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1.1我國環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀
我國的環(huán)境監(jiān)測工作起步于20世紀(jì)50年代初期。至1980年改革開放時(shí),全國建成了300多個(gè)三級環(huán)境監(jiān)測站,初步形成了系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過30多年的快速發(fā)展,目前我國已建成國家、省、市、縣四級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),擁有2300多個(gè)環(huán)境監(jiān)測站[1],在防污減排、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測、監(jiān)測站標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面,取得了重要的發(fā)展,顯著地提高了我國環(huán)境管理水平。環(huán)境監(jiān)測方法也從早期基于分析化學(xué)方法的污染源監(jiān)測階段步入多源環(huán)境監(jiān)測階段。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,環(huán)境監(jiān)測手段也有了新的發(fā)展。目前環(huán)境監(jiān)測手段,正由經(jīng)典化學(xué)分析向高精密儀器分析方向發(fā)展,并由微量分析(0.01%~1%)發(fā)展到痕量(<0.01%)[2];由傳統(tǒng)的人工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析,向智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測分析方向發(fā)展,并積極引入了先進(jìn)的遙感、電子、光學(xué)等高新技術(shù)。監(jiān)測范圍也從狹義的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測,向包括職業(yè)健康等各領(lǐng)域監(jiān)測方向發(fā)展,以科學(xué)地跟蹤對人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量,準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù),切實(shí)地改善和提高人類的生存環(huán)境。
1.2存在的問題及研究意義
環(huán)境監(jiān)測是掌握環(huán)境質(zhì)量狀況和發(fā)展趨勢的重要手段,是科學(xué)管理環(huán)境和環(huán)境執(zhí)法監(jiān)督的基礎(chǔ)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),可以描述和表征環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化規(guī)律,并預(yù)測環(huán)境質(zhì)量的發(fā)展趨勢;可以搞清污染物種類和分布狀況,明確污染物的污染途徑,預(yù)測 污染的發(fā)展趨勢,分析可能出現(xiàn)的主要環(huán)境問題,為環(huán)境管理提供經(jīng)過綜合分析評價(jià)的環(huán)境數(shù)據(jù)和信息;同時(shí)各類環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)也是制定環(huán)境政策、法律、環(huán)境管理規(guī)定和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。然而,隨著國家對環(huán)境質(zhì)量的要求提高,我國環(huán)境部門多年沿用的經(jīng)驗(yàn)布點(diǎn)、表格評價(jià)法已不能滿足發(fā)展的需要。簡單的測點(diǎn)設(shè)計(jì)與評價(jià)方法,樣品采集工作量大,數(shù)據(jù)難以較科學(xué)、全面地反映污染狀況,評價(jià)分析結(jié)果不能有效地揭示企業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境影響的變化規(guī)律和潛在的環(huán)境重大危險(xiǎn)污染源。改進(jìn)監(jiān)測與評價(jià)方法成為當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的迫切需要[3]。合理地采集數(shù)據(jù)是環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)的基礎(chǔ),而科學(xué)地設(shè)計(jì)采點(diǎn)是其核心關(guān)鍵。環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容多、范圍廣,全面監(jiān)測的數(shù)據(jù)龐大,而憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),或會顧此失彼,而一旦忽略一些重點(diǎn)的測點(diǎn),則不能全面、準(zhǔn)確地反映環(huán)境質(zhì)量狀況,更不宜于客觀的評價(jià)。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的抽樣調(diào)查方法,通過科學(xué)地設(shè)計(jì)分析監(jiān)測樣本,從總體中按抽樣調(diào)查方法,合理選取部分測點(diǎn)為樣本,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果科學(xué)地分析和評價(jià)總體,既可有效地減少監(jiān)測工作量,又可科學(xué)地提高監(jiān)測評價(jià)質(zhì)量[4]。傳統(tǒng)評價(jià)方法只對是否符合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià),未對潛在危險(xiǎn)源進(jìn)行分析和評價(jià),很容易忽視潛在的重大危險(xiǎn)源,誘發(fā)較大的環(huán)境質(zhì)量問題。因此在環(huán)境評價(jià)時(shí),不僅應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)作常規(guī)檢查,同時(shí),應(yīng)深入分析重要危險(xiǎn)源的發(fā)展規(guī)律,及其危險(xiǎn)性,這樣才便于針對性地管理,有效減少環(huán)境質(zhì)量事故。因此,加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測測點(diǎn)設(shè)計(jì)和評價(jià)方法的改進(jìn),有積極重要的意義。
2基于抽樣法的監(jiān)測設(shè)計(jì)
環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測主要包括水環(huán)境監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測與土壤環(huán)境監(jiān)測3部分,其中又包括常規(guī)項(xiàng)目、特定項(xiàng)目和選測項(xiàng)目3個(gè)方面的內(nèi)容。對高危企業(yè),由于危害元素多、范圍廣,選測項(xiàng)目需要布設(shè)的測點(diǎn)數(shù)量龐大,有時(shí)會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前2個(gè)子項(xiàng)的測點(diǎn)數(shù),因此需要科學(xué)地設(shè)計(jì)。通常大型高危企業(yè)需要布設(shè)上萬個(gè)測點(diǎn),才能滿足要求,才能全面反映企業(yè)的環(huán)境質(zhì)量狀況。顯然,按目前的監(jiān)測手段是難以完成的。本文按數(shù)理統(tǒng)計(jì)抽樣調(diào)查方法,科學(xué)地選擇樣本,設(shè)計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)采樣點(diǎn),不僅可大大減少測點(diǎn),提高測試效率,并可實(shí)現(xiàn)科學(xué)采集與科學(xué)評價(jià)的目的。根據(jù)抽樣調(diào)查方法原理,常規(guī)項(xiàng)目測點(diǎn)采用系統(tǒng)抽樣法設(shè)計(jì),將監(jiān)測總體各功能區(qū)按一定標(biāo)志或次序排列成規(guī)律圖形,然后按一定的距離間隔設(shè)計(jì)監(jiān)測點(diǎn)。選測項(xiàng)目涉及內(nèi)容較多,應(yīng)在查閱以往環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、研究企業(yè)生產(chǎn)危險(xiǎn)特征的基礎(chǔ)上,科學(xué)合理地選定待測項(xiàng)目。對分布有規(guī)律的,采用系統(tǒng)抽樣法設(shè)計(jì),其余則采用分層抽樣法設(shè)計(jì)。特定項(xiàng)目主要是針對已確定的污染源核定復(fù)查,可采用整群抽樣和分層抽樣結(jié)構(gòu)的方法設(shè)計(jì)。
2.1水環(huán)境監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)
(1)監(jiān)測對象。水環(huán)境調(diào)查區(qū)域范圍為88km2,按水庫、河流、灌渠、水塘等地表水形態(tài)與地理位置不同,分為5個(gè)功能區(qū)。常規(guī)監(jiān)測項(xiàng)目為pH、COD,重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目為Cd、Pb、Zn和Cr重金屬。本次設(shè)計(jì)未考慮特定項(xiàng)目和選測項(xiàng)目。(2)監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)。對灌渠、水塘、河流功能區(qū),主要采用平面系統(tǒng)抽樣設(shè)計(jì),設(shè)置2~3個(gè)分層抽樣。按水源與污染源的方向,采用黃金分割率(0.62/0.50/0.38/0.19)的方法設(shè)計(jì)測點(diǎn)間距。對水庫采用立體系統(tǒng)抽樣與分層抽樣結(jié)合的方法設(shè)計(jì),并按污染源分布方向,采用黃金分割率方法設(shè)計(jì)測點(diǎn)間距。
2.2大氣環(huán)境監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)
