国内主流空气自动监测设备监测结果差异分析研究

2017-03-15杨星

绿色科技 2017年24期

杨星

(河北省环境应急与重污染天气预警中心，河北石家庄 050037)

1 引言

近年来，环境空气自动监测已成为我国城市环境空气质量监测的主要技术手段。对大气环境的监测有利于我国采取措施进行紧急防治，为此，采用现代化的科学手段对我国大气环境监测具有重要的现实意义。而数据的准确性关系到大气污染防治工作的成败，提高环境空气自动监测系统的数据精准度显得尤为重要。

2 仪器准备

2.1 手工采样器选用

德国进口康姆德润达便携式小流量颗粒物采样器(LVS)(通过美国EPA认证)。

2.2 自动监测仪器选用

本次自动监测设备使用仪器是在我国国控站最广泛使用的3种PM2.5自动监测仪，分别是：河北先河公司XH2000E型、美国热电公司5030型和美国MET-ONE公司2020型等(上述设备均符合我国环保部的计量认证)。

2.3 称量天平

使用康姆德润达称重采集大气中颗粒物的滤膜专用自动称重系统AWS-1，天平精密度为百万分之一。

3 测试地点与时间

比对测试地点为河北省环保厅新建成的空气质量预报业务楼顶。3台仪器按照国家有关的比对测试要求进行点位布设。2017年10月1日至10日，完成了设备安装；10月15日，完成试运行，正式开始比对测试；至2017年11月8日，共取得了25 d有效比对数据。期间，中心还开展了手工比对测试进行数据质量控制。手工采样器位置设置摆放距自动监测设备采样器1 m处，手工采样器与自动监测器的采样头高度一致。手工监测采样时间设置为23 h(即用23 h 代表手工日均值时段)，自动监测数据选用与手工监测数据相同时间段。每次必须至少获得20个以上有效数据对，此次比对共获得25 d有效数据。为确保数据的真实性，本次测试还同步比对了毗邻的石家庄世纪公园站(国控站)以及省质控站数据。

4 资料与方法

4.1 计算相对偏差

手工监测的PM2.5数据和自动监测值进行相对偏差(RD%)汇总测试，计算相对偏差，公式如下：

RD=(P2-P1)/P1×100%

(1)

P1=(P+P2)/2

(2)

公式中，P2为PM2.5的自动监测值，mg/m3。P1为PM2.5手工和自动检测值得平均值，P为PM2.5手工监测值(根据采样体积和颗粒物质量计算出PM2.5日均时段浓度)。

4.2 方法依据

本次自动监测设备采样前均按照《国家环境空气质量监测城市自动监测站运行管理暂行规定》和《河北省环境空气质量自动监测站运行维护管理暂行规定》(冀环测〔2014〕297号)进行维护校准，确保仪器设备稳定、正常。

通过PM2.5手工和自动监测比对。采用国际通用的测试评估方法，以PM2.5手工监测值为横坐标、PM2.5自动监测值为纵坐标，对各监测设备采集的PM2.5监测数值做线性回归分析。

4.3 质量控制

参照国家环境监测总站下发的《环境空气颗粒物(PM2.5)手工监测方法(重量法)技术规范》(HJ656-2013)和《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技术要求及检测方法》(HJ93-2013)的相关标准规范进行PM2.5手工监测。

手工方法同步比对测试来判定PM2.5自动监测仪数据的准确度。采样前需对采样器进行气密性、环境温度、环境大气压和流量的检查(校准)，查看滤膜是否破损等。

依据相关标准对上述手工和自动监测设备进行了连续7 d的采样监测，计算监测数据的相对标准偏差，手工采样器符合《国家环境监测网环境空气颗粒物(PM10、PM2.5)自动监测手工比对核查技术规定(试行)》中不大于10%的要求，可以用于比对PM2.5自动监测仪。3种自动监测设备的准确度均满足《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范》(HJ 655-2013)中：斜率1±0.15 、截距(0±10)μg/m3、相关系数R≥0.93 的准确度要求。

空白滤膜需全程跟踪采样过程，称量前后应滤膜，在自动称量系统(温度控制为20℃±1℃、空气相对湿度为控制在50%±5%)进行24 h中平衡后称量，称量途中均有标准滤膜进行质量控制。

4.4 日均值数据处理

由于此次比对存在重污染天气期间，颗粒物PM2.5浓度出现1000 μg/m3或由于污染较重仪器设备采样时间无法达到有效时间的视为误差较大，予以全部剔除，在此不做比对分析。比对有效时段为2017年10月15日～2017年11月8日。

5 数据测试分析

5.1 三种自动监测设备分别与手工基准监测设备比对

根据采样体积和颗粒物增重质量计算出PM2.5日均时段浓度，25 d的比对结果显示，3种PM2.5自动监测仪的月均值分别为：河北先河公司309 μg/m3，美国MET-ONE公司342 μg/m3，美国热电公司335 μg/m3(表1)。与德润达手工采样器监测数据305 μg/m3相比，总体偏差基本保持在±15%以内。其中河北先河公司平均偏差为1.9%,MET-ONE公司平均偏差14.6%，热电公司平均偏差12.5%。先河公司仪器的日均值与德润达手工采样器最为接近，另两家美国公司的仪器数据略显偏高。

5.2 用石家庄国控站城市均值数据统计比对分析

将德润达手工采样器数据作为质控数据，与石家庄全市平均值比对，此次数据对自动监测数据整体变化趋势一致，石家庄全市平均为302 μg/m3，比手工采样器监测数值略低3 μg/m3，偏差仅为1%。距手工采样器最近的世纪公园点位月均值为309 μg/m3比质控站略高4 μg/m3，偏差仅为1.3%。同样表明此次监测偏差不大，数据真实有效。

6 结论

本次比对测试选用了在我国国控站最广泛使用的三种PM2.5自动监测仪，经对河北先河公司XH2000E型、美国热电公司5030型和美国MET-ONE公司2020型三种PM2.5自动监测仪的25 d同步比对结果表明：三种设备的监测数据均符合国家准确度要求；先河公司设备的监测数据相对偏低，美国MET-ONE公司和热电公司设备的监测数据相对偏高。