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      環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用

      2022-03-08 06:56:16戚琳
      中國科學(xué)探險(xiǎn) 2022年12期
      關(guān)鍵詞:大氣污染監(jiān)測(cè)技術(shù)環(huán)境監(jiān)測(cè)

      戚琳

      摘要:伴隨著我國經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)各種能源的消耗量也越來越大。石油、天然氣等能源的使用在為現(xiàn)代生產(chǎn)生活提供便利的同時(shí),也加重了大氣污染程度。因此,如何降低大氣污染物,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)以及大氣污染治理已經(jīng)引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。而環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以為大氣污染治理提供污染物種類、濃度等數(shù)據(jù)信息,有助于大氣污染物的監(jiān)測(cè),在大氣污染治理中發(fā)揮了重要的作用。本文首先對(duì)大氣污染的成因、污染物進(jìn)行了分析,介紹了光譜監(jiān)測(cè)(DOAS)、氣體監(jiān)測(cè)等四種常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用,并提出了強(qiáng)化大氣的防治對(duì)策。

      關(guān)鍵詞:環(huán)境監(jiān)測(cè);監(jiān)測(cè)技術(shù);大氣污染;應(yīng)用

      近年來,各類工業(yè)化、社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)釋放的化學(xué)氣體攜帶大量污染物排放到空中,加重了大氣環(huán)境污染,同時(shí)也加大了大氣污染治理難度。目前,灰塵、煙塵和煙霧等顆粒狀污染物和分子狀污染物充斥著人們的日常生活,一定程度上損害著人們的健康。因此,大氣污染治理面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。如何應(yīng)用科學(xué)規(guī)范的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段,提高大氣污染治理的效率,并通過完善和規(guī)范排污企業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn),全面推動(dòng)大氣污染防治成效,是當(dāng)前大氣污染治理的關(guān)鍵。

      1? ? 導(dǎo)致大氣污染的主要成因

      1.1 工業(yè)廢氣排放

      隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展,我國工廠的數(shù)量不斷增加,工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作的過程中釋放了大量化學(xué)氣體。與此同時(shí),石油化工、煤礦等行業(yè)在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量氫氧化物以及其他顆粒狀污染物,對(duì)大氣層造成嚴(yán)重污染[1]。如果這些有害氣體能夠嚴(yán)格按照國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過相應(yīng)的環(huán)保設(shè)施處理后排放,將排放量控制在合理范圍,就能很大程度上減少對(duì)大氣層的損害。但是,大部分工廠在工業(yè)化生產(chǎn)中為了控制成本,并沒有對(duì)污染氣體進(jìn)行專門的處理。相關(guān)研究表明,城市化進(jìn)程發(fā)展越快的城市,其大氣污染問題越嚴(yán)重。大氣污染不僅給人們的生存環(huán)境和健康構(gòu)成威脅,也制約著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?!堵迳即墪r(shí)報(bào)》曾報(bào)道說,蘭州的200萬市民天天忍受著惡劣的環(huán)境,吸口氣就像抽了一包煙似的,因?yàn)槔镱^含有太多的煤灰、汽車廢氣和塵土,看上去就像個(gè)“只冒煙卻沒有窗戶的黑房子”,所以蘭州一度被稱為“看不見的城市”。

      1.2 交通尾氣排放

      近些年,我國居民家庭對(duì)汽車的需求量越來越大,家庭人均汽車數(shù)量不斷增加。推動(dòng)交通行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也使得環(huán)境污染問題日益凸顯。大部分城市都出現(xiàn)了高峰期交通堵塞的情況,汽車在堵塞和低速行駛過程中會(huì)加劇超標(biāo)尾氣排放,不僅污染大氣環(huán)境,也對(duì)人類健康構(gòu)成了威脅[2]。雖然一氧化碳排放已成為城市大氣污染的最大污染源,但是目前我國并未出臺(tái)相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施從源頭控制排放,由此引發(fā)環(huán)境問題進(jìn)一步惡化,加大了環(huán)境治理難度。

