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天津开发区环境保护监测机构为区环境保护监测站（简称监测站）。监测站成立于1989年，隶属区环境保护局；此前区域环境监测委托天津市监测站和塘沽区监测站完成，自1990年始区域环境监测由监测站完成。
  2003年，开发区推行事业单位改革，区编制委员会批复监测站为独立事业法人单位，编制12人（2013年增编1人），实行财政全额预算，其管理和业务指导部门为环境保护局。
  2001—2010年，监测站内设机构为办公室、监测室；监测室设大气环境监测组、水环境监测组。监测站具有省级计量认证资质。2010年，监测站拥有高级职称技术人员1人，中级职称技术人员5人，全部持证上岗。
  监测站坚持“以制度促管理”，建立健全管理制度并着力抓好落实。监测站基于“岗位是部门的组织‘细胞’和工作‘基础’”的理念，将完善实施岗位责任制作为管理工作的核心内容，使管理工作得到明显加强。监测站建立和落实岗位责任制，主要抓住3个环节：实行“全覆盖”。监测站设站长（兼法人）、副站长、质量负责人、技术负责人、办公室负责人、水环境监测室负责人、大气环境监测室负责人、内审员、质量监督员、仪器设备管理员、样品管理员、档案管理员、药品及玻璃器皿管理员、标准物质管理员、数据上报人员、环境空气自动监督站管理员、水质在线自动监测站管理员、数据库管理员、剧毒化学品管理员、废液管理员、报告编制人员、文件管理员、计算机管理员等20余个岗位，每个岗位均建立并实施岗位责任制，无一遗漏；坚持高标准。将每个岗位责任制均作为整个环境和质量管理体系的组成部分，讲求科学性、先进性，对岗位目标、岗位“应知应会”、岗位操作程序、岗位达标要求等给予具体规定；不断抓落实。监测站负责人对各个岗位人员执行责任制情况严格检查，查问题，找原因，进行岗位整改，促进岗位责任制落实。
  2001年，监测站调整工作思路，变“被动应急”为“主动建议”，扩大环境监测覆盖面，确保监测准确性、真实性，实行监测与分析、建议相结合，从监测数字中查找问题和原因，向管委会提出改进环境保护工作的合理化建议，使监测成果成为领导作出环境保护重要决策的科学依据。是年，建立“投诉——执法——监测联动”工作机制，使监测成为执法的可靠依据，使企业和群众投诉的环境保护问题能够得到迅速解决。
  监测站坚持对区域环境质量进行严格监测。2001—2005年，着力加强对企业、群众投诉问题和污染源的有效监督，及时发现问题，提供依据，促进早日解决。2001年，环境保护部门接收投诉87件，其中主要为餐饮、娱乐业油烟排放和噪音扰民问题。监测站及时进行监测，为开展相关整治活动提供数据依据。2002年，对区域空气、噪音、水源地水质、污水处理厂排水以及300余家企业污染物排放进行定期或不定期监测。全年共完成监测数据2823项次，并及时分析、公布沙尘暴引起的环境质量变化，为企业生产、居民生活提供帮助。2003年，完成污水监测数据近2000项次，大气监测数据近百项次，噪音监测数据近800项次，为有针对性地开展环境管理提供可靠依据。2004年，进一步明确监测工作要为环境管理提供充实的基础性材料。是年，共完成环境监测数据逾3000项次，其中饮用水水源地监测数据319项次、污水处理厂及污水排放口监测数据757项次。2005年，加强影响区域空气质量首要污染物——可吸入颗粒物的监测，加强对北排明渠入海口主要水质指标的监测，加强对施工噪声、交通噪声、餐饮服务业噪声的监测，把握监测工作的源头和重点，提升监测质量。
  2004年，天津开发区被批准创建首批国家生态工业示范园区（2008年成为首批国家生态工业示范园区）；2005年，天津开发区申请入选“国家首批循环经济试点园区”获批，翌年《天津经济技术开发区循环经济试点工作实施方案》获批。2005—2010年，监测站注重监测工作服务于国家生态工业示范园区、国家循环经济试点园区创建。2005年，监测站通过天津市二级监测站验收。2006年，监测站加强环境监测基础能力建设，不断提高环境监测水平。是年，监测站通过天津市环保局二级站标准化建设验收；按照标准化要求，建设高素质环境监测队伍，并投入162万元资金更新、配备基本仪器、专项仪器和应急监测设备，满足各项监测需求。