SPAMS 走航监测系统在大气环境监测中的应用研究

崔 倩

（忻州市生态环境保护综合行政执法队，山西 忻州 034000）

1 大气环境污染及监测现状

挥发性有机物（VOCs）是臭氧和PM2.5的重要前体物和参与物，同时，大部分VOCs 具有较强的毒性，损害人类的身体健康，由此可见，VOCs 的排放对环境空气质量的影响较大。根据2017 年—2019年各城市O3情况来看，O3作为主要污染物天数在增加，2020 年前两季度较同期也有上升趋势，根据国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》和生态环境部最新发布《2020 年挥发性有机物治理攻坚方案》有关要求，目标大幅减少主要大气污染物排放总量，协同减少温室气体排放，进一步明显降低PM2.5浓度，明显减少重污染天数，有效降低夏季O3污染。《2020 年挥发性有机物治理攻坚方案》提出：生态环境部组织重点区域各省（市）对重点工业园区和企业集群开展走航监测，排查突出问题，评估整治效果。鼓励各地开展VOCs 来源解析，确定影响O3生成的主要VOCs 物种和排放行业，提高精准治污水平。

为打赢蓝天保卫战，有效削减大气污染物排放总量，当前需利用科学的手段对大气环境进行综合监测分析，全面掌握区域大气环境污染物的排放和浓度水平情况。传统的技术手段“离线手工采样→实验室仪器分析→数据分析”，虽然认可度高，但是分析过程繁琐，分析周期长，所需人力物力投入都非常大；而目前采取的固定连续在线监测的方法监测环境空气常规六参数和VOCs，虽然可以实现污染物的连续自动监测，但监测数据仅能代表站点周边一定范围内的情况，且分析周期较长，无法实现快速掌握区域污染物浓度分布和污染源的排查功能。

2 SPAMS 走航监测系统

PM2.5在线源解析质谱监测系统（single particle aerosol mass spectrometer，简称SPAMS），是一套拥有自主知识产权的在线源解析设备，基于先进的单颗粒飞行时间质谱测量技术，无需繁琐的前处理过程，可实时在线进行单颗粒气溶胶化学成分和径粒大小的同步监测，将源解析过程提高到小时级别，可实时监控污染源变化趋势，捕捉污染源瞬时变化，相对于常规源解析方法耗时久、多种仪器联用等问题来说，是非常大的进步。为政府部门制定大气污染防治规划提供依据，对确定污染治理重点和环境管理有十分重要的指导意义。

PM2.5在线源解析质谱监测系统包括三部分：在线单颗粒气溶胶质谱仪、污染源谱库、“指纹”比对模型及离线数据处理软件（见图1）。

图1 PM2.5 在线源解析质谱监测系统构成

3 SPAMS 走航监测系统优势

1）拥有智能高效的在线源解析功能，实时在线，直接进样、无需前处理，且具备快速、高时间分辨率以及捕捉间歇式瞬间污染排放现象的能力，还具备全天候监测，并在恶劣气象条件下发现污染排放现象的能力；

2）可开展业务化VOCs 及无机因子巡查走航监测工作，基于VOCs 走航数据进行归类分析，绘制出各区/工业园的挥发性有机物及关键组分的污染分布地图、PM2.5及臭氧优控前体物污染地图，实现挂图作战，形成业务化走航；

3）可开展业务化环境空气六参数（PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3）巡查走航监测工作，重点对国控点/省控点周边区域进行摸排，排查区域问题，优化点位空气质量；同时走航的O3数据和VOCs 数据可以匹配，能更好的辨识O3生成的关键VOCs 物种和判断不同行业、企业排放的VOCs 对O3浓度的贡献；

4）梳理臭氧污染的优控行业清单和企业清单，为O3重污染天气应急预案和VOCs 精细化减排方案的制定提供科学数据；

5）开展环境空气质量异常时段原因排查，分析站点周边污染成因；

6）辅助重点污染源监督监测，提高检查效率；

4 SPAMS 走航监测系统在大气环境监测中应用

通过常态化的走航监测及时快速掌握区域VOCs、环境空气常规六参数实时动态变化状况和时空分布，快速发现问题区域问题企业，并能够对污染物进行精准溯源，从而实现大气污染物的有效减排。根据国控点/省控点地理位置，规划对国控点/省控点周边5 km 范围内以常规走航、定点监测两种模式开展工作，优化监测点位空气质量，保障空气质量达标。该系统可辅助企业监督监测，利用走航系统找出重点区域、重点企业，找出异常工段，同时建立企业VOCs 特征数据库，从而获得优控行业、企业清单，在不同臭氧污染情形下实现分级管控，助力臭氧污染削峰降频。为政府治污科学决策、明确分工、高效监管提供科学依据，同时可对区域大气环境整改措施后进行快速现场评估，对问题区域、问题企业持续监管。在突发环境事件可利用移动走航监测系统的机动性，快速到达现场开展应急监测。

