美國環(huán)境監(jiān)測一百年歷史回顧及其借鑒_續(xù)四_

1、專論與綜述美國環(huán)境監(jiān)測一百年歷史回顧及其借鑒(續(xù)四王炳華,趙明(航天機電集團公司第三研究院環(huán)境監(jiān)測站,北京100074中圖分類號:X-1(712文獻標識碼:A文章編號:1006-2009(200104-0013-05The R eview of USA Environmental Monitoring in One Century and Its R eference to Us(ContinuationWAN G Bing2hua,ZHAO Ming(The Envi ronmental Monitori ng Center,The Thi rd Research A cademy,Chi

2、na A erospace M achi nery and Elect ronics Corporation,Beiji ng100074,Chi na5發(fā)達階段(高級階段進入80年代,美國環(huán)境狀況有很大好轉(zhuǎn)。在水環(huán)境方面,由于廢水的點源排放得到了有效控制,河水變得越來越清潔,湖水的富營養(yǎng)化問題得到了很好的解決,全國各類水域的水質(zhì)向漁業(yè)和游泳的水質(zhì)要求方向發(fā)展。在空氣環(huán)境方面,由于采用了高架煙囪排放和加大控制汽車尾氣排放的力度,大幅度降低了SO2、NO x等常規(guī)污染物對城市及工業(yè)區(qū)的空氣污染,進一步改善了全國空氣質(zhì)量。在固體廢棄物方面,由于對固體廢棄物特別是有害廢棄物實行嚴格管理,有效地扼制了

3、有害廢棄物污染環(huán)境的勢頭。然而,80年代的環(huán)境污染形勢依然嚴峻,環(huán)境問題已由區(qū)域性的空氣污染、水體污染、生態(tài)破壞迅速發(fā)展為全球性的環(huán)境危機。溫室效應(yīng)、臭氧(O3層破壞、酸雨等影響人類生存的全球性問題開始暴露出來。在美國,固體廢棄物的污染、水體的非點源污染、有毒化學(xué)物質(zhì)的污染、地下水的污染、海洋污染、室內(nèi)污染、車間空氣污染等逐漸成為影響環(huán)境質(zhì)量的主要問題。在這種新的形勢下,美國對待環(huán)境問題的思路發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變,開始著眼考慮全球性的環(huán)境問題,考慮從整體上解決環(huán)境問題的戰(zhàn)略,考慮如何實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境、社會的可持續(xù)發(fā)展。解決環(huán)境污染的方針,也由70年代“以治理為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙灾卫頌橹?以預(yù)防為重點,以預(yù)

4、測為方向”。80年代以來,美國一方面繼續(xù)加大污染控制與治理的投資力度,1987年,美國用于污染控制和治理的費用是850億美元,占國民生產(chǎn)總值的2%,1991年是1290億美元,1995年達到1600億美元,2000年約2050億美元,占國民生產(chǎn)總值的315%,使固體廢棄物、水體、空氣中有毒化學(xué)物質(zhì)的控制和綜合治理取得了巨大的成效。另一方面在消除污染的對策方面,變事后治理為事先預(yù)防,由尾部控制逐步過渡到源頭控制,設(shè)計少污染、無污染的產(chǎn)品,推廣少污染、無污染的工藝,把污染消滅在事先,消滅在源頭。環(huán)境科研的重點也發(fā)生了轉(zhuǎn)移,由“預(yù)防為主”開始向“預(yù)測為主”的方向發(fā)展。利用“模型”研究,系統(tǒng)、綜合地分

5、析、評價和預(yù)測環(huán)境質(zhì)量的變化,掌握污染物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,從而為全面規(guī)劃、合理布局、綜合治理、控制環(huán)境污染提供必要的技術(shù)支持,進一步尋求解決污染的根本途徑。80年代以來,美國環(huán)境管理體系(機構(gòu),制度進一步加強,EPA由最初的3個辦公室擴展到5個。環(huán)境法規(guī)建設(shè)越來越完善,已形成了一個涉及水、氣、固體廢棄物、有毒物質(zhì)等領(lǐng)域的嚴格的全方位的防治污染的法規(guī)體系。美國還就O3層保護、溫室效應(yīng)、酸雨等問題展開了國際間的合作。收稿日期:2001-07-09第一作者簡介:王炳華(1946-,男,山東人,研究員,碩士,已發(fā)表論文20篇。31第13卷第4期環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)2001年8月這一時期,作為技術(shù)支持的環(huán)