(1)監(jiān)測對象。大氣環(huán)境調(diào)查平面范圍為88km2,最大監(jiān)測空間高度為6m。常規(guī)監(jiān)測基本項(xiàng)目為總懸浮顆粒物(TSP)、顆粒物(PM10),重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目為Cd、Pb重金屬。(2)監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)。不再細(xì)分功能區(qū),而是以污染源(礦山)為中心,以雷達(dá)輻射方式,按系統(tǒng)抽樣方法與黃金分割率設(shè)計(jì)測點(diǎn)。設(shè)計(jì)3條監(jiān)測輻射線,輻射線夾角為60°,每條輻射線長5~10km。按黃金分割率由近至遠(yuǎn)布設(shè)測點(diǎn)。每條輻射線布置8個(gè)測點(diǎn)。在靠近污染源處,在監(jiān)測空高6m的高度上增設(shè)4個(gè)測點(diǎn)。共布設(shè)28個(gè)大氣監(jiān)測點(diǎn)??紤]風(fēng)流對大氣質(zhì)量的影響,處于污染源風(fēng)流上方,基本測距增加一倍,測點(diǎn)減少一個(gè);風(fēng)流下方,基本測距離不變,測點(diǎn)增加一個(gè)。其它兩個(gè)方向測點(diǎn)數(shù)不變,基本測距按插值法調(diào)整。
2.3土壤環(huán)境監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)
(1)監(jiān)測對象。土壤環(huán)境調(diào)查區(qū)域范圍為31683畝,按耕地、林地、山地不同,分為3個(gè)功能區(qū)。其中,耕地為重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)。常規(guī)監(jiān)測的基本項(xiàng)目為pH、CEC,重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目為Pb、Cd、Zn、Hg和As重金屬。(2)監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)。耕地測點(diǎn)網(wǎng)格為300m×300m,采用等距網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抽樣法設(shè)計(jì)測點(diǎn)。共設(shè)計(jì)282個(gè)測點(diǎn)。林地、山地按污染源方向,采用矩形黃金分割率和系統(tǒng)抽樣法設(shè)計(jì)測點(diǎn)。林地基本測距500m,共設(shè)計(jì)112個(gè)測點(diǎn),山地基本測距800m,共設(shè)計(jì)82個(gè)測點(diǎn)。
3環(huán)境質(zhì)量評價(jià)
3.1水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)
(1)評價(jià)方法。水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)采用單因子指數(shù)法評價(jià)法,其公式如下:Pi=Ci/Si式中:Pi———第i種污染物的污染指數(shù);Ci———第i種污染物監(jiān)測值,mg/L;Si———環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值,mg/L。(2)水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。5個(gè)調(diào)查區(qū)域的地表水按不同特征分河水、水庫水和農(nóng)田灌溉水。
3.2大氣環(huán)境監(jiān)測結(jié)果與評價(jià)
大氣常規(guī)項(xiàng)目中的重點(diǎn)與基本監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測。3.3土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)(1)評價(jià)方法。耕地、林地和山地的土壤環(huán)境質(zhì)量均采用單因子指數(shù)法,按國家《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T332-2006)的二級標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)。(2)土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。評價(jià)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)及其污染指數(shù)。
4環(huán)境質(zhì)量評價(jià)與重大隱患源分析
4.1環(huán)境質(zhì)量評價(jià)
(1)水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。從表2、表3和表4可看出,調(diào)查區(qū)地表水質(zhì)量基本符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)規(guī)定的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。水中的重金屬含量呈現(xiàn)越靠近污染源(礦山)越高的趨勢,其中,在靠近污染源的檢測點(diǎn),水中鋅的含量較其它測點(diǎn)高7倍,盡管仍在允許范圍中,但仍需加強(qiáng)觀察。(2)大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。從表5可看出,調(diào)查區(qū)內(nèi),大氣質(zhì)量基本符合項(xiàng)目《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)二類標(biāo)準(zhǔn)要求,但鎘含量嚴(yán)重超標(biāo),超過倍數(shù)高達(dá)1.8倍,需要加強(qiáng)污染源粉塵治理。(3)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。從表6可看出,調(diào)查區(qū)內(nèi)土壤受到重金屬嚴(yán)重污染,其中Cd、Pb、Zn、Hg金屬污染指數(shù)分別高達(dá)3.43,2.52,1.59,1.30。土壤環(huán)境質(zhì)量存在嚴(yán)重的問題,必須嚴(yán)格防范控制。
4.2重大危險(xiǎn)源與健康風(fēng)險(xiǎn)分析
(1)重大危險(xiǎn)源分析。通過上述評價(jià)分析,調(diào)查區(qū)內(nèi)影響環(huán)境質(zhì)量的危險(xiǎn)源見表7。危險(xiǎn)級別按危險(xiǎn)指數(shù),結(jié)合壽命損失率確定[5]。從表7中可看出,Cd為重大危險(xiǎn)源,必須按國家有關(guān)重大危險(xiǎn)源的規(guī)定進(jìn)行管理。
4.3防治措施與建議
調(diào)查區(qū)受礦山重金屬污染嚴(yán)重,尤其是鎘、鉛等重金屬在大氣與土壤中嚴(yán)重超標(biāo),對環(huán)境質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響,盡管尚未構(gòu)成健康威脅,但為防范進(jìn)一步的惡化,必須及時(shí)治理。重金屬污染防治是一個(gè)系統(tǒng)的工程,需要從多方面進(jìn)行治理,相關(guān)防治措施與建議如下:(1)制定綜合治理方案,組織各方面的力量進(jìn)行綜合整治,采取強(qiáng)有力的措施,改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量;(2)強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)管,進(jìn)一步削減礦山污染物排放。督促礦山嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)法律法規(guī),確保污染治理設(shè)施和在線監(jiān)控設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)污染物合理達(dá)標(biāo)排放,采取有效隔離措施防止污染物通過各種途徑進(jìn)入周邊環(huán)境和地下水;(3)調(diào)查區(qū)重度污染耕地不再作為基本農(nóng)田,調(diào)作它用,對輕度、中度污染的耕地,實(shí)施污染治理修復(fù)。
5結(jié)論
環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警是化工園區(qū)環(huán)境管理工作中的熱點(diǎn)與挑戰(zhàn)。在園區(qū)科學(xué)規(guī)劃環(huán)境管理、建立包含氣體泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)管理系統(tǒng)、大氣環(huán)境監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急救援系統(tǒng)在內(nèi)的大氣環(huán)境管理平臺,是園區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量控制、預(yù)防環(huán)境污染事件的重要前提。同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)園區(qū)可持續(xù)發(fā)展、保障生產(chǎn)安全和人員健康的有效途徑。
關(guān)鍵詞:
泄漏檢測與修復(fù);監(jiān)控與預(yù)警;應(yīng)急救援
化工園區(qū)在為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動力,創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會的同時(shí),也面臨著重大的環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)。密集的化工企業(yè)所生產(chǎn)和使用的高危險(xiǎn)化學(xué)品、排放出的大量污染物,進(jìn)入大氣中,其影響范圍之廣、危害之大,致使園區(qū)面臨嚴(yán)重的環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)[1-3],甚至于時(shí)常導(dǎo)致化工行業(yè)的污染事故和污染糾紛的發(fā)生[4]。園區(qū)在日常環(huán)境管理工作中也存在著重大的挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:一是在園區(qū)聚集著大量的潛在風(fēng)險(xiǎn)源,在其“運(yùn)輸、儲存、使用”的動態(tài)管理過程中須輔以實(shí)施LDAR技術(shù),實(shí)現(xiàn)針對環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)預(yù)判;二是園區(qū)環(huán)境污染的來源面廣、園區(qū)環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)控存在工作量大、復(fù)雜,須建立科學(xué)系統(tǒng)的監(jiān)控預(yù)警平臺,實(shí)現(xiàn)對園區(qū)大氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控;三是缺乏有效的第三方應(yīng)急救援力量,協(xié)助環(huán)境管理部門對環(huán)境污染應(yīng)急事故進(jìn)行有效管理和及時(shí)處置,實(shí)現(xiàn)事故發(fā)生對人的健康影響和環(huán)境污染最小化[5]。
