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带您走进大气监测超级站

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    近年来,随着我国以城市环境空气质量监测站、区域空气质量监测站和背景值监测站为主体的大气环境监测网络不断完善,很多省(市、区)开始着手建设大气监测超级站,以期为科学问诊灰霾成因、实现城市环境空气质量精细化预报提供技术支撑。

    大气监测超级站是安装有众多大气监测设备的综合性监测站点。上世纪70年代以来,美国、欧洲和我国台湾、香港地区陆续建成了一批大气监测超级站。2012年,大陆首个大气监测超级站——广东鹤山站正式运行。随后,北京、上海、重庆、江苏、湖北等十余个省(市)环保部门以及部分科研机构也开始建设大气监测超级站并相继投入使用。

    这些大气监测超级站的功能定位一般分为科学研究型和功能加强型两种。科学研究型的大气监测超级站以多污染物监测为主要手段,通过理化、光学、气象、卫星等多种监测仪器和手段,综合分析常规和非常规污染物、二次污染物及前驱物的浓度和变化趋势,对城市或区域复合污染开展深入研究,分析大气污染成因和机理,从而服务于大气科学研究,如中科院遥感所和中国环科院建设的超级站。功能加强型大气超级站一般在城市或区域站SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10常规6参数监测的基础上,根据本地环境管理需要,结合当地的地形地貌、气象条件、污染源类型等条件,新增对城市或省级区域传输特征监测和重点特征污染物的监测,尤其是加强对光化学污染指标的监测,如上海、湖北等地建设的部分大气超级站。当然,这两种类型的大气超级站的划分并不是绝对的,功能加强型大气超级站可以承担科研任务,科学研究型大气超级站的监测数据也可用于灰霾预报。

    大气监测超级站投入较大,相当于一个独立的实验室。因此,每建一个大气监测超级站都要慎重决策,确保建成后能发挥预期作用。

    大气监测超级站的选址要科学。对此,要有全局意识,加强顶层设计,在全国范围内合理布点,不能放任谁有钱谁就建的现象。否则,3年~5年后,建成站点杂乱分布,既不能解决当地问题,又不能从整体上反映大气监测规律,造成投资浪费。可委托权威单位做国家层面的建设布点方案,一经发布后,有条件的省份可在指定地点开始建设。

    大气监测超级站的建设应具有前瞻性。站房所在地单位应能提供足够大的空间,面积一般不少于150平方米。站房可采取通透式建筑风格,用玻璃隔断,既有利于观察,也便于室内温度控制,实现节能降耗。在设备安装方面,应遵循同类、相似原则,即原理相同、功能相近的仪器安装在同一个工作间,但要防止交叉污染。屋顶钻孔较多,漏水是常见的故障。为此,要提前规划好设备布局,预留孔位,便于以后加装。另外,高效利用房顶空间,设置源解析大气采样点位及手工比对监测场所。

    一个功能完整的大气监测超级站包括气象条件观测,气态污染物监测,气溶胶物理、光学性质和化学组分监测,以及遥感观测等几个模块,配置较为复杂,宜坚持分期建设的原则。前期建设应根据功能定位和当前工作重点优先选配基础性的仪器设备,适度超前但不好高骛远。否则,大量设备安装到位后,很可能会因人手不够无暇维护而出现故障不断的现象。然后,再按仪器设备能力建设与技术力量相匹配的原则,先易后难,确保每引进一台仪器就能熟练使用一台仪器,使其发挥出最大效益。大跃进式的建设必然会带来运行维护跟不上或大量监测数据不能转化成实际监测成果,既造成资源的浪费,又使建设单位背上沉重的工作包袱。