6、境監(jiān)測工作也取得了重大進展,發(fā)生了質(zhì)的飛躍,邁上了新臺階,即進入發(fā)達(高級階段。其特點如下:(1全面開展固體廢棄物的監(jiān)測,首次出現(xiàn)對水質(zhì)、空氣、固體廢棄物三大領(lǐng)域同時、全方位、多層次開展工作的新格局。(2環(huán)境監(jiān)測項目以有毒化學(xué)物質(zhì)為重點,以優(yōu)先控制的污染物(具有“三致”毒性的有機化合物和金屬為中心。廢水中優(yōu)先控制的污染物129種,有毒化學(xué)物質(zhì)200多種;空氣中優(yōu)先控制的污染物191種,有毒化學(xué)物質(zhì)200多種;飲用水中優(yōu)先控制的污染物108種(1992年減少為85種,有毒化學(xué)物質(zhì)250多種;固體廢棄物中優(yōu)先控制的污染物40種,有毒化學(xué)物質(zhì)400多種。(3分析方法全部標準化、系統(tǒng)化,并逐步達到法規(guī)

7、化。在空氣監(jiān)測領(lǐng)域,EPA從1984年開始,逐步推出空氣中有毒有機物的分析方法EPA T01T014系列27(后來經(jīng)過幾次補充,成為現(xiàn)在的EPA T01T017系列,1994年推出環(huán)境空氣中189種重點污染物的分析方法系列28,1993年推出室內(nèi)空氣污染物的分析方法EPA IP1 IP10系列29;ISC于1987年推出空氣采樣與分析方法第3版30。在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域,EPA于1984年正式推出EPA600系列31并納入聯(lián)邦法規(guī),同年正式推出EPA200系列32并納入聯(lián)邦法規(guī),稍后納入PB報告,并將1987年、1989年、1990年3次推出EPA500系列33的新方法納入聯(lián)邦法規(guī),期間“水質(zhì)標準檢

8、驗法委員會”從1981年相繼推出水質(zhì)標準檢驗法第15版第20版22,34,38。在固體廢棄物領(lǐng)域,EPA于1986年推出固體廢棄物試驗分析評價手冊EPA SW-846系列39,并于1987年、1990年進行了兩次修改,分別推出第2版,第3版。(4在環(huán)境實驗室中,已經(jīng)形成了以各類儀器為主體,以大型儀器(GC、GC/MS、HPLC、AA、ICP/AES等為中心的現(xiàn)代化的、高效率的、性能優(yōu)良的分析測試系統(tǒng)。(580年代,針對全球性環(huán)境問題,美國開展了全球范圍的環(huán)境監(jiān)測研究,特別是對O3層、溫室效應(yīng)、酸雨的監(jiān)測研究。80年代,美國的水質(zhì)和空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)、自動監(jiān)測網(wǎng)進一步加強與完善,應(yīng)用遙測、遙控等先

9、進技術(shù)實時測定大范圍、大面積的水體和空氣污染狀況并及時作出預(yù)測、預(yù)報,并加強各種新型化學(xué)傳感器的應(yīng)用與研究,加強現(xiàn)場監(jiān)測,大力研制和使用便攜式分析儀器。與此同時,分布在全國十大環(huán)保區(qū)的上千個各級水質(zhì)實驗室,上百個以測定固體廢棄物為重點的EPA 合同實驗室(CL P,一大批以測定空氣中有毒物質(zhì)為重點的空氣分析中心也逐步形成了一個比自動監(jiān)測網(wǎng)更加強大的非自動的水質(zhì)、固體廢棄物、空氣監(jiān)測網(wǎng)系,承擔(dān)全國各類環(huán)境樣品特別是有毒化合物的分析測定工作。(6在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,QA/QC的科學(xué)方法、管理體系、物質(zhì)支持條件日益成熟與完善,已達到了規(guī)范化、標準化、法規(guī)化的水平。在各個不同的領(lǐng)域(水體、空氣、固體廢棄物