1LDAR技術(shù)在園區(qū)環(huán)境管理中的應(yīng)用
泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)是指對工業(yè)生產(chǎn)全過程揮發(fā)性有機(jī)物物料逸散、泄漏進(jìn)行控制的系統(tǒng)工程。我國自2010年將VOCs納入防控重點(diǎn)以來,不斷完善與LDAR技術(shù)改造相關(guān)的法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前各省市開始逐步制定LDAR技術(shù)指南、揮發(fā)性氣體無泄漏檢測規(guī)程和相應(yīng)的排放控制標(biāo)準(zhǔn)。LDAR技術(shù)本著“源頭控制、預(yù)防優(yōu)先、防治結(jié)合、綜合治理、總量控制、持續(xù)改進(jìn)”的原則,為實(shí)現(xiàn)提升污染管控能力、推動企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、促進(jìn)空氣質(zhì)量改善的目標(biāo)提供切實(shí)有效的途徑。
1.1LDAR技術(shù)原理LDAR技術(shù)在完善無泄漏裝置檢查合格標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,以泄漏零容忍為目標(biāo),積極開展LDAR工作,利用專業(yè)在線查漏檢測設(shè)備,加大檢查力度,確保實(shí)現(xiàn)“查漏-修復(fù)-消漏”三個(gè)環(huán)節(jié)的管控]。LDAR主要分為五個(gè)步驟:泄漏點(diǎn)定位、定義泄漏濃度、監(jiān)測組件、修復(fù)泄漏組件以及記錄保存]。主要應(yīng)用SDT超聲波、便攜式有毒揮發(fā)氣體、FLUKE紅外熱像儀等檢測方法。
1.2LDAR技術(shù)應(yīng)用意義實(shí)施LDAR技術(shù)的意義在于:⑴減少產(chǎn)品和物料損失;⑵提高操作人員和裝置安全性;⑶優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)效率;⑷降低環(huán)境污染;⑸提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)。LDAR技術(shù)在美國、歐盟等國家已經(jīng)廣泛實(shí)施,在安全事故預(yù)防、大氣環(huán)境管理、人員健康保障等工作中成效顯著-。
2監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)在大氣環(huán)境管理中的應(yīng)用
2.1大氣環(huán)境監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)監(jiān)測監(jiān)控與預(yù)警體系的目標(biāo)是通過構(gòu)建涵蓋企業(yè)污染源、園區(qū)邊界和周邊敏感點(diǎn)等在內(nèi)的,點(diǎn)-線-面結(jié)合的數(shù)字化在線監(jiān)控體系,輔助以人工例行監(jiān)測、不定期抽查和應(yīng)急監(jiān)測等技術(shù)手段,建立各類數(shù)據(jù)存儲和轉(zhuǎn)儲備份數(shù)據(jù)庫,為PC客戶端、移動APP提供數(shù)據(jù)支持與服務(wù)。在梳理園區(qū)內(nèi)企業(yè)主要污染物的排放情況,篩選特征污染物,識別重點(diǎn)企業(yè)和風(fēng)險(xiǎn)源的基礎(chǔ)上,結(jié)合園區(qū)周邊敏感區(qū)分布情況、現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)境管理現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)包含在線監(jiān)測、手工監(jiān)測、流動監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)目標(biāo)、預(yù)警系統(tǒng)模擬技術(shù)在內(nèi)的大氣環(huán)境監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。通過監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)對園區(qū)大氣污染的有效合理控制,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)警目標(biāo):⑴給出每一個(gè)污染源排放的影響程度和影響范圍;⑵給出未來污染超標(biāo)的可能性;⑶明確超標(biāo)污染的來源;⑷給出突發(fā)事件的應(yīng)急疏散方案。
2.2大氣環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測評價(jià)化工園區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量,判斷是否符合國家制定的大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),需要將建立的大氣監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)共享接入相應(yīng)的平臺。收集并積累大氣環(huán)境本底值及其變化趨勢的數(shù)據(jù),對于大氣環(huán)境監(jiān)控預(yù)警很有必要。
2.3氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的氣象場數(shù)據(jù)能夠?yàn)榇髿饽P偷倪\(yùn)行提供大氣擴(kuò)散的背景驅(qū)動,氣象數(shù)據(jù)從地方氣象局獲得。
2.4特征污染物自動監(jiān)測建立特征污染物自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)園區(qū)有毒有害的泄漏。在篩選出的重點(diǎn)企業(yè)和特征污染物的基礎(chǔ)上,在部分影響大、風(fēng)險(xiǎn)高的重點(diǎn)企業(yè)建立在線監(jiān)控系統(tǒng)。
2.5特征污染物手工監(jiān)測手工監(jiān)測是自動監(jiān)測的重要補(bǔ)充。針對地域面積大、化工企業(yè)眾多的園區(qū),能夠有效節(jié)省運(yùn)行成本和提高工作效率。對于其他重點(diǎn)企業(yè)污染源、邊界和敏感點(diǎn),形成規(guī)范的人工監(jiān)測制度,并按時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入監(jiān)控系統(tǒng)備查。
3應(yīng)急救援
應(yīng)急救援中心為滿足“平戰(zhàn)結(jié)合”需要,即首先滿足對各級各類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的日常監(jiān)管,主要以預(yù)防性監(jiān)控預(yù)警為主,結(jié)合“三同時(shí)”和環(huán)境評價(jià)對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評估,建立區(qū)域環(huán)境安全評估體系,完成應(yīng)急預(yù)案的建立、評價(jià)、演練和修訂。其次滿足應(yīng)急指揮需要,即當(dāng)突發(fā)性環(huán)境事件發(fā)生后,環(huán)境管理部門能用其實(shí)現(xiàn)對環(huán)境應(yīng)急事件的指揮、調(diào)度、勘察、決策、響應(yīng)、聯(lián)絡(luò)、處置等一系列有序管理,切實(shí)保護(hù)人員、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境。
3.1風(fēng)險(xiǎn)源管理子系統(tǒng)該系統(tǒng)包含企業(yè)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源的基本信息、主要產(chǎn)品、生產(chǎn)區(qū)、儲罐區(qū)、廢氣污染物產(chǎn)生和排放、廢氣處理設(shè)施基本情況、固定風(fēng)險(xiǎn)源、移動風(fēng)險(xiǎn)源、危險(xiǎn)品臺賬的管理、以及以上信息的批量遞交審核功能。
3.2應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)該系統(tǒng)包括應(yīng)急救援物資、應(yīng)急救援設(shè)施、應(yīng)急救援隊(duì)伍、應(yīng)急救援專家等。
3.3事故預(yù)警技術(shù)支持子系統(tǒng)該系統(tǒng)包括園區(qū)大氣環(huán)境預(yù)警模塊、事故風(fēng)險(xiǎn)防范措施、健康風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)、應(yīng)急及預(yù)防知識、危險(xiǎn)化學(xué)品手冊、法律法規(guī)查詢和案例庫維護(hù)和查詢等。
3.4事故救援決策子系統(tǒng)該系統(tǒng)包括接警、事故識別、快速出警調(diào)動、現(xiàn)場調(diào)查報(bào)告、應(yīng)急監(jiān)測管理、應(yīng)急監(jiān)測點(diǎn)位布局、應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、啟動應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急響應(yīng)級別確認(rèn)、應(yīng)急救援力量調(diào)度、事故跟蹤模塊的開發(fā),與GIS的交互操作,事故影響分析、事故報(bào)告生成等功能。
4園區(qū)大氣環(huán)境管理平臺建設(shè)