      1.3 燃料燃燒氣體

      每年11月份到次年3月份都是北方集中供暖的時(shí)段,在此期間,很多地方廣泛采用以煤炭為主要燃燒原料的傳統(tǒng)供暖。煤炭燃燒后直接排放到空氣中,釋放出大量有害有毒的氣體,污染大氣環(huán)境。雖然目前我國有脫硫煤新能源資源,但在很多地方并未得到大力推廣,煤炭的能源主體地位并未改變,存在很大的環(huán)境治理難度。

      2? ? 大氣污染中污染物的主要類型

      2.1 分子狀污染物

      分子狀污染物包括一氧化碳、臭氧、硫氧化物、氮氧化物、鹵代烴、碳?xì)浠衔锏取4送?,根?jù)環(huán)境區(qū)域大氣污染不同特點(diǎn),可吸入顆粒物、二氧化氮、總氧化劑、碳?xì)浠衔?、氟化物、鉛等特征污染物也屬于分子污染物范疇[3]。

      2.2 顆粒狀污染物

      顆粒狀污染物是指除了氣體分子狀污染物之外的物質(zhì),粒度范圍一般在0.01~100 μm之間。有些粒徑大或者顏色深的顆粒狀污染物肉眼便可看見,比如煙塵,粒徑小的則需要在電子顯微鏡下才可觀察到,一般將微粒直徑在10 μm以下的顆粒物稱為PM10,也稱為可吸入顆?;蛘唢h塵??晌腩w粒在空氣中可以持續(xù)很長時(shí)間,對(duì)人體健康和大氣能見度都會(huì)造成影響。一部分顆粒狀污染物直接排放,另一部分和空氣中的硫化物、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏扔袡C(jī)化合物和其他化合物相互發(fā)生氧化或者其他化學(xué)作用形成極細(xì)的顆粒物。人類吸入可吸入顆粒物積累在消化呼吸系統(tǒng)中會(huì)引發(fā)肺心病、呼吸道疾病等。因此,大氣污染對(duì)患有肺心病尤其是老人、兒童等抵抗力低的敏感人群影響較大。

      3? ? 常見的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

      3.1 光譜監(jiān)測(cè)(DOAS)技術(shù)

      光譜監(jiān)測(cè)是大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中最為常用的技術(shù)手段。日常使用的光譜監(jiān)測(cè)包括傅里葉紅外光譜法、差分光學(xué)吸收光譜法。傅里葉紅外光譜儀最核心的部分是邁克爾遜干涉儀。邁克爾遜干涉儀發(fā)生多色光相干,通過樣品吸收之后,檢測(cè)器檢測(cè)到含有樣品信息的紅外干涉光的干涉圖信號(hào),再經(jīng)過計(jì)算機(jī)將干涉圖信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換,才轉(zhuǎn)換成紅外光譜。差分吸收光譜技術(shù)(DOAS)原理是利用空氣中帶吸收特性的氣體分子來鑒別氣體成分,并根據(jù)窄帶吸收強(qiáng)度來推算出微量氣體的濃度,這種技術(shù)憑借的是其簡單且低廉的設(shè)備裝置和出色的監(jiān)測(cè)能力[4]。目前,國外已經(jīng)將DOAS技術(shù)廣泛應(yīng)用到大氣監(jiān)測(cè)及其大氣研究領(lǐng)域,并對(duì)DOAS技術(shù)的工作原理、濃度反演方法及其在大氣研究領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展前景做了較為詳細(xì)的介紹,為今后在大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域里研究和應(yīng)用DOAS技術(shù)提供了必要的理論知識(shí),填補(bǔ)了國內(nèi)對(duì)DOAS技術(shù)認(rèn)識(shí)的空白。

      3.2 氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)

      氣體污染物監(jiān)測(cè)主要是對(duì)二氧化硫、氮氧化物的監(jiān)測(cè)。二氧化硫是大氣中常見的污染物,其排放不僅對(duì)大氣環(huán)境造成污染,而且對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。煤炭等傳統(tǒng)資源能源在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中會(huì)大量釋放出二氧化硫等有害氣體,污染空氣環(huán)境。對(duì)此,我們可以采取恒電流庫侖法、光度法等監(jiān)測(cè)技術(shù)方法來對(duì)二氧化硫污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè),通過監(jiān)測(cè),可以合理判斷大氣污染情況,為大氣污染防治和治理提出可行性方案。氮氧化物污染物主要是由交通工具排放產(chǎn)生的??梢园仓闷囄矚馀欧疟O(jiān)測(cè)裝置或者使用精密儀器來對(duì)氮氧化物的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè),把握汽車尾氣排放情況,計(jì)算得到污染物的含量情況,為進(jìn)一步治理二氧化硫污染提供幫助。