10、開發(fā)了與其配套的環(huán)境監(jiān)測全過程的QA/QC程序。全過程的QA/QC 程序主要包括:按環(huán)境樣品的物理形態(tài)和化學(xué)性質(zhì),以及取樣目的和取樣設(shè)備,研制、開發(fā)了現(xiàn)場采樣的QC(QA/QC程序。按不同類型的分析方法(如GC、GC/MS、HPLC、AA、分光光度法、化學(xué)法等研制、開發(fā)了實驗室中分析測定過程的QC (QA/QC程序,并在實際工作中嚴格實施。(7在有害化合物的分析測定方面,由成分、含量測定向結(jié)構(gòu)、形態(tài)、價態(tài)、區(qū)微分析、表面分析的方向發(fā)展,把環(huán)境監(jiān)測的內(nèi)容推向更深的層次。511空氣監(jiān)測51111背景80年代,雖然美國環(huán)境空氣中的常規(guī)污染物(SO2、NO x、TSP等的污染得到了有效控制,但對那些濃

11、度低、毒性大的有毒污染物的控制很不成功。直到80年代末,納入聯(lián)邦法規(guī)的空氣中控制的有毒污染物只有8種,致使污染源中大量有毒化合物毫無制約地排放,造成了環(huán)境空氣的污染。在這些有毒化合物中,不少是具有“三致”毒性的,它們能長期滯留在空氣中,對人體健康構(gòu)成很大威脅。與常規(guī)項目污染相比,有毒化合物污染是一種感覺器官不易覺察的,更深層次的,危害性更大、更廣,更難治理和預(yù)防的新型污染。80年代,由于經(jīng)濟發(fā)展太快,CO2排放量大增,引起溫室效應(yīng);氟里昂的大量使用,造成O3層破壞;采用高架煙囪排放,使空氣污染物遠距離輸送,酸雨跨國污染,酸雨危害舉世矚目。80年代末,環(huán)境污染已由區(qū)域性的空氣污染,迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镺3

12、層破壞、溫室效應(yīng)、酸雨等全球性的環(huán)境危機。這種全球大氣環(huán)境的污染,向各國提出了共同的挑戰(zhàn)。4180年代美國室內(nèi)空氣污染開始暴露出來,特別是氡(Rn的污染尤為嚴重。面對新的污染形勢,美國的對策是:(1強化環(huán)境立法,以法律手段控制污染。美國國會于1990年通過了新的“清潔空氣法”40補充法案。該“補充法案”主要由五大部分組成:國家新的環(huán)境空氣標準;機動車和清潔燃料;酸雨的控制;保護O3層;空氣中有毒物質(zhì)的控制。(2為改善全球環(huán)境質(zhì)量,努力加強國際間的合作和協(xié)調(diào)。為保護O3層,1987年美國簽訂了限制氟里昂使用的國際“蒙特利爾條約”;為了扼制溫室效應(yīng)繼續(xù)惡化,承擔(dān)國際大協(xié)作中應(yīng)盡的責(zé)任,限制使用礦物

13、燃料,改進燃燒工藝,使用脫硫技術(shù),加強汽車廢氣排放的控制采用新燃料及新型車輛。(3加大投資力度。每年拿出250億美元,執(zhí)行“清潔空氣法”補充法案。(4加強環(huán)境管理。明確規(guī)定控制污染的目標、標準、實施技術(shù)和步驟及實施的最后期限,并嚴格監(jiān)視污染源,懲罰違法者。,1992年7月,公布了189種空氣中控制的污染物名單,不久又增至191種;隨后又出臺了有毒有機物的國家排放標準,并嚴格執(zhí)行EPA于1979年底提出的“氣泡政策”(在氣泡內(nèi)部實行排放總量控制和1982年提出的排污交易政策。(5加強環(huán)境科研工作。美國環(huán)境污染的控制和環(huán)境質(zhì)量的改善,是與不斷采用新技術(shù)分不開的。在環(huán)境保護不同的發(fā)展階段,科學(xué)技術(shù)都