4.1設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則通過靈活的數(shù)據(jù)采集和解析過程、污染物數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和Windows文件監(jiān)控服務(wù),基于FileDependency技術(shù),對大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽、解析、存儲和預(yù)警,平臺實(shí)時(shí)監(jiān)控污染物采集設(shè)備的數(shù)據(jù)變化,并給予事件回調(diào)等技術(shù)方式,自動轉(zhuǎn)入下一步的數(shù)據(jù)解析及處理階段。實(shí)現(xiàn)大氣污染實(shí)時(shí)化智能報(bào)警和形象展示。
4.2平臺設(shè)計(jì)層次平臺設(shè)計(jì)內(nèi)容包括用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)處理層。用戶界面層是用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù),為用戶提供形象的圖形化數(shù)據(jù)展示、連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)動畫播放和特殊文件打開的一種交互式操作的界面。業(yè)務(wù)邏輯層是通過使用相關(guān)的業(yè)務(wù)處理模塊,為用戶界面層提供服務(wù),其服務(wù)方式有兩種:一是為用戶界面數(shù)據(jù)展示提供相關(guān)數(shù)據(jù);二是把用戶發(fā)送的指令向底層傳遞。它起到了數(shù)據(jù)交換中承上啟下的作用,對于數(shù)據(jù)訪問層而言,它是調(diào)用者;對于表示層而言,它卻是被調(diào)用者。依賴與被依賴的關(guān)系都糾結(jié)在業(yè)務(wù)邏輯層上,如何實(shí)現(xiàn)依賴關(guān)系的解耦,則是本平臺的一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理層主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的訪問,為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)支撐,為平臺的整體的性能提升提供技術(shù)支撐。
4.3平臺功能內(nèi)容本平臺共分為8大子系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè),分別為污染物數(shù)據(jù)庫建設(shè)、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、三維GIS系統(tǒng)、環(huán)境APP、值守班系統(tǒng)、信息更新與維護(hù),涵蓋了從污染數(shù)據(jù)采集及處理,到特征污染物實(shí)時(shí)監(jiān)控,再到園區(qū)邊界環(huán)境監(jiān)控及應(yīng)急指揮與處置,實(shí)現(xiàn)了對特征污染物、企業(yè)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)督與管理,做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置。
5結(jié)語
當(dāng)前化工園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境安全并重,對園區(qū)環(huán)境治理、質(zhì)量控制、事故預(yù)防等提出了新的更高要求。在環(huán)境管理中將LDAR技術(shù)、監(jiān)控預(yù)警技術(shù)、應(yīng)急救援技術(shù)進(jìn)行整合,建設(shè)“三位一體”的綜合平臺,對園區(qū)環(huán)境質(zhì)量實(shí)行全面管理將成為園區(qū)環(huán)境與安全管理的新趨勢。
參考文獻(xiàn)
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Abstract: This paper briefly introduces the steps, principles and basic methods of optimization of distribution of ambient air monitoring points, including functional area method, simulation method, mathematical statistics method, comprehensive method and fuzzy clustering analysis method.
關(guān)鍵詞: 環(huán)境空氣質(zhì)量;自動監(jiān)測;優(yōu)化布點(diǎn)
Key words: ambient air quality;automatic monitoring;optimization of distribution points
中圖分類號:X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-4311(2017)23-0009-02
0 引言
城市與區(qū)域大氣污染形勢日益嚴(yán)峻,要掌握環(huán)境空氣質(zhì)量的現(xiàn)狀與變化趨勢,就必須開展環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測[1]。以盡可能少的監(jiān)測點(diǎn)位代表盡可能完整的空氣質(zhì)量,環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)及優(yōu)化是環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測非常重要的研究內(nèi)容。
1 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測布點(diǎn)的基本步驟
環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測布點(diǎn)及優(yōu)化的基本步驟分為:確定監(jiān)測目標(biāo)、劃定監(jiān)測范圍、歷史資料與數(shù)據(jù)的收集、確定監(jiān)測點(diǎn)位的類型、數(shù)量與代表范圍、監(jiān)測方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施、監(jiān)測點(diǎn)位的管理與優(yōu)化。
2 環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測布點(diǎn)優(yōu)化的基本原則
代表性:城市環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)點(diǎn)需能客觀、真實(shí)、全面地反映所在區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量狀況。
完整性:城市環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)城市點(diǎn)應(yīng)考慮城市自然地理、能源結(jié)構(gòu)、氣象等綜合環(huán)境因素,考慮工業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口分布等社會經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),在整體布局上反映城市主要功能區(qū)和主要大氣污染源的空氣現(xiàn)狀及變化趨勢,合理布局,各監(jiān)測點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)。
前瞻性:兼顧未來城鄉(xiāng)空間格局變化趨勢以及城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃考慮監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。
針對性:堅(jiān)持環(huán)境管理需求優(yōu)先原則,監(jiān)測數(shù)據(jù)是各項(xiàng)工作的基本依據(jù),包括評價(jià)環(huán)境質(zhì)量、污染物排放狀況和各級政府環(huán)境保護(hù)工作成效等。因此,城市環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)點(diǎn)位的設(shè)置應(yīng)優(yōu)先滿足環(huán)境管理的需求。
連續(xù)性:為了保持監(jiān)測資料的連續(xù)性和可比性,原則上點(diǎn)位一經(jīng)確認(rèn),不應(yīng)變更,除非有不滿足規(guī)范的理由。
經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu):資源和能源的不合理使用造成了環(huán)境污染,影響了社會經(jīng)濟(jì)的有序健康發(fā)展,環(huán)境問題的實(shí)質(zhì)是經(jīng)濟(jì)問題。同時(shí),在決定監(jiān)測點(diǎn)位時(shí),還需要考慮現(xiàn)場的實(shí)際情況,交通是否方便、電力是否具備、周邊環(huán)境是否有干擾等。
調(diào)整優(yōu)化后的城市評價(jià)點(diǎn)位能夠代表城市行政區(qū)劃改變后的污染水平,反映新的監(jiān)測覆蓋區(qū)域和功能區(qū),確保能客觀反映城市區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量狀況、污染物特征及分布規(guī)律,能全面評估區(qū)域污染水平及污染發(fā)展趨勢。點(diǎn)位的調(diào)整要綜合考慮點(diǎn)位布設(shè)等具體實(shí)施工作的可行性,做到監(jiān)測點(diǎn)位理論上優(yōu)化、技術(shù)上可行、采樣相對方便、立足當(dāng)前兼顧發(fā)展。
3 監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量的確定
監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)目設(shè)置是一個(gè)與精度要求和經(jīng)濟(jì)投資相關(guān)的效益函數(shù),應(yīng)根據(jù)監(jiān)測范圍大小、污染物的空間分布特征、人口分布密度、氣象、地形、經(jīng)濟(jì)條件等因素綜合考慮確定。在實(shí)際應(yīng)用中,監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)目的多少即對應(yīng)著人力財(cái)力的投入量,因此監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)目的確定,應(yīng)根據(jù)監(jiān)測范圍大小、污染物的空間分布特征、人口分布及密度、氣象、地形及經(jīng)濟(jì)條件等因素綜合考慮。