      3.3 顆粒狀污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)

      大氣中的固體顆粒物成因非常復(fù)雜。開展監(jiān)測(cè)需要專門儀器設(shè)備的輔助,更精確地掌握污染物的濃度含量、成分、污染源頭等各類數(shù)據(jù)指標(biāo),可以為后續(xù)制定大氣污染防治工作提供精確的數(shù)據(jù)參考,簡化大氣污染防治治理工作。

      3.4 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

      大氣中的固體顆粒物成因非常復(fù)雜。大氣污染治理中,大氣污染物的含量、成分監(jiān)測(cè)也是關(guān)鍵的,通過大氣的遙感監(jiān)控技術(shù)可以準(zhǔn)確了解污染物的成分和含量,進(jìn)而采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。在污染問題不斷嚴(yán)重的今天,為了提高環(huán)境治理效率和環(huán)境監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度,專業(yè)部門和人員會(huì)在不同區(qū)域環(huán)境開展全方位監(jiān)測(cè),在監(jiān)測(cè)過程中選用溫室氣體、輻射、臭氧總量等指標(biāo),一方面可以更好地預(yù)測(cè)污染物的變化規(guī)律、污染情況和持續(xù)時(shí)間,另一方面可以快速、準(zhǔn)確地把握大氣污染的全貌,掌握環(huán)境污染的數(shù)據(jù)信息,并在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的治理措施,為我國的環(huán)境污染研究奠定理論基礎(chǔ)[5]。比如,杭州市生態(tài)環(huán)境局率先開展企業(yè)“環(huán)保碼”試點(diǎn)工作,企業(yè)“環(huán)保碼”可以實(shí)時(shí)采集和更新在線監(jiān)控、電力監(jiān)控、應(yīng)急管理、日常檢查等數(shù)據(jù),并結(jié)合排污許可證、環(huán)評(píng)審批、二污普、環(huán)境信用評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)系統(tǒng),按照賦碼規(guī)則給企業(yè)賦予“紅黃綠”三種顏色。通過數(shù)字化的運(yùn)用,為該市健全了環(huán)境污染問題發(fā)現(xiàn)機(jī)制。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以科學(xué)精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問題,有助于智能環(huán)境監(jiān)管與服務(wù)體系的建設(shè)。

      4? ? 強(qiáng)化大氣污染治理的對(duì)策

      4.1 加強(qiáng)污染物來源的控制力

      污染物來源涉及空氣、水體、土壤等多項(xiàng)生態(tài)內(nèi)容,采取環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)區(qū)域環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析,是大氣污染治理中最有效的方式。雖然工業(yè)化加快發(fā)展帶來嚴(yán)重的大氣污染,大氣污染治理面臨很多挑戰(zhàn),但是我國通過環(huán)境監(jiān)測(cè)手段找到了污染物的根源,能更好地掌握區(qū)域環(huán)境污染物的污染程度、污染范圍等,可以更好地制定出環(huán)境保護(hù)方案。比如,私家車數(shù)量的不斷增多加劇了大氣污染,我們可以在區(qū)域內(nèi)通過限號(hào)等手段,實(shí)時(shí)掌握該區(qū)域通過車輛的尾氣排放情況,定位目標(biāo)車輛,這在一定程度上減少汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。

      4.2 建立健全大氣污染環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)

      大數(shù)據(jù)可以將監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和收集,及時(shí)預(yù)測(cè)區(qū)域環(huán)境的變化,并做好應(yīng)對(duì)策略。建立大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)一方面可以識(shí)別大氣中的污染物,分析污染程度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),之后傳遞到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng),幫助相關(guān)人員根據(jù)信息分析和掌握大氣狀況,找到科學(xué)有效的治理方法;另一方面,可以大大提升環(huán)境數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,便于對(duì)環(huán)境質(zhì)量作出合理的評(píng)價(jià)。