14、走在了前頭,做好了技術(shù)儲備,起了導(dǎo)向作用。進入80年代,大部分常見污染物的控制技術(shù)已經(jīng)過關(guān),科研機構(gòu)已為100多個工業(yè)部門提供最佳實用技術(shù)。80年代環(huán)境科研的重點放在落實“預(yù)測為主”的方針上。建立預(yù)測模型,研究各種重要污染物的來源、污染物在空氣中的分布、最終結(jié)果、對空氣污染帶來的貢獻;進行新建項目的環(huán)境影響質(zhì)量評價;全面進行危險品環(huán)境風(fēng)險性評估以及控制室內(nèi)空氣污染的研究。51112空氣監(jiān)測的特點與進展80年代,美國在空氣監(jiān)測領(lǐng)域取得重大進展,空氣監(jiān)測逐步達到了標準化、規(guī)范化、法規(guī)化,并向環(huán)境、車間、污染源、全球大環(huán)境、室內(nèi)微環(huán)境各個領(lǐng)域擴展?？諝獗O(jiān)測進入更深的層次,監(jiān)測重點為有毒化合物,特別是

15、具有“三致”毒性的有毒有機物和金屬;分析測試設(shè)備進一步實現(xiàn)大型儀器化、自動化;環(huán)境空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)進一步完善,在70年代實時報告空氣污染(6個常規(guī)項目狀況的基礎(chǔ)上,發(fā)展到及時對污染趨勢進行預(yù)測預(yù)報;一批高水平的空氣污染物分析中心逐步建立;QA/QC工作達到科學(xué)化、標準化、程序化。環(huán)境監(jiān)測的標準方法系列,對環(huán)境監(jiān)測起著導(dǎo)向和規(guī)范作用。在空氣監(jiān)測領(lǐng)域,80年代以來是以三大標準方法系列為標志的新時期。它們是ISC(美國公共衛(wèi)生聯(lián)合協(xié)會委員會系列,EPA系列,NOISH系列。而影響比較大的是ISC系列和EPA系列。1972年,ISC開始推出空氣采樣與分析方法,到1987年共推出3版。從70年代直至80

16、年代中期,盡管NOISH系列不斷推出(作為工業(yè)衛(wèi)生部門的標準方法,NOISH系列具有獨到之處,但在全國空氣監(jiān)測領(lǐng)域的影響力卻非常有限。因為空氣采樣與分析方法第2版中的800系列車間空氣和生物樣品中化學(xué)物質(zhì)的分析方法大多是參照、選用NOISH系列中的測定方法而制訂的,因此,關(guān)心和應(yīng)用NOISH系列的僅是專業(yè)化的工業(yè)衛(wèi)生監(jiān)測人員。在環(huán)境空氣監(jiān)測領(lǐng)域,ISC的空氣采樣與分析方法可以完全取代NOISH系列?？梢哉f從70年代直至80年代中期,ISC推出的空氣采樣與分析方法在空氣監(jiān)測領(lǐng)域中是惟一的一套在美國具有權(quán)威性的標準方法系列,它一直壟斷了15年。但到80年代中期,隨著3套EPA系列的推出,這種一花獨

17、秀的局面被打破了。這3套EPA系列是:以分析空氣中有毒有機物為宗旨的EPA T01T014系列;為執(zhí)行“清潔空氣法”補充法案,EPA于1994年推出的環(huán)境空氣中189種重點污染物分析方法系列;以分析室內(nèi)空氣污染物為目標的EPA IP1IP10系列。這3套EPA系列的開發(fā)、推出后,在空氣監(jiān)測領(lǐng)域中發(fā)揮了越來越大的作用,它規(guī)定了80年代以來空氣監(jiān)測的方向、主流和特點。因此可以說80年代以來,在空氣監(jiān)測領(lǐng)域中是ISC系列和EPA系列共存,且在許多領(lǐng)域中,后者逐步起主導(dǎo)作用的時代。而在工業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域,NOISH標準方法系列仍然不斷推出,但它在空氣監(jiān)測領(lǐng)域中的地位是不能同ISC系列、EPA系列相提并論的。