目前針對監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)目的確定主要以定性方法為主,也有人提出一些定量方法,但是由于這些定量方法在建模過程中使用到一些理想化假設(shè)條件,往往限制了其應(yīng)用范圍,一般只能作為一個(gè)參考,還需綜合考慮其他因素。
最優(yōu)監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量的確定,要求控制監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)量,但同時(shí)保證足夠的信息量,同時(shí)也要注意盡可能避免信息重復(fù)。監(jiān)測點(diǎn)數(shù)目的確定,需要綜合考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展條件,大氣污染物現(xiàn)狀等多方面的因素。
目前有基于人口數(shù)量、污染程度和面e、功能區(qū)等方法進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)位的確定。歐洲環(huán)保署(EEA)、世界衛(wèi)生組織、美國等對懸浮顆粒物、SO2、CO、NO2等多個(gè)項(xiàng)目根據(jù)人口數(shù)量而確定監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量,以最少的成本控制、最少的監(jiān)測點(diǎn)盡可能全面地反映整個(gè)地區(qū)的污染水平;國外還有以測區(qū)面積及污染程度為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)法,將污染超過年平均標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)、介于標(biāo)準(zhǔn)與本地水平之間的地區(qū)、本地水平地區(qū)三種,按照一定的公式計(jì)算所需要的監(jiān)測點(diǎn)位;功能區(qū)布點(diǎn)考慮城市點(diǎn)位較少,僅布三、四個(gè)點(diǎn)。
4 監(jiān)測布點(diǎn)優(yōu)化的基本方法
監(jiān)測點(diǎn)位優(yōu)化方法很多,通常采用功能區(qū)網(wǎng)格法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、模型法以及綜合法等方法進(jìn)行優(yōu)化。由于預(yù)測模型和預(yù)測精度對優(yōu)化布點(diǎn)工作的結(jié)果的影響較大,比較難以廣泛應(yīng)用。近年來,又發(fā)展出了系統(tǒng)聚類法、模糊優(yōu)化、物元關(guān)聯(lián)分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,這些方法大多基于傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型,無法克服擾動的隨機(jī)性,對于一些非線性、非正太分布數(shù)據(jù)處理不理想。
最優(yōu)監(jiān)測點(diǎn)位的選擇必須考慮區(qū)域的氣象和地形地勢條件,使布點(diǎn)在地理上分布合理,布局均勻。監(jiān)測點(diǎn)位的選擇可以分為兩個(gè)步驟,包括污染物變化規(guī)律相同區(qū)域劃分、在劃分的各區(qū)域中選擇合適的監(jiān)測點(diǎn)。
監(jiān)測點(diǎn)位的設(shè)置應(yīng)具有好的代表性,所設(shè)置的監(jiān)測點(diǎn)能反映一定范圍內(nèi)的大氣環(huán)境的空氣質(zhì)量現(xiàn)狀和變化規(guī)律:①布設(shè)的監(jiān)測點(diǎn)位應(yīng)覆蓋全部監(jiān)測區(qū),采點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在整個(gè)監(jiān)測區(qū)域的高中低不同濃度的地方,能合理反映區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量狀況、污染水平、污染規(guī)律;②點(diǎn)位設(shè)置應(yīng)考慮環(huán)境本底因素,以及人口分布,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工業(yè)布局等社會經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),分布相對均勻,覆蓋全部建成區(qū);③區(qū)分不同類別功能區(qū)域空氣污染的現(xiàn)狀,注意點(diǎn)、線、面等污染源對城市人口集中區(qū)域的影響,工業(yè)集中地區(qū)、人口密度大的地區(qū)應(yīng)適當(dāng)多設(shè)置采點(diǎn)位;④兼顧完成城市自身所要求的空氣監(jiān)測任務(wù)。
4.1 功能區(qū)法
我國在環(huán)境監(jiān)測初期,都是采用功能區(qū)域的點(diǎn)位布設(shè)方法,該方法多用于一個(gè)城市僅考慮三、四個(gè)大氣監(jiān)測點(diǎn)位的情況下。但是,特定范圍內(nèi),人類活動與該空間的空氣污染現(xiàn)狀之間關(guān)系不固定,各城市不具備可比性,因此對整個(gè)區(qū)域代表性就比較差。所以目前需要重新認(rèn)識和研究該方法能否實(shí)現(xiàn)布點(diǎn)的優(yōu)化。
4.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法
數(shù)理統(tǒng)計(jì)法利用統(tǒng)計(jì)的原理分析監(jiān)測布點(diǎn)的合理性和準(zhǔn)確性,即假定了一個(gè)時(shí)間序列和空間范圍實(shí)際的大氣監(jiān)測結(jié)果與大氣污染的分布狀況和擴(kuò)散存在時(shí)間、空間上的相關(guān)性。但由于實(shí)際監(jiān)測中點(diǎn)位布點(diǎn)和監(jiān)測頻次的局限性,決定了監(jiān)測結(jié)果的相關(guān)性較差,且沒有考慮污染源強(qiáng)度及環(huán)境條件的影響,因而有一定的不合理性。
4.3 模擬法
模型模擬的結(jié)果受污染源分布、污染擴(kuò)散規(guī)律、氣象條件等環(huán)境條件多方面影響,同時(shí)還與模型模式的適用程度和模式方法選取等因素有關(guān)。掌握一個(gè)區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣的污染物分布情況是比較困難的工作,需要大量的監(jiān)測網(wǎng)格數(shù)據(jù),模擬法在客觀環(huán)境要素等條件的獲取和具體模式的選擇和使用等方面都存在無法避免的數(shù)據(jù)缺失,難以提高模擬的精度和預(yù)測的準(zhǔn)確度,做到通用有一定難度。
4.4 綜合法
綜合法能基本上解釋環(huán)境空氣質(zhì)量的時(shí)空變化特征,揭示大氣污染物濃度的變化規(guī)律。它考慮了影響環(huán)境空氣質(zhì)量的各種因素,用大量的實(shí)測數(shù)據(jù)來提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度,彌補(bǔ)其他環(huán)境條件信息的缺失。但該方法要求原始大氣監(jiān)測網(wǎng)的密度高,否則等值線無法建立,無法進(jìn)一步深入分析,在具體操作上還是具有較大難度。
4.5 模糊聚類分析法
目前來說,最為常用的還是模糊聚類分析法,利用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行數(shù)學(xué)處理更科學(xué),它能有效解決評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的邊界模糊和監(jiān)測誤差對評價(jià)結(jié)果的影響。同其它方法相比,此方法原理簡單、計(jì)算量小,模型直觀,人為影響小,符合環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)格化點(diǎn)位布設(shè)的基本要求,同時(shí)也具有整體代表性。
5 小結(jié)
環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)涉及自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會生活的諸多方面,僅使用一種或幾種方法無法真實(shí)反映實(shí)際情況,而使用的方法過多又可能會使問題復(fù)雜化,不利于布點(diǎn)工作順利開展。因此可以采用以下原則開展點(diǎn)位優(yōu)化:根據(jù)不同的管理需要,多組合利用上述方法,也就是將這些方法以類型和次序?yàn)閷ο筮M(jìn)行組合應(yīng)用,以期達(dá)到理想的研究效果。
參考文獻(xiàn):
[1]王秀梅,張淑紅.大氣環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用及布點(diǎn)方法[J]北方環(huán)境,2011,23(7):218.
加強(qiáng)先進(jìn)站的環(huán)境質(zhì)量綜合分析水平,提高環(huán)境質(zhì)量報(bào)告的及時(shí)性、全面性,保證環(huán)境管理的科學(xué)化,是推進(jìn)我國環(huán)境保護(hù)工作的深入與發(fā)展的關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞:環(huán)境監(jiān)測,問題,環(huán)境質(zhì)量分析
Abstract: comprehensive analysis of environmental quality is the central task of timely, accurate, complete to government departments say environmental quality status and trend, in a sense, a comprehensive analysis of the level of environmental monitoring station is the overall level of an important sign.Strengthening the advanced station comprehensive analysis of environmental quality standards, improve environmental quality report timeliness, comprehensiveness, assurance of environmental management, is to promote the work of environmental protection in China Development and development key.
