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从“漫天撒网”到“精准定向”——北京科技治污显神通

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来源:北京新闻广播

2022年,北京市空气质量优良天数达到288天,占比接近八成,较2013年增加112天。其中一级优天数138天,较2013年增加97天。“冬奥蓝”、“1微克蓝”成为首都的靓丽底色。
2013年12月28日,习近平总书记在北京市看望一线职工和老年群众时指出,“发展新技术、发展绿色能源,是节能减排、治理大气污染的必要措施。我们要加大投入,有定力、有耐心地把面临的问题解决好”。
十年来,北京牢记总书记嘱托,充分发挥高科技优势,开发出一系列国内首创、国际一流的科技治污技术。PM2.5源解析、国际一流的“天空地”三维立体监测体系、国际首个重型柴油车监测平台……在这些“千里眼”和“顺风耳”的联合监控下,科研人员对大气污染物的监控和追击,逐渐由疏到密,由浅入深。
高科技手段将治污从“漫天撒网”提升到“精准定向”,助力北京打了一场漂亮的“翻身仗”。
精准治污使得北京蓝天的成色越来越足,也为全球治理大气污染贡献了“中国智慧”。
PM2.5源解析给大气“把脉问诊”
“人生病了,要去医院化验体检,找出病根儿。城市大气生病了,也是如此。” 时间回到2013年,这一年,北京PM2.5年均浓度高达89.5微克/立方米,超过国家标准(35微克/立方米)约1.5倍。当时的北京一度“谈霾色变”,科学精准治污已迫在眉睫。北京市生态环境监测中心主任刘保献说,他们要带北京的大气去“看病”。而PM2.5源解析就是给大气“把脉问诊”。
PM2.5是形成雾霾天气的重要成份。北京的PM2.5来源十分广泛。源解析,就是从组分上对PM2.5的来源做精准判定,这项技术和研究方法当时在国内尚属空白。
在刘保献的带领下,市生态环境监测中心用一年时间,组织研发出PM2.5中200多种化合物的监测方法,从而迈出历史性的一步。
2014年,北京率先在全国发布第一轮PM2.5源解析结果。
“当时解析的结果,北京的污染物来源中,区域传输占三分之一;在本地来源中,移动源占到31.1%,燃煤源22.4%,还有扬尘源、工业源。”刘保献回忆。
         