18、51針對80年代空氣監(jiān)測領(lǐng)域的形勢,現(xiàn)就ISC、EPA系列產(chǎn)生的背景及演變、特點及要點(法規(guī)化、標準化的狀況,測定項目的擴展,分析手段的演變,QA/QC的進展、應(yīng)用范圍及局限性、它們各自在空氣監(jiān)測領(lǐng)域中的位置及兩者之間的相互關(guān)系分別介紹。5111211ISC系列(空氣采樣與分析方法第3版(1產(chǎn)生的背景。1977年空氣采樣與分析方法第2版推出后,經(jīng)過10年的試行、實踐,專家們普遍認為在空氣監(jiān)測領(lǐng)域中,還需要增加某些新的測定項目及測定方法,ISC在匯總了專家們的意見并結(jié)合80年代廣泛應(yīng)用的一些新技術(shù)后,對第2版公布的136個方法以及10年來期刊上發(fā)表的一些新方法,進行了重新審定,使其更加成熟、完善

19、與精煉,最終于1987年推出第3版,確定測定方法為109個。(2特點及要點。109個方法全部是標準方法。這109個方法是由ISC組織一批專家(實驗室進行函審,使其由原來所處的試行(或推薦的標準方法,全部升格為正式的標準方法,這就是ISC系列空氣采樣與分析方法第3版。這套標準方法估計從頒布之日起,在20年內(nèi)不會有太大的變動。這套標準方法對中國乃至世界其他各國的空氣監(jiān)測都有較大的影響。第3版標準方法編排的結(jié)構(gòu)與第2版相同。第3版還是采用第2版的ISC100系列ISC 800系列的基本框架。它們是:100系列含碳化合物;200系列鹵素及含鹵素化合物;300系列金屬; 400系列無機氮化合物;500系

20、列顆粒物;600系列放射性;700系列含硫化合物;800系列車間空氣和生物樣品中化學(xué)物質(zhì)。第3版測定項目比第2版略有增加。第2版所規(guī)定的項目有200多個:有毒有機物120個左右;金屬29個;脂肪烴類(低分子量及十碳以上的約30個;光化學(xué)活性氣體(氮氧化物及氧化劑、鹵素、低分子脂肪醛類等10余個;此外還有胺類、腈化物、硫酸霧、鉻酸霧、光氣、惡臭氣體(硫化氫、甲硫醇、氨氣等、顆粒物的物理檢驗、放射性檢驗等項目以及6個常規(guī)項目。第3版所規(guī)定的測定項目達250個,其中新增項目是:以有機物為主,其中多環(huán)芳烴由12個增至16個,低分子量脂肪醛也由6個增至14個,同時還新增了建筑材料表面涂層揮發(fā)性有機物。在

21、無機物這一大類中主要新增了氨、亞硝酸鹽兩項。環(huán)境空氣中金屬的測定項目由第2版的15個增至29個,與第2版全部測定的金屬項目相同。第3版在分析測定和前處理方面應(yīng)用了新技術(shù)。80年代,AA法已經(jīng)成為金屬測定的首選方法。石墨爐-AA法在金屬測定中被廣泛應(yīng)用,靈敏度較火焰-AA法提高了103倍。對含金屬顆粒物樣品的前處理,應(yīng)用微波加熱-混合酸消解法。揮發(fā)性有機物的采樣、富集技術(shù)有了新的發(fā)展。進一步開拓了固體吸附劑吸附-熱解吸技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)的配套裝置已經(jīng)商品化,如PE公司生產(chǎn)的A TD-400型自動(吸附熱脫附儀。這套由固體吸附劑進行吸附、富集-熱解吸-冷阱捕集-加熱揮發(fā)-GC測定組成的分析測定系統(tǒng)