    大气监测超级站不是万能的,并不是建成一个大气监测超级站就能监测和解决一个城市或区域的空气污染的所有机理研究问题。大气监测超级站本质上只是多测了一些环境空气质量指标和气象参数。这就如同人的体检,一般的大气自动站只监测了重点指标,而超级站开展的是全指标监测,然而,出现问题的往往是重点指标,即使增加了很多其他指标,也不一定就能发现更多问题。此外,从超级站获得的数据只能做单点推论,很难再找邻近的其他超级站来验证。因此,单个大气超级站只能发挥有限的作用,只有形成联盟,而且布点科学,能够互为验证,那么其功能可以扩展。但目前,地方投资建设的大气监测超级站一般没有考虑与其他邻近超级站的衔接,单一大气监测超级站面临产出不多、后续维护难等挑战。

    大气监测超级站涉及气象环境、化学和遥感等多学科,需要一支高素质的专业技术队伍来开展日常维护和对监测数据进行综合分析。目前,环保系统的大气监测超级站多由环境监测机构来承建、运维。很多监测机构在对日常监测任务都难以应付的情况下,安排不出更多的力量来专业运维大气超级站。

    鉴于此,只能探索第三方运维模式。有两种形式可供选择:一是全部委托给第三方,环境监测机构只负责质量考核,并集中精力综合分析监测数据;二是部分委托给第三方,环境监测机构承担有能力运行的设备维护,其余的可直接购买服务。但无论哪种形式,环境监测机构都必须全面介入,不能完全受制于人。

    大气超级站是重要的监测手段,但也有其不能承受之重,必须科学定位、理性建设,尤其是要摒弃急功近利思想,不能认为建成大气超级站就万事大吉,所有环境空气质量监测难题都会迎刃而解。大气超级站建设要投入,后期维护消耗更大,对此要有充分估计,最好是全国一盘棋,来构建相对独立、完整的大气监测超级站网络。

    近几年,国内大气监测传感器发展迅速,大多数产品已经完成进口替代,目前国内众多大气超级站普遍采用的是炜盛科技大气监测传感器,下面我们来了解一下炜盛科技知名的几款大气监测传感器:

    1.ME4-O3-E4臭氧传感器

    ME4-O3-E4型臭氧传感器是定电位电解型O3传感器。O3和O2在工作电极和对电极发生相应的氧化还原反应并释放电荷形成电流,电流大小与O3浓度成正比,通过测试电流大小即可判定O3浓度的高低,传感器的第四个电极辅助电极用于补偿零点电流,使其具有强信号电平,低零点电流的特性。

    2.ME4-SO2-E4二氧化硫传感器

    ME4-SO2-E4型传感器是定电位电解型二氧化硫传感器。SO2和O2在工作电极和对电极发生相应的氧化还原反应并释放电荷形成电流,电流大小SO2浓度成正比,通过测试电流大小即可判定SO2浓度的高低。传感器的第四个电极辅助电极用于补偿零点电流,使其具有强信号电平,低零点电流的特性。

    3.ME4-NO2-E4二氧化氮传感器

    ME4-NO2-E4型传感器是定电位电解型NO2传感器。NO2与O2在工作电极和对电极上发生相应的氧化还原反应并释放电荷形成电流,产生的电流大小与NO2的浓度成正比,通过测试电流的大小即可判定NO2浓度的高低。传感器的第四个电极辅助电极用于补偿零点电流,使其具有强信号电平,低零点电流的特性。

    4.ME4-CO-E4一氧化碳传感器

    ME4-CO-E4型一氧化碳传感器是定电位电解型CO传感器。CO和O2在工作电极和对电极上发生相应的还原氧化反应并释放相应的电荷形成电流,电流大小与气体浓度成正比并遵循法拉第定律,通过测试电流的大小即可判定CO浓度的高低。传感器的第四个电极辅助电极用于补偿零点电流,使其具有强信号电平,低零点电流的特性。

    5.ME4-H2S-E4硫化氢传感器

    ME4-H2S-E4型硫化氢传感器是定电位电解型H2S传感器。H2S和O2在工作电极和对电极发生相应的氧化还原反应并释放电荷形成电流,电流大小与H2S浓度成正比,通过测试电流大小即可判定H2S浓度的高低。传感器的第四个电极辅助电极用于补偿零点电流,使其具有强信号电平,低零点电流的特性。


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