Key words:Environmental monitoring, environmental issues, quality analysis
中圖分類號:[TU998] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號
1引言
環(huán)境質(zhì)量綜合分析是環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的重要組成部分,是環(huán)境監(jiān)測成果的集中體現(xiàn),是環(huán)境監(jiān)測為環(huán)境管理服務(wù)的手段之一。當(dāng)代科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)提出了新要求。而構(gòu)成環(huán)境保護(hù)工作的三大部分環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境答理、環(huán)境監(jiān)察又相互聯(lián)系、相互依賴,環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)行政主管部門的專業(yè)技術(shù)工作部門,負(fù)責(zé)為環(huán)境管理和環(huán)境監(jiān)察工作提供科學(xué)依據(jù),環(huán)境管理和環(huán)境監(jiān)察工作又必須依靠環(huán)境監(jiān)測,環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)工作的基礎(chǔ)。正確處理好環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境管理和環(huán)境監(jiān)察的關(guān)系,對推動環(huán)境保護(hù)工作更加有效地向科學(xué)化、法制化邁進(jìn)具有積極的促進(jìn)作用。環(huán)境監(jiān)測,主要是從保護(hù)環(huán)境出發(fā),根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)以及存在的主要環(huán)境問題,制定相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施,實(shí)施環(huán)境監(jiān)測計(jì)劃,以監(jiān)控環(huán)境污染、防止環(huán)境質(zhì)量下降、保障經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。
隨著環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的發(fā)展,環(huán)境質(zhì)量綜合分析技術(shù)不斷發(fā)展,其自身的內(nèi)涵也得到不斷明確,現(xiàn)已發(fā)展成為綜合了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)等多門科學(xué)的綜合性技術(shù)。2環(huán)境質(zhì)量分析的重要性
環(huán)境質(zhì)量綜合分析是環(huán)境監(jiān)測為環(huán)境決策管理服務(wù)水平的標(biāo)志,它在環(huán)境監(jiān)測中的作用是用數(shù)據(jù)說話,它通過對監(jiān)測部門取得的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理、統(tǒng)計(jì)計(jì)算,以環(huán)境質(zhì)量報(bào)告的形式反映一定范圍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量狀況、各環(huán)境要素的污染程度及發(fā)展趨勢,為環(huán)境做服務(wù)。環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)工作的重要基礎(chǔ)和技術(shù)支撐,是環(huán)境管理不可缺少的重要手段。環(huán)境監(jiān)測信息是否準(zhǔn)確,分析的結(jié)論是否客觀,將直接影響到環(huán)境決策的正誤,而環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、信息是監(jiān)測工作最重要的成果,是分析判斷環(huán)境問題最基本的前提,獲取真實(shí)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息是環(huán)境監(jiān)測的直接目的;環(huán)境質(zhì)量綜合分析的中心任務(wù)是及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的向政府部門說清環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢,從某種意義上說,一個(gè)環(huán)境監(jiān)測站綜合分析水平就是其整體水平的一個(gè)重要標(biāo)志??h級環(huán)境監(jiān)測站按照《環(huán)境監(jiān)測站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(試行)為三級站,相對一、二級站,縣級環(huán)境監(jiān)測站數(shù)量大,人員技術(shù)力量相對薄弱,監(jiān)測設(shè)備相對落后,加強(qiáng)先進(jìn)站的環(huán)境質(zhì)量綜合分析水平,提高環(huán)境質(zhì)量報(bào)告的及時(shí)性、全面性,保證環(huán)境管理的科學(xué)化,是推進(jìn)我國環(huán)境保護(hù)工作的深入與發(fā)展的關(guān)鍵。
3 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測存在的問題
隨著環(huán)境監(jiān)測站標(biāo)準(zhǔn)化能力建設(shè)及計(jì)量認(rèn)證工作的開展,監(jiān)測站的環(huán)境監(jiān)測綜合能力和整體水平得到了一定程度的提高,環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量相應(yīng)有了很大提高,為環(huán)境質(zhì)量綜合分析提供了良好的基礎(chǔ),但由于縣級站各種技術(shù)條件的限制,現(xiàn)就各縣區(qū)環(huán)境監(jiān)測站簡要分析環(huán)境質(zhì)量綜合分析工作中存在的一些問題。3.1 縣級站進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量綜合分析僅靠監(jiān)測數(shù)據(jù),環(huán)境質(zhì)量綜合分析不夠全面。在環(huán)境監(jiān)測中,由于自然和人為因素的干擾限制,致使監(jiān)測頻率低、監(jiān)測點(diǎn)位不全等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,從而使獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)不具代表性,某些監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映環(huán)境的實(shí)際狀況。在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面,由于方法、技術(shù)及數(shù)據(jù)表述形式等方面的不足,造成該工作目前處于空白狀態(tài)或無實(shí)際運(yùn)用價(jià)值,大多數(shù)項(xiàng)目的生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)只是走形式。這些問題的存在使得監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高,不能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢,從而影響環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告的質(zhì)量。
3.2 由于受人員、技術(shù)等限制,環(huán)境質(zhì)量報(bào)告還停留在就環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果論質(zhì)量,不能與污染源監(jiān)測綜合分析,環(huán)境質(zhì)量的變化不能與排污狀況有機(jī)地結(jié)合,對環(huán)境質(zhì)量的變化不能準(zhǔn)確解釋。受服務(wù)收費(fèi)等因素限制,環(huán)境監(jiān)測站缺乏與其它部門的支持配合,例如大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測中,缺乏氣象部門提供的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測對應(yīng)的同步氣象數(shù)據(jù),使得環(huán)境質(zhì)量報(bào)告缺乏說服力。3.3 受資金技術(shù)限制,縣級站的信息化建設(shè)很不平衡,計(jì)算機(jī)技術(shù)在縣級站環(huán)境質(zhì)量綜合分析中應(yīng)用不廣泛,不深入。縣級站的監(jiān)測數(shù)據(jù)收集傳輸手段落后,難以滿足環(huán)境管理部門的時(shí)效要求,不能迅速向社會和一、二級站提供環(huán)境質(zhì)量信息服務(wù);環(huán)境質(zhì)量報(bào)告的表征形式以文字報(bào)告為主,采用多媒體技術(shù)制作的聲像報(bào)告基本沒有,報(bào)告形式單調(diào),信息量小、實(shí)效性差,失去了為環(huán)境管理、環(huán)境決策服務(wù)的意義。
4 解決方案
首先,環(huán)境質(zhì)量綜合分析不能僅靠監(jiān)測數(shù)據(jù),應(yīng)該提高監(jiān)測站信息系統(tǒng)建設(shè)水平。為監(jiān)測站配備必須的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備及必要的軟件系統(tǒng),將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用到環(huán)境質(zhì)量綜合分析工作中,靈活多樣的采用多種表征形式制作環(huán)境質(zhì)量報(bào)告。其次,注意人員和技術(shù)的相結(jié)合,多引進(jìn)人才,同時(shí)加強(qiáng)綜合分析工作人員的培訓(xùn)和再教育,組織綜合分析工作人員到上級監(jiān)測站及其它縣級站學(xué)習(xí)、考察,學(xué)習(xí)其它站在業(yè)務(wù)、管理等方面的經(jīng)驗(yàn),學(xué)習(xí)環(huán)境質(zhì)量綜合分析特色及先進(jìn)多樣的表征手段和表征方法,培養(yǎng)符合型、全能型的綜合分析人才。最后,加強(qiáng)協(xié)調(diào),做好與其它相關(guān)部門的組織協(xié)調(diào)工作,保證環(huán)境質(zhì)量綜合分析資料齊全。與相關(guān)部門聯(lián)系,以全局上加強(qiáng)合作,為上層決策改善人居環(huán)境,服務(wù)人民更好的服務(wù)。
結(jié)束語
總之,環(huán)境監(jiān)測的目的是及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地反映環(huán)境質(zhì)量和污染源現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,為環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃、污染防治提供依據(jù),質(zhì)量管理是環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ),只有加強(qiáng)監(jiān)測質(zhì)量管理,保證環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理體系的有效運(yùn)行及持續(xù)改進(jìn),全面提升環(huán)境監(jiān)測整體水平,才能提供準(zhǔn)確可靠真實(shí)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息,為政府決策和環(huán)境管理等提供科學(xué)依據(jù)。環(huán)境監(jiān)測貫穿于整個(gè)環(huán)境評價(jià)中,是環(huán)境影響評價(jià)的技術(shù)基礎(chǔ),同時(shí)也具有較強(qiáng)的監(jiān)督功能,只有認(rèn)識到環(huán)境監(jiān)測的重要性,切實(shí)做好環(huán)境保護(hù)這一主題,真正體現(xiàn)環(huán)境影響評價(jià)的重要意義。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:懸浮物; 差分探測; 光散射
中圖分類號: TN 249 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A doi: 10.3969/j.issn.10055630.2015.06.004
Abstract:A method based on laser difference detection for measuring suspended matter concentration is introduced in the paper. It can be used for the concentration measurement of suspended particles such as smog, dust and other aerosols. Based on the light scattering effect of the suspended particles, realtime monitoring of the suspended particles without changing their properties can be achieved. By means of a direct amplification of the differential signal of the test and reference light, fluctuations of the laser energy can be reduced. The measuring principles and methods are presented in detail. Through the study of the light decaying mechanism during laser propagating in the suspended particles, the relationship between the suspended matter concentration and light intensity attenuation is deduced. We also build a laser differential detection system for the measurement of the suspended matter concentration. By measuring the smog of known concentration, practical feasibility of the measurement method is verified.