22、提高了空氣中揮發(fā)性有機物的分析水平,極大地改善了GC分析的重現(xiàn)性、檢測限。同時它還提高了工作效率,簡化了操作程序,降低了干擾,并為空氣中揮發(fā)性有機物的自動監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)。對于含有半揮發(fā)性有機物(如多環(huán)芳烴的顆粒物樣品的前處理,其主要改進是應(yīng)用超聲波提取技術(shù)。在許多情況下,超聲波提取技術(shù)比索氏提取技術(shù)效率高、速度快、空白值低,并減少了溶劑消耗和二次污染。此外還采用了一些硫的測定新技術(shù):如氣體中的SO2應(yīng)用脈沖熒光法;大氣顆粒物中的硫應(yīng)用X 射線熒光法。(3應(yīng)用范圍及局限性。應(yīng)用范圍。ISC系列第3版應(yīng)用范圍很廣,它不僅適用于環(huán)境空氣、車間空氣的分析測定,還可應(yīng)用于生物樣品(含人體血樣、尿樣、污染

23、源廢氣的采樣及分析測定,目標化合物的檢測范圍為L/m3L/m3,跨度達6個數(shù)量級。局限性。該系列所能夠分析測定的環(huán)境中有毒有機物,特別是具有“三致”毒性、光化學(xué)活性的有機物的種類和數(shù)量較少。這方面與EPA T01 T14系列相比,相差甚遠。(4所處的位置。ISC系列第3版自1987年頒發(fā)后與EPA T01 T14系列并駕齊驅(qū),相互補償。但隨著1990年“清潔空氣法”的頒發(fā)和空氣中189種優(yōu)先控制污61染物清單的公布,有毒有機物的監(jiān)測和控制即成為環(huán)境空氣監(jiān)測的重點,EPA T01T14系列的地位越發(fā)重要,且起主導(dǎo)作用。ISC系列第3版在環(huán)境空氣有毒有機物監(jiān)測領(lǐng)域已經(jīng)無法與EPA T01 T14系

24、列相抗衡,正逐步退出歷史舞臺。(5QA/QC的進展。ISC系列第3版的QA/QC理論上更加系統(tǒng)化、完整化;質(zhì)量保證的措施和技術(shù)支持條件的規(guī)定更加具體、規(guī)范與配套;全過程的QC程序進一步完善和加強。理論上更加系統(tǒng)化和完整化。第3版中,質(zhì)量控制理論更加系統(tǒng)化、完整化。第3版進一步闡明了質(zhì)量控制的基本原理和根本目的(采取一系列質(zhì)量保證措施,嚴格執(zhí)行全過程的質(zhì)量控制程序,最終把誤差控制在方法性能所允許的范圍內(nèi),確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量,進一步強調(diào)了質(zhì)量控制是通過質(zhì)量控制程序來實施的,強調(diào)了設(shè)計質(zhì)量控制程序的基本依據(jù)和質(zhì)量控制程序的基本內(nèi)容,還進一步明確了空氣監(jiān)測全過程質(zhì)量控制程序的概念、實驗室間協(xié)作研究的概念、

25、質(zhì)量控制圖的概念,總結(jié)了實驗室內(nèi)質(zhì)量控制程序的要點,充實了設(shè)計和評價質(zhì)量控制程序應(yīng)考慮的七大要素,以及影響質(zhì)量控制的六大手工操作的一些具體內(nèi)容。規(guī)定的技術(shù)支持條件和措施更加具體。第3版認真總結(jié)了質(zhì)量保證的經(jīng)驗,進一步完善了質(zhì)量保證的一系列措施,嚴格規(guī)定和進一步完善了質(zhì)量保證的各種技術(shù)支持條件。A規(guī)定了采樣儀器與分析測定儀器的性能、技術(shù)指標以及如何對它們進行選用、校準、操作;規(guī)定了采樣計劃的制定原則和采樣的操作步驟;規(guī)定了分析測定方案的確定原則。B規(guī)定了特殊設(shè)備及其他輔助設(shè)備(包括玻璃器皿的選用、校準和操作原則。C規(guī)定了所需物質(zhì)條件(標準氣體、其他標準物質(zhì)、化學(xué)試劑等的選擇標準。D規(guī)定了樣品的貯存、運輸、制備與前處理的要求和操作步驟。E數(shù)據(jù)記錄與處理的規(guī)定。全過程的QC程序進一步完善、充實。第3版進一步明確了空氣監(jiān)測全過程的