mǎn)足國控點(diǎn)位顆粒物(PM10、PM2.5)比對采樣濾膜的稱(chēng)重。
想走進(jìn)稱(chēng)重中心，可不是一件容易事。
稱(chēng)重中心對人員、設備的出入條件限制有嚴格的要求。由于對外部環(huán)境潔凈度的要求極高，外來(lái)人員在進(jìn)入稱(chēng)重中心最外圍空間時(shí)必須更換中心配備的拖鞋，以減少對室內環(huán)境的影響。接下來(lái)，步入更衣室更換工作服，緊接著(zhù)在智能風(fēng)淋室開(kāi)啟風(fēng)淋設備，通過(guò)急速風(fēng)吹進(jìn)一步減少衣物攜帶的顆粒物。
這些準備都是為了最大化減少對稱(chēng)重環(huán)境的影響，確保手工比對工作科學(xué)、準確。
進(jìn)入實(shí)驗室，一臺承載了320片濾膜的稱(chēng)重系統正在進(jìn)行編碼/讀碼和稱(chēng)重工作。“為了確保每片濾膜的唯一性以及加強濾膜管理，編碼采用14位編碼原則，包括站點(diǎn)編號、采樣信息、年份月份等。”工作人員解釋說(shuō)，就好比是每個(gè)人都有唯一的身份證號，編碼工作鎖定了濾膜的唯一性，以保障比對工作的準確、無(wú)誤。
從實(shí)驗室的工作節奏來(lái)看，320片濾膜進(jìn)行平衡的時(shí)間需要24小時(shí)，每片濾膜需要進(jìn)行兩次稱(chēng)重，每次誤差需要保持小于0.04毫克，每片測量時(shí)間大概需要5分鐘，這樣整個(gè)稱(chēng)重320片濾膜就需要3~4天的時(shí)間。
那么，不合格的稱(chēng)重濾膜會(huì )不會(huì )成“漏網(wǎng)之魚(yú)”流入監測環(huán)節呢？工作人員說(shuō)：“天平中會(huì )放置一塊標準濾膜，相當于質(zhì)控，很早稱(chēng)好了，如果測量結果顯示變化很大，說(shuō)明其中有污染，這時(shí)就要及時(shí)進(jìn)行處理。”
據工作人員介紹，2015年12月起，稱(chēng)重中心已經(jīng)完成了直管站的5次比對工作，每次比對20個(gè)站點(diǎn)，比對內容包括PM10、PM2.5?？梢哉f(shuō)，比對工作極大地提高了PM2.5監測的科學(xué)性和準確性。
自動(dòng)監測每五分鐘出一個(gè)數值
從全國范圍來(lái)看，目前，地方各個(gè)監測點(diǎn)位對PM2.5多采用連續自動(dòng)監測法下的β射線(xiàn)法和震蕩天平法進(jìn)行測量。市面上的檢測儀器也主要依據這兩種方式進(jìn)行工作。
“這根長(cháng)長(cháng)的管子就是采樣管，一頭連接監測儀器，另一頭連接室外的空氣，它的頂部有個(gè)采樣頭，上面有個(gè)切割器，通過(guò)切割器將空氣中的PM2.5攔截下來(lái)后，順著(zhù)采樣管進(jìn)入監測儀器中。”來(lái)到顆粒物實(shí)驗室，大氣室研究員潘本鋒首先介紹了采用β射線(xiàn)法監測PM2.5的自動(dòng)監測儀。
近距離觀(guān)察這臺儀器，可以發(fā)現密閉的艙體內有一個(gè)白色傳輸紙帶，紙帶上按照一定的間隔已經(jīng)分布了一些黑色的斑點(diǎn)。“這就是昨天通過(guò)儀器自動(dòng)采樣得到的PM2.5。”潘本鋒解釋了儀器的工作原理：傳輸進(jìn)來(lái)的空氣經(jīng)過(guò)紙帶，把所含的顆粒物過(guò)濾在紙帶上。儀器可以發(fā)射β射線(xiàn)，如果紙帶上附著(zhù)顆粒物，就會(huì )使射線(xiàn)能量衰減，衰減的量與顆粒物的濃度有直接關(guān)系，這樣我們就測量出顆粒物的濃度含量。
實(shí)驗室里還有另外一種依靠振蕩天平進(jìn)行監測的儀器。潘本鋒說(shuō)，儀器的設計靈感來(lái)自于航天技術(shù)，“太空中有質(zhì)量沒(méi)有重量，質(zhì)量不變怎么測顆粒物質(zhì)量濃度？在太空里稱(chēng)重就用了振蕩天平。”
觀(guān)察這臺振蕩天平測量?jì)x，可以發(fā)現儀器中有個(gè)振蕩原件，以及空氣中不斷收集的顆粒物。振蕩原件隨著(zhù)顆粒物的多少出現不同的振蕩頻率，當顆粒物越來(lái)越重，振蕩原件擺動(dòng)的頻率就會(huì )越來(lái)越慢。通過(guò)實(shí)時(shí)測量振蕩的頻率，進(jìn)一步測算出顆粒物含量的濃度是多少。