北京2014年发布源解析结果饼状图
参照这四大来源,北京制定了《2013-2017年清洁空气行动计划》,围绕机动车、燃煤、工业、扬尘等污染源共列出84项重点细化措施,并压实到全市相关部门。同时,还结合污染物的区域传输特征,把相应策略融入到京津冀区域联防联控中。
精准治理,收效明显。三年后,北京市PM2.5年均浓度下降到58微克/立方米,和2013年相比,降幅达到35.6%。这套PM2.5源解析技术也为全国其他地区建立源解析技术体系提供了参照系。
锁定污染物来源后,如何对这些“敌兵”进行精密监测、精准打击呢?一张“天罗地网”正在等待它们……
“天空地”三维立体监测体系,为精准治污布下“天罗地网”
“从遥感监测数据上,我们能把污染物几点过境,什么时候过境,大概覆盖什么范围,从什么角度过来等信息都了解清楚,然后再进行后续处理。”在市生态环境监测中心,遥感监测室副主任姜磊站在一组大型处理器前,看着卫星刚刚传输回来的区域污染物组分数据介绍。
姜磊在处理器前查看污染物卫星遥感图
他以污染物VOCs(挥发性有机物)为例做了监测演示:几分钟后,旁边的中控屏上就形成一张清晰的彩色热点网格图,颜色深浅不一,北京各个区域大气中的VOCs浓度清晰可见。
“我们把北京各地的自然地理特征、社会经济发展要素(商场、酒店、居民楼等)都输入进去,按3.5公里×3.5公里一个格子平铺开来,就能精准分析那个区域的具体污染情况。”监测中心工程师王新辉解释。
VOCs,即挥发性有机物,它是产生PM2.5和臭氧的重要前体物。近年来,北京大气治污进入PM2.5和臭氧协同控制的阶段,VOCs治理就成了目前大气治污的重中之重。
为了更好的了解监测过程,记者跟随监测人员,走进了一辆走航监测车。眼前的这辆车,车顶伸出一根钢制采样管,与车内的一台质谱分析仪相连。
遥感显示,海淀区西北部的一处汽修集群VOCs数值较高。走航监测车马上启动,驶入高数值地域,进行更细致地分辨。
监测中心工程师张博韬坐在走航车里紧盯着笔记本电脑屏幕,所到之处的VOCs浓度会以彩色柱状图形式呈现在屏幕上:“这个柱越高,颜色越红,就代表这个地方的污染物浓度越高,柱状图每5秒就会刷新一次。”张博韬解释,“执法人员现在就可以根据锁定的位置直奔目标了。”
这是一辆装载着VOCs监测设备的走航监测车,天窗伸出去一根采样管,车上装着一台质谱监测仪,在车内电脑上就可以监测周围VOCs的排放情况。
车载走航内的质谱分析仪
如果想对污染物成分进行准确定量,还可以继续借助更为精准的实验室手工分析手段。监测人员拿着一个玻璃球瓶形状的采样罐,回到市生态环境监测中心的分析实验室。高级工程师丁萌萌接到这罐空气样品,将其连接到大气预浓缩/气相色谱-质谱上,一个小时后,100余种VOCs检测结果就显示在电脑屏幕上。
丁萌萌介绍:“我们目前在北京已经布设了VOCs手工组分监测网,把采样设备放在采样点位,通过远端遥控,可以采集到具有代表性的样品。这种采样方式,既可以采集环境当中的,也可以采集污染源的全气样品,污染源和环境兼顾,既灵活又准确。”
分析人员在实验室进行检测
依托这种传感器监测技术,北京建立起覆盖全市街乡镇的高密度热点网格监测体系,对PM2.5浓度实时监测,从而为制定政策、压实污染监管主体责任提供依据。
北京市生态环境局大气环境处庄子威解释:“参照热点网格监测结果,我们指导帮扶PM2.5排名靠后的街道乡镇和各区,每年制定年度大气污染防治行动计划,大概有三四十项,其中就涉及各部门、各领域的减排措施,年底还会对各项任务完成情况进行考核。”
通过卫星遥感、车载走航、手工监测和热点网格这一整套点面结合的监测方式,北京在全国率先建成国际一流的“天空地”三维立体监测体系,实时监测空气中各种主要污染物的变化情况,为治理和消灭污染物布下“天罗地网”。
全球首个监测平台上线,管住了“重型柴油车”
除了日常熟知的移动源、燃煤源、扬尘源等排放源,影响空气质量的还有重型柴油车、非道路移动机械等容易被人们忽略的污染源。对这些污染源,北京也不遗余力地开发和使用高科技手段,进行精确监控,避免 “漏网之鱼”。国际首个重型柴油车监测平台的上线就是最好例证。
“踩油门!对,松油门10秒,然后再踩……”
在通州区台湖镇的一家混凝土企业院内,检测人员董立兴正对多辆重型柴油混凝土搅拌车进行尾气检测。随后,他仔细把各项参数录入手机执法软件:“国标检测限值是1.32m-1,它现在是0.08 m-1,达标了。”
执法人员手持重型柴油车执法APP,对检查情况进行记录
2020年1月1日起,北京对所有重型柴油新车实施国六B排放标准。市生态环境保护综合执法总队执法八支队三级主办李彬介绍:“重型柴油车是氮氧化物的主要排放源,2022年全年,北京共检查重型柴油车268万辆次,检查超标率在2.4%左右。而在2012年,尾气抽测超标率曾高达15%。”
稳步向好的执法数据,离不开技术的加持。2018年,北京市正式投用全球首个重型柴油车排放远程在线监测平台,它利用物联网、大数据技术手段,突破了海量高并发数据接收与解译的瓶颈,可实时追踪所有联网车辆的排放状态。
近年来,这个平台为北京有效监管重型柴油车提供了技术支撑。截至目前,平台监测车辆超过14万辆,占全市重型车保有量的一半以上。
市生态环境监测中心污染源室主任杨妍妍介绍:“每一台车上都安装了远程监控终端,它的车速、在哪儿行驶、后处理装置运行是否正常都可以实时监测,如果存在超标排放,通过平台预警,就可以进行针对性地执法和监管。”
“十年如一日,我们很自豪”
再先进的科技手段,也得由一丝不苟的人操控,才能将能效发挥到极致。
在北京市环境监测中心,就有这么一批监测人,始终迎难而上、攻坚克难。
北京市生态环境监测中心副主任沈秀娥站在监测中心大厅里,看着一张PM2.5组分监测图无限感慨:“我们从2013年1月1号开始,在车公庄站点做组分监测,每天100多个组分的数据构成了这张图,十年十行。”
北京科技治污到底有没有成效,只有数据说了算。在沈秀娥看来,精密的监测必须落在纸端,形成精确的数据。
“起初那几年,一到重污染天,无论寒暑,无论是不是周末,无论身在何处,大家都会赶回来值班,做大量的监测分析,总有种坐立不安的感觉。”随着北京空气质量的历史性改善,近几年,让沈秀娥坐立不安的感觉越来越少了。不过,面向未来,各项科技监测手段更需细化、科学化、完善化,大家干劲儿分毫未减。
 “我们会把每年中重污染这一天的污染物构成饼图放在上面,你看,越往下,饼图越来越少,代表北京的重污染天数越来越少,成效很显著。十年如一日,我们真的很自豪。”
2013-2022年北京市大气PM2.5日组分构成图
从PM2.5源解析,到国际一流的天空地三维立体监测体系,再到国际首个重型柴油车监测平台,北京科技治污手段由点到面、由浅入深,形成了一套完整科学的体系,对污染物锁定从“漫天撒网”到“精准定向”。由此形成的卫星遥感、环境DNA技术等多种创新监测手段,还被运用到水和土壤的监测保护中。
进入“十四五”,北京还将进一步推进大数据、区块链、人工智能等新技术在监测领域的深度应用,打造国际领先的生态环境监测“智能感知”创新示范基地,借助高科技力量,为首都率先建设人与自然和谐共生的宜居城市而努力!

编后语

近年来,北京充分发挥高科技优势,靠科技赋能,编织成一整套“天罗地网”,大气治理攻坚战越打越得心应手,“北京蓝”不再“靠天吃饭”。

科技赋能让防治措施更加精准有效。PM2.5源解析厘清了污染物来源,天空地一体化监测体系察明了污染区域,创新性监测平台管住了数十万辆柴油车。监测手段做到“精准定向”,诸多污染物便无处遁形;防治措施做到“知己知彼”,治理过程方能“百战不殆”。

科技赋能让决策方式更加系统高效。科学、量化的持续监测,有效提升北京大气治理决策水平。这些年,每一次大规模治理行动,都离不开监测数据的支撑。无论传统产业关停、提升,还是超标车辆退出、取缔,都以监测数据为依据,系统配套,有的放矢。决策科学、高效,大家执行起来就心服口服,治理效果自然事半功倍。

“十四五”时期,北京生态环境改善进入从量变到质变阶段,经济社会发展进入全面绿色转型期。进一步推进生态环境治理,更需要加强科技创新,以科学化决策推动高质量发展,以高水平保护创造高品质生活。

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