Keywords: suspended matter; difference detection; light scattering
引 言
隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,大氣中懸浮物的污染越來越嚴(yán)重,極度危害著大氣環(huán)境質(zhì)量和人類健康。因此,懸浮物質(zhì)量濃度的測量在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域有著十分重要的意義[1]。
目前,國內(nèi)外對于粉塵質(zhì)量濃度檢測技術(shù)的研究越來越重視,經(jīng)過對懸浮物質(zhì)量濃度檢測技術(shù)的多年研究,可將其質(zhì)量濃度的檢測方法分為兩大類:非光學(xué)分析法和光學(xué)分析法。其中非光學(xué)分析法主要有黑度法、超聲波技術(shù)、氣敏法、熱催化法等;光學(xué)分析法主要有光干涉法、差分吸收光譜技術(shù)、可調(diào)諧激光二極管激光吸收光譜技術(shù)和拉曼散射激光雷達(dá)技術(shù)等[2]。非光學(xué)分析法已經(jīng)在這一領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但由于檢測設(shè)備響應(yīng)速度慢,處理復(fù)雜,難于對懸浮物濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,也無法進(jìn)行遙感監(jiān)測,其應(yīng)用范圍受到限制。
相比較于非光學(xué)分析法,基于光學(xué)分析的氣體濃度檢測技術(shù)具有探測靈敏度高、選擇性強(qiáng)、可探測的氣體種類多、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),適合現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測,成本較低,必將成為未來懸浮物質(zhì)量濃度檢測的理想工具。光干涉法是利用光的折射率與被測氣體的含量來檢測氣體體積分?jǐn)?shù),測量環(huán)境,如溫度、濕度、壓力等會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。差分吸收光譜技術(shù)是根據(jù)大氣中衡量氣體成分在紫外和可見光譜波段的特征吸收性質(zhì)來反演其種類和質(zhì)量濃度[34]。差分技術(shù)可消除大氣湍流對信號的影響,不同污染物之間的干擾和濕度、氣溶膠的干擾,能夠滿足連續(xù)監(jiān)測的要求,但是該方法要根據(jù)吸收光譜的變化快慢對光譜進(jìn)行分解,只適用于具有窄帶吸收結(jié)構(gòu)的氣體,對不同的氣體監(jiān)測需要安裝不同的光程和接收裝置,操作過于復(fù)雜[5]。可調(diào)諧激光二極管激光吸收光譜技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種高靈敏、高分辨率的大氣衡量氣體吸收光譜檢測技術(shù),但是該方法調(diào)諧范圍有限,限制了可探測的氣體種類。拉曼散射激光雷達(dá)是根據(jù)激光拉曼散射光頻率相對于入射光頻率發(fā)生變化,產(chǎn)生拉曼頻移,其頻移量取決于大氣中的氣體成分而實(shí)現(xiàn)測量的,該方法的檢測精度、線性度和信噪比還有待進(jìn)一步提高。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)對懸浮物的實(shí)時(shí)探測,使相對誤差控制在15%之內(nèi),根據(jù)懸浮物顆粒對光的散射信息來測量散射顆粒的質(zhì)量濃度、大小及尺寸分布情況[67],提出一種基于激光差分探測的懸浮物質(zhì)量濃度測量方法,采用光散射的方法進(jìn)行差分檢測,將單光源分為雙光路既可消除檢測時(shí)光強(qiáng)等的干擾,又避免了使用雙光源檢測而引入的差異,同時(shí)考慮在適當(dāng)?shù)纳⑸淠P椭懈淖兗す忸l率大小來觀察測試結(jié)果的變化,以改善對懸浮物質(zhì)量濃度的測量精度。
2 激光差分懸浮顆粒質(zhì)量濃度探測系統(tǒng)與差分探測電路設(shè)計(jì)
根據(jù)激光在懸浮物顆粒中傳播的散射原理,當(dāng)光通過不均勻介質(zhì)以后,光強(qiáng)要發(fā)生衰減。當(dāng)一束單色平行光照射到懸浮物顆粒中并傳播一定長度的距離時(shí),由于微粒的散射作用,出射光強(qiáng)會有一定程度的衰減,由朗伯-比爾(LambertBeer)光透射定律可得到出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)的關(guān)系。
系統(tǒng)總體方案如圖2所示,采用雙光路差分探測方法。該懸浮物濃度檢測系統(tǒng)包括光源穩(wěn)定控制模塊、半導(dǎo)體激光器、λ/2波片、偏振分束器、反光鏡、光電差分探測器、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)等。除探測光光路暴露于測試環(huán)境之中,整個(gè)懸浮物質(zhì)量濃度檢測裝置位于一個(gè)密閉腔體之內(nèi)。半導(dǎo)體激光器用于產(chǎn)生功率穩(wěn)定的線偏振激光輸出。λ/2波片用于調(diào)整激光的偏振方向,使之以適當(dāng)?shù)钠窠侨肷涞狡穹质魃?。偏振分束器將偏振光分為兩偏振方向相互垂直的線偏振激光,配合λ/2波片,可以得到功率完全相等的兩束激光。一束激光作為參考光送入差分探測器的一個(gè)光電傳感器上,另一束光作為探測光經(jīng)過待測環(huán)境中的懸浮物后照射到差分探測器的另一個(gè)光電傳感器上[910]。
探測光光強(qiáng)經(jīng)過測試環(huán)境中的懸浮物時(shí)會發(fā)生衰減,與未經(jīng)過測試環(huán)境的參考光光強(qiáng)產(chǎn)生差分信號。光電差分探測器接收到這兩路光信號后輸出相應(yīng)電壓信號,經(jīng)過放大、濾波、采樣后,獲得懸浮物質(zhì)量濃度的觀測數(shù)據(jù)。
在物質(zhì)擴(kuò)散之前,首先對大氣環(huán)境進(jìn)行測量,通過調(diào)節(jié)半波片使差分探測器輸出信號為零。再在此基礎(chǔ)上將待測物質(zhì)釋放并進(jìn)行測量,從而可以獲得懸浮物的實(shí)際質(zhì)量濃度。
參考光路的作用是補(bǔ)償大氣環(huán)境與探測光路參數(shù)不對稱、溫度變化對測量精度的影響。一方面用來作為未衰減光束的參考標(biāo)準(zhǔn),另一方面可以消除激光器輸出功率波動造成的測量誤差。
圖3所示的是三運(yùn)放高共模抑制比光電差分放大電路,經(jīng)過此電路可將光電轉(zhuǎn)換后得到的兩路電壓信號進(jìn)行差分放大,使其達(dá)到可檢測范圍。它由五個(gè)集成運(yùn)算放大器組成,其中AR21、AR22為性能一致(主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益)的同相輸入的通用集成運(yùn)放器,構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級,AR23構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級,用來進(jìn)一步抑制AR21、AR22的共模信號。由于該電路具有高共模抑制比,所以差分電路對溫漂具有很強(qiáng)的抑制能力,測量結(jié)果準(zhǔn)確度較高。電路中光電二極管輸出電流約為幾毫安,為了便于觀測,將光電差分放大電路的放大倍數(shù)設(shè)定為500倍,其中光電轉(zhuǎn)換模塊放大50倍,差分放大模塊放大10倍。
