浅谈空气自动监测数据质量现状与处理方法

廖乾邑,陈建文,李 亮,赵 昂

(1.四川省环境监测中心站,成都 610041;2.中国环境监测总站,北京 100012)

1 前 言

空气自动监测系统在国内外已经得到了广泛的应用,因为它不仅能获得大量、连续、完整的基础数据来及时反映环境空气质量的动态变化,而且能够预测空气污染发展趋势和加快应急事件的控制过程[1,2]。但是做为无人值守的连续自动监测系统,也会因电路、光路、气路的变化而产生零点漂移和跨度漂移,加上停电的干扰、气候变化的影响、维护的情况等因素影响空气自动监测数据的准确性,同时会产生大量的异常数据。因此在数据的上报方面应该根据实际情况,对监测数据的审核和异常数据的有效性进行分析。它是环境监测数据质量保证工作的一个重要组成部分,更是为环境管理决策提供准确、真实的监测数据的重要保证[3,4]。

2 异常数据的判断

2.1 可预知的异常监测数据[5]

对于仪器校准、维护、停电、仪器已知故障及排除故障期的数据、仪器重启可视为可预知的异常监测数据,在数据统计处理过程中将其剔除。

2.2 不可预知的异常监测数据

气象变化、仪器性能不稳定、仪器突发故障、采样系统、辅助设施的故障等诸多因素均能够导致监测数据的突变。

(1)监测数据在零值附近 (2ppb到 -2ppb)波动,超过 5小时;单个监测子站的某项污染物浓度值出现一个、数个极高值。应该有相应气象、外界影响(如污染源出现、或位置处于污染源下风向)条件支持来判断。

(2)监测数据小时值为负数小于 -2ppb;监测数据小时值连续出现 4个以上恒定值;监测数据小时值在某一数据附近波动,相对偏差小于 5%,且持续时间超过 5小时。

(3)某一子站的某项污染物监测数值离群明显偏低;某一子站的某项污染物浓度变化趋势与其他子站明显不一致[6]。

3 数据质量现状

通过对空气自动监测子站的数据统计分析得到,每年实时监测的近万个监测数据中存在0.95%～3.18%的异常数据。其中以负值形式存在的异常数据占 38%左右,以零值附近波动形式存在的占 30%左右,以在某一数据附近波动形式存在的占 30%左右,数据突然升高形式存在的占 2%左右。其中工作人员基本能够对负值形式、突然升高形式的数据做为异常数据判断并进行处理。但对于零值附近、某一数据附近波动的,甚至一直以某一固定值出现的数据,只要没有超过二级标准,都没有对监测数据进行判断、作为异常数据剔除。

4 异常数据产生的原因分析

4.1 气路因素

采样头受到遮挡、污染或长时间没有清洗,采样管路堵塞或引风机的故障、阀板电磁阀不畅通等因素都可导致监测数值离群、较低、无变化。

4.2 分析仪的因素

4.2.1 SO2分析仪

SO2分析仪的采样管道和限流孔受到空气中灰尘的阻塞,内置泵的泵膜受到灰尘污染,紫外灯或检测器老化与损坏,光电元件受到灰尘污染等都能引起监测值的突变。

4.2.2 NO2分析仪

NO2分析仪的采样管道和限流孔受到空气中灰尘的阻塞,外置泵的泵膜受到灰尘污染,光电倍增管室正常工作范围是 0℃～3℃,仪器在使用过程中有时会出现光电倍增管室温度超出范围的现象,在钼炉的转化效率低于 96%时,会导致 NO2监测数据偏低从而导致监测数据异常值。

4.2.3 PM10监测仪

采集气路系统漏气,导致监测结果偏低;流量计受阻,采样流量达不到预设的16.7L/min,使监测值偏高;采样滤膜带断裂,测量值会持续增大或恒定不变;走纸主动轮性能不稳定,用力不均,使纸带边缘撕破,滤纸带偏移计数器,数据将会出现恒定不变值;当外界气候突变,如下雨时空气湿度较大,加热管不能完全分离水份,导致潮湿空气中的水份吸附在滤膜上,在测量周期内吸附在滤膜上的低沸点物质、水份随温度的不断上升而挥发,会出现监测数值为负值或一直处于一个很低水平的监测结果。

4.3 其他影响因素

(1)仪器与数据采集器的模拟输出联线松动会导致数据采集器显示的监测数值与实际测量不符,工控机死机,会导致传输的数据为一恒定值。

(2)供电系统不稳定,断电及断电恢复后仪器预热过程的监测值一般为离群、异常监测值。

5 异常数据的处理

对于异常数据应做到及时的判断,查找异常数据产生的原因,并进行正确的数据处理,如在剔除异常数据后的其他正常数据满足规范规定(二氧化硫、氮氧化物 18小时,PM1012个小时)的数据小时数,可以直接剔除异常数据进行数据统计,同时参看相同功能区的其他子站的数据,在剔除异常数据后的其他正常数据不满足规范规定的数据小时数可采用其他监测手段、或参看相同功能区的其他子站的数据。具体数据处理程序如下图所示。

图 数据处理流程图Fig. Flow diagram of data processing

6 结 论

无人值守的自动监测系统,因仪器维护周期较长,使一些仪器故障和外界因素的干扰不能及时排除,导致获取一些异常监测数据,因此需要及时记录大气气候条件的变化、对获取的异常监测数据进行正确地、有效地判断处理,建立好仪器校准、定期的零点和量程漂移检查、异常监测数据的处理等数据质量保证制度并使之真正得以落实,确保自动系统采集数据的准确可靠,真正发挥自动监测的作用;为环境管理提供科学的依据[7]。

[1] Ivan Kantora,Michael W.Fowler,Amirhossein Hajimiraghaa and Ali ElkamelAir quality and environmental impacts of alternative vehicle technologies in Ontario[J].Canada International Journal of Hydrogen Energy,2010,35(10)：5145-5153

[2] Cowlinga E B,Eris manb J W,Smeuldersc SM,et al.Optimizing air qualitymanagement in Europe and North America：Justification for integratedmanagementof both oxidized and reduced forms of nitrogen[J].Environmental Pollution1998,102(1)：599-608.

[3] 曹家新.监测数据的审核及结果的分析与判断[J].四川环境 2002,21(4)：19-21.

[4] Daniel A Vallero.Fundamentals of Air Pollution(Fourth Edition)[M].USA：Academic press,2007.296-312.

[5] 杨丽萍.环境空气自动监测异常数据的判断与处理[J].天津建设科技,2005,(增刊)：236-237.

[6] Longley ID,InglisD W F,M W,et al.UsingNOx and CO monitoring data to indicate fine aerosol number concentrations and emission factors in three UK conurbations[J].Atmospheric Environment,2005,39(28)：5157-5169.

[7] W illiams M L.UK air quality in 2050—synergies with climate change policies[J].Environmental Science&Policy,2007,10 (2)：169-175.