      相關(guān)部門可以通過環(huán)境監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確把握開展項(xiàng)目的污染程度、潛在的污染問題,并對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行分析,保障決策的科學(xué)性。目前可以利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)手段打造覆蓋全區(qū)域智能化大氣污染防治,構(gòu)建智能化大氣污染防治治理體系,并建設(shè)區(qū)域化精細(xì)管理運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制,在區(qū)域內(nèi)實(shí)施精細(xì)化管理,構(gòu)建綜合指揮平臺(tái)監(jiān)測(cè),納入網(wǎng)格管理體系,采用科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加以分析、存儲(chǔ),做好數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì),以便相關(guān)部門做出科學(xué)合理的大氣污染防治和治理決策。同時(shí),也可以借力第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行巡查,對(duì)環(huán)境保護(hù)進(jìn)行全程監(jiān)督,形成大氣污染防治閉環(huán)管理,打造大氣污染預(yù)防、治理、監(jiān)測(cè)、督查一體的大氣監(jiān)測(cè)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋、社會(huì)各界共同參與的機(jī)制。

      4.3 嚴(yán)格控制污染物排放

      大氣污染首要關(guān)鍵是要控制污染物的源頭和排放。相關(guān)部門可以通過環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段,對(duì)空氣質(zhì)量和污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。此外,還要在排污單位內(nèi)安裝和設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置,設(shè)立排放濃度標(biāo)準(zhǔn),對(duì)污染物排放實(shí)行濃度控制,對(duì)于超過標(biāo)準(zhǔn)的排放企業(yè)要加以懲罰,迫使企業(yè)將污染物處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。另外,國家要加強(qiáng)污染物總量控制??偭靠刂剖悄壳白羁茖W(xué)的一種控制污染政策,在一定區(qū)域內(nèi),對(duì)所有的污染者排放的污染物總量有一個(gè)限制,必須是在環(huán)境自凈能力允許的范圍內(nèi)[7]。各個(gè)區(qū)域的排污者可以將污染指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)讓,如果排污者的排放量超過國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),那么他就可以把自己多余的排污指標(biāo)轉(zhuǎn)讓給其他排污者,如此可以促使其他排污者把排污量控制在合理的范圍內(nèi),增強(qiáng)大氣環(huán)境保護(hù)自覺性,還可刺激排污者不斷創(chuàng)新和開發(fā)先進(jìn)減低污染物排放的技術(shù)手段,將環(huán)境質(zhì)量維持在一個(gè)可以容許的范圍內(nèi)。通過現(xiàn)代科技手段,可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),對(duì)涉及的排污單位納入統(tǒng)一監(jiān)管。比如微軟的Urban Air系統(tǒng)可以利用大數(shù)據(jù)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè),并可監(jiān)測(cè)空氣中的污染物和顆粒大小、能見度等,該系統(tǒng)被環(huán)境保護(hù)相關(guān)部門納入環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中應(yīng)用,目前在我國京津冀、長三角、珠三角、成渝城市群等上百座城市用來進(jìn)行未來48 h的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)。而且實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)、交通流量數(shù)據(jù)、廠礦數(shù)據(jù)、城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)互相疊加,相互補(bǔ)強(qiáng),從而預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量狀況[8]。

      5? ? 結(jié)語

      綜上所述,環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以提供區(qū)域大氣環(huán)境污染物的時(shí)空變化規(guī)律。因此,相關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的科學(xué)合理的應(yīng)用,掌握大氣污染物的時(shí)空變化的準(zhǔn)確數(shù)據(jù),不斷加強(qiáng)對(duì)大氣污染物的監(jiān)測(cè),并根據(jù)大氣環(huán)境污染物的時(shí)空變化規(guī)律,不斷優(yōu)化大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),使大氣環(huán)境污染物治理得到有效控制。與此同時(shí),大氣污染治理也需要社會(huì)各方力量的配合,使之形成互相聯(lián)動(dòng)的整體,從而全面提高大氣污染治理的效果。

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