翻閱現場(chǎng)數據記錄可以看到，兩種監測儀器可以做到實(shí)時(shí)測量，每隔幾秒進(jìn)行一次更新，每5分鐘出一個(gè)數值，可以做到邊采樣邊測量，而工作人員則每小時(shí)讀取一次PM2.5濃度。
據了解，為確保PM2.5監測的準確性，我國出臺了PM2.5監測的一系列技術(shù)規范，對PM2.5監測的運行維護、人員資質(zhì)和質(zhì)保質(zhì)控提出了明確的要求。
空氣質(zhì)量監測實(shí)行聯(lián)網(wǎng)管理
對PM2.5監測數據實(shí)時(shí)公開(kāi)發(fā)布，在為公眾提供健康指引的同時(shí)，強化了社會(huì )監督，進(jìn)一步提高PM2.5監測的準確性。
“全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺自2013年1月1日正式對外發(fā)布。” 大氣室高級工程師孟曉艷一邊在電腦上調取各地PM2.5實(shí)時(shí)監測數據，一邊說(shuō)道：“監測數據每小時(shí)都會(huì )從子站傳過(guò)來(lái)，不會(huì )有人為干擾，這些指標包括AQI和PM2.5在內的6項基本污染物。公眾可以自行通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上的實(shí)時(shí)發(fā)布平臺進(jìn)行24小時(shí)歷史查詢(xún)。”
除了實(shí)時(shí)發(fā)布平臺，在孟曉艷的辦公電腦上，還看到了另外一套系統，“這是我們的國家空氣質(zhì)量監測聯(lián)網(wǎng)管理平臺，用于管理審核、評價(jià)各地上報的PM2.5等監測數據，以進(jìn)一步保障監測數據的準確性。”孟曉艷解釋說(shuō)，這套系統的應用本身就是對PM2.5監測數據的一種質(zhì)量控制。
“十二五”以來(lái)，依據建成區面積和人口密度，兼顧代表性、科學(xué)性、穩定性和維護的便利性，我國對城市空氣質(zhì)量監測點(diǎn)位進(jìn)行了優(yōu)化和調整，使監測數據能全面客觀(guān)反映空氣質(zhì)量狀況。目前，我國的監測點(diǎn)位已經(jīng)涵蓋了338個(gè)城市的1436個(gè)站點(diǎn)。
運維質(zhì)量關(guān)系數據質(zhì)量。2016年，按照“誰(shuí)考核誰(shuí)監測”的原則，環(huán)境保護部積極推進(jìn)空氣質(zhì)量監測事權上收工作，截至2016年11月底，全國1436個(gè)國家空氣質(zhì)量監測站點(diǎn)已全面上收，由國家統一委托運維公司負責運行維護，監測數據直報國家并對外公開(kāi)，從體制機制上切斷地方干預監測數據的風(fēng)險。
多知道點(diǎn)
測量方法有哪些？
手工監測與自動(dòng)監測各有優(yōu)缺、互為補充
按測量方式劃分，PM2.5的監測方法主要有手工重量法和連續自動(dòng)法兩種。連續自動(dòng)監測法按照不同原理劃分又可分為兩種：振蕩天平法和β射線(xiàn)法。
手工重量法是PM2.5監測的基準方法，用于判定連續自動(dòng)監測方法的準確性和可靠性。美國和歐洲均以手工重量法作為PM2.5監測標準方法，并作為認證PM2.5自動(dòng)監測儀器的基礎方法。
我國也規定不同原理的PM2.5自動(dòng)監測方法只有與手工重量法監測結果比對一致，才能應用于測量PM2.5。
但手工重量法耗時(shí)較長(cháng)，需要將樣品在恒溫、恒濕條件下平衡24小時(shí)后進(jìn)行測量，作為PM2.5自動(dòng)監測的質(zhì)控手段必不可少，但無(wú)法滿(mǎn)足空氣質(zhì)量信息實(shí)時(shí)發(fā)布的需要。
連續自動(dòng)監測法必須與手工重量法進(jìn)行比對，且滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)要求，才能用于PM2.5監測，是手工重量法的等效方法。它的特點(diǎn)是能夠實(shí)時(shí)讀取監測數據、時(shí)效性強，可及時(shí)向社會(huì )公眾提供PM2.5實(shí)時(shí)數據和健康指引，在國內外得到廣泛應用。
目前，我國各空氣監測站點(diǎn)主要采用連續自動(dòng)監測方法監測PM2.5，手工重量法主要用于連續自動(dòng)監測方法的質(zhì)量控制。
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