4.1 整体走航摸排

通过对不同区域开展科学、系统的网格化走航，全面、快速、精准诊断环境空气常规六参数及VOCs污染的整体分布情况，锁定重点污染区域。将关注区域分解为若干网格，对于化工集中区域网格尺寸适当缩小，利用大气走航监测系统进行走航监测，通过昼夜走航监测模式，快速排查大气污染物整体分布及排放规律，获得区域污染画像。对于高值点位，加强定点监测和绕厂监测，获得企业排放污染特征和排放规律。

4.2 区域边界走航

能够有效帮助环境监管部门对所辖区域进行环境污染监管，通过对VOCs 及环境空气六参数进行快速溯源，有效处理区域、企业厂界环境污染排放纠纷，并对区域重大污染排放风险源进行有效管控，从而有效改善当地居民环境，为区域VOCs 环境减排和污染治理提供技术支撑。

4.3 污染成因分析

将前期走航监测及现场排查过程中发现的所有问题点位进行分类，绘制问题点位污染地图，为后续问题点核查、复检提供直观指导。

对国控点/省控点周边5 km 范围内进行走航监测，快速得到近地面常规六因子污染物浓度空间分布情况，得到污染物浓度高值区域，绘制污染地图，全面掌握国控点/省控点周边污染源分布情况；对各国控点/省控点各监测指标、发现的问题点位情况进行汇总分析，对监测指标较高、问题点位较多的监测点进行定点监测，明确污染来源，评判问题点位对国控点/省控点环境空气质量的影响，从而针对性加强人工巡查和整治，降低污染物高值区域对城市环境空气质量的影响。

4.4 辅助监督监测

按照“双随机、一公开”模式，助力开展专项执法行动，主要针对园区进行迅速普查，通过厂区、厂界不同网格化尺度的绕行，了解整个园区的排放情况，快速摸排问题企业，进厂查找问题工段，及时发现问题并实施整改，提升检查效率，切实降低园区及周边环境污染物及VOCs 浓度。

协助夏季开展储油库、汽油油罐车、加油站专项检查，走航摸排油气泄漏点位，统计问题点位清单，落实整改，确保油品储运销全过程VOCs 达到排放控制要求。

4.5 园区监测评估

根据大气VOCs 秒级多组份走航监测系统得到区域污染画像和企业污染画像，将VOCs 排放高值区域和高值企业从地图上标示出来，并注明VOCs浓度和主要污染物种。建立企业分级管控制度，一企一策，持续降低VOCs 污染排放。对于超标排放企业，配合执法，关停整顿；对于异常排放企业（较高排放或特殊时段排放异常），限期整改；对于排放较低企业，鼓励企业建立持续减排规划；对于排放很低企业，无需减排，开展不定期监督性走航监测。

4.6 事故应急监测

应急监测工作思路，如图2 所示。第一步，围绕事故中心开展应急监测工作，在条件允许的情况下到事故现场近距离观测，实时反映事故点附近特征污染物浓度变化。

图2 应急监测工作思路

第二步，以事故点为中心在周边画圈走航，评估污染物扩散范围，对污染区域进行分级，确定高危区、危险区及安全区；

第三步，在事故的下风向敏感点走航及定点监测，通过第二步走航划定出危险区域内的敏感点走航监测，分析污染物种的时空分布，通过敏感点定点监测，反映关键物种的变化及消散情况。根据监测物种浓度的变化情况实时更新高危区、危险区及安全区的范围，最大限度降低污染的影响。

5 结语

综上所述，SPAMS 走航监测系统可以实现国控点/省控点周边区域进行摸排，排查区域问题，保障监测点位空气质量；实现区域内环境空气VOCs 污染全面摸排，掌握区域内VOCs 污染因子排放特征以及污染水平；锁定问题区域、锁定问题企业、锁定问题工段，找出污染因子，另外对重点企业形成业务化走航，给出各区臭氧污染的优控行业清单和企业清单，提出切实可行的针对性的管控措施，实现重点污染区域重点管控，实现臭氧污染天气分级管控优化突发事件应急预案，现场排查污染范围，及时反馈现场情况等，值得在大气环境污染防治攻坚战中大范围推广应用。