由于激光器脈寬可調(diào),實(shí)驗(yàn)中所采用的調(diào)制頻率為100 Hz,即激光信號脈沖寬度最小為10 ms,由式(6)可得放大電路帶寬應(yīng)大于89 Hz。光電轉(zhuǎn)換電路中AR21、AR22單位增益帶寬為1.6 MHz,為了獲得50倍的閉環(huán)增益,則運(yùn)放在理論上可處理矩形脈沖信號的最大頻率為1.6 MHz/50=32 kHz。又由于差分放大模塊中AR23增益帶寬為0.5 MHz,因此放大電路的設(shè)計(jì)滿足帶寬限制。
當(dāng)AR21、AR22性能一致時(shí),輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓相關(guān),而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在R205兩端相互抵消,因此電路具有良好的共模抑制能力,同時(shí)不要求外部電阻匹配。為了消除AR21、AR22偏置電流等的影響,通常取R201=R2011。另外,本電路還具有增益調(diào)節(jié)功能,調(diào)節(jié)R205可以改變增益而不影響電路的對稱性。通過Multisim對光電差分放大電路進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖4~6所示。
由仿真結(jié)果可知V1out處電壓脈沖值為76.6 mV,V2out處電壓脈沖值為153.1 mV,經(jīng)過差分放大后輸出電壓脈沖值為1.515 V,則認(rèn)為光電差分放大電路可實(shí)現(xiàn)對差分光路的探測。
3 激光器調(diào)制頻率和探測波長選擇
3.1 激光調(diào)制頻率選擇
為了便于在示波器中觀測并有利于后續(xù)電路處理,對半導(dǎo)體激光器的頻率進(jìn)行調(diào)制,使其輸出方波信號,即利用信號發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制信號去改變激光器的振蕩參數(shù),從而改變其輸出特性。
在待測懸浮物顆粒質(zhì)量濃度一定的情況下,隨著激光光源調(diào)制頻率的變化,會引起光信號接收裝置(光電差分探測器)接收到的光信號改變,從而使光電差分探測器輸出的電壓信號發(fā)生變化。為了得到理想的探測信號,在實(shí)驗(yàn)之前,首先需要確定激光光源的調(diào)制頻率。分析激光光源頻率與光電差分探測器輸出信號之間關(guān)系時(shí),將探測光完全遮擋,通過改變激光光源的輸出頻率,得到光電差分探測器電壓輸出信號與頻率的關(guān)系如圖7所示。
由圖可知,隨著激光光源頻率的升高,光電差分探測器輸出信號會逐漸降低,在0~50 kHz范圍內(nèi)輸出信號與光源頻率呈線性關(guān)系,當(dāng)激光頻率達(dá)到50 kHz或者更大時(shí),光電差分探測器輸出的電信號發(fā)生驟降,因此50 kHz認(rèn)為是探測器所能檢測到激光信號的截止頻率。最終實(shí)驗(yàn)中選擇調(diào)制頻率為100 Hz。
3.2 最佳探測波長選取
圖8為BPX65光電二極管光譜響應(yīng)曲線。BPX65作為光電探測器,具有光譜靈敏度高,響應(yīng)速度快,頻響范圍寬的特點(diǎn)。為了獲得較高的檢測靈敏度,提高檢測精度,分別針對405 nm、658 nm、780 nm這三種波長的可調(diào)制半導(dǎo)體激光器輸出光通過物質(zhì)后的散射特性做了測試。由于在絕大多數(shù)情況下,實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生煙霧粒度成分及大小與實(shí)際測量時(shí)的煙霧顆粒成分及大小都是不相同的。不過一些典型應(yīng)用場合下的煙霧顆粒成分及大小都會表現(xiàn)出共同的特征,因此可針對這些典型應(yīng)用場合,分別進(jìn)行標(biāo)定,并將標(biāo)定結(jié)果預(yù)置于測量電路之中。實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇對粒徑為0.1~2 μm的煙霧粒子進(jìn)行標(biāo)定,經(jīng)過后續(xù)檢測可得出激光通過煙霧后所顯現(xiàn)的共同特征。測試中物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度由質(zhì)量濃度標(biāo)定儀給出。標(biāo)定儀測量范圍為0~500 mg/m3,測量精度為±1%。經(jīng)過對煙霧質(zhì)量濃度檢測,分別得到了輸出電壓隨質(zhì)量濃度變化的關(guān)系,并對測試結(jié)果做了非線性擬合,如圖9所示。
4 實(shí)驗(yàn)測量與分析
比較標(biāo)定后激光差分探測系統(tǒng)的輸出結(jié)果與標(biāo)定儀器的輸出結(jié)果,如圖11所示,可以看到在較小質(zhì)量濃度條件下,兩曲線有明顯偏離,而標(biāo)準(zhǔn)濃度超過6.95 mg/m3后,實(shí)測值與參考值非常接近。對于較小質(zhì)量濃度條件下的偏離,應(yīng)是較稀薄質(zhì)量濃度與較高質(zhì)量濃度對激光的不同散射規(guī)律所致。
其中,實(shí)線對應(yīng)激光差分探測系統(tǒng)標(biāo)定后的實(shí)測擬合結(jié)果,圓點(diǎn)對應(yīng)標(biāo)定儀器的結(jié)果以作參考。標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度超過6.95 mg/m3之后,激光差分探測系統(tǒng)輸出相對于標(biāo)定探測儀器輸出的相對誤差,如圖12所示。
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,將粉塵儀測得的質(zhì)量濃度值作為標(biāo)準(zhǔn)值,由光電差分探測器輸出信號計(jì)算得到的質(zhì)量濃度值作為實(shí)際測量值,實(shí)測質(zhì)量濃度值與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度值的相對誤差可維持在12%之內(nèi)。
因此,經(jīng)過標(biāo)定之后,激光差分探測系統(tǒng)可以對超過30 mg/m3的較高質(zhì)量濃度的煙霧類氣溶膠懸浮物實(shí)現(xiàn)相對誤差在12%以內(nèi)的質(zhì)量濃度測量。
5 結(jié) 論
本文提出了一種基于激光差分探測技術(shù)的懸浮物質(zhì)量濃度測量方法。通過對激光在懸浮物顆粒中傳播時(shí)衰減原理的研究,獲取了懸浮物顆粒質(zhì)量濃度與光強(qiáng)衰減的關(guān)系,激光光源頻率與響應(yīng)度的關(guān)系以及激光器波長與探測器響應(yīng)度的關(guān)系。通過標(biāo)準(zhǔn)氣溶膠質(zhì)量濃度測試儀對系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定,并以人工方式產(chǎn)生煙霧為實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)使用該系統(tǒng)進(jìn)行懸浮物質(zhì)量濃度測量,對超過30 mg/m3的較高質(zhì)量濃度的煙霧類氣溶膠懸浮物實(shí)現(xiàn)了相對誤差在12%以內(nèi)的質(zhì)量濃度測量。經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),該測量系統(tǒng)可用于煙霧、粉塵等空氣懸浮顆粒含量的實(shí)時(shí)測量。
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