2007年，监测站着力进行道路扬尘、施工扬尘、汽车尾气、煤烟污染、工业污染等专项监测，为管委会开展的旨在提升环境空气质量的“蓝天工程”提供翔实的数据。2008年，加强空气、水、声环境质量监测，特别是增加水环境质量监测项次，并对监测结果进行分析，查找原因，谋划举措，为水环境治理提出建议。是年，饮用水水源地监测319项次，东区污水厂出口监测254项次，东区污水排海口监测208项次，西区污水厂出口监测147项次，汉沽现代产业区污水厂出口监测113项次，污染源排放监测1176项次，并归纳出达标项次、达标率、超标物质，助推专项整治。2009年，监测站着力开展“能力建设”，区域环境监测水平得到显著提升。是年，基本完成区域环境监控预警系统建设，安装视频监控点设备5个、自动监控点位数据采集仪45个，完善环境风险源信息管理，实现对东区、西区、微电子工业区、逸仙科学工业园、汉沽现代产业区市控、区控两级重点污染源监测全覆盖。开展应急监测能力建设，应急监测仪器全部采购到位并进行验收和相关人员操作培训，编制各类环境监测结果的数据系统，实现环境监测从采样到报告制作全过程的数字化管理。监测站注重监测数据管理系统建设，建成天津市首个实验室监测数据管理系统（数据库）。该系统能够实现从监测任务下达、现场采样、样品交接、实验室分析、到报告生成的自动化流转，并实现实验室原始数据录入、计算、数据汇总（至报告）、数据审核、质控管理的自动化管理，还能做到对外互联网监测数据的发布和查询。2010年，加强自动监控监测能力建设，不断提高环境应急响应速度和处置能力。是年，环境监控预警系统运行良好，监控范围覆盖区域工业污水、地表水、污水处理厂出水、锅炉烟气、环境空气、污染源噪声等项目，初步形成区域全方位在线实时环境监测；数字化环境监测系统基本建成，完善监测站实验室数据处理和管理系统软件，更新、充实污染源应急监测地理信息系统中的企业信息；针对可能发生的环境应急事故进行应急监测设备操作演练，提高应急监测能力。监测站建有质量管理体系。至2010年，逾80％业务量的监测数据和质量管理工作实现数据库管理。按质量管理职能分配，监测站有最高管理者（站长）1名，质量负责人1名，技术负责人1名，质量监督员3名（兼职），内审员3名（兼职）。对仪器管理员、样品管理员、文件管理员等重要岗位实行任命制。各岗位职责明确，具备相应的资质。
  2001—2010年，天津开发区环境质量自动监测站建设快速发展。10年间，建成环境空气质量自动监测站2个，加上2000年建成的1个，天津开发区共有环境空气质量自动监测站3个。1号环境空气质量自动监测站2000年建成并投入使用，位于东区泰丰公园内，为国家环境空气自动监测点位。该站历经多次升级和设备更换，2013年具备对环境空气中PM2.5、PM10、NO?、O?、CO浓度及气象参数的监测能力。2号环境空气质量自动监测站2005年建成并运行，坐落天安药业公司厂区内，与位于泰丰公园内的1号站遥相呼应、相互配合，既加大监测覆盖面，又可对两站监测数据进行比对、优化，提高全区环境空气质量数据分析的准确性和代表性，使区域环境空气质量监测整体水平进一步提高。该自动监测站的核心部分——空气质量自动监测系统由气体分析仪、测尘仪、校准仪、气象监测系统及数据采集器等组成，可对环境空气质量进行24小时连续监测，并能测定二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氮氧化物、一氧化碳、臭氧和可吸入颗粒物（PM10、PM2.5）等7项污染因子及气温、气压、湿度、风向、风速等5个气象参数，其数据有效性符合国家标准要求。该系统选用美国热电子环境仪器公司和美国安普公司的设备，其中环境颗粒物监测仪采用国际上最为先进的振荡天平法，使分析结果更为准确可靠。与1号站相同，该站的监测数据可以随时通过电话线传输到区监测站微机中，区监测站微机再利用功能丰富的软件完成环境日报、周报、月报、季报、年报等数据报告，并可制作出API指数（空气污染指数）图表、环境空气质量报告等，最终借助媒体向公众发布区域环境空气质量信息。2010年，西区环境空气质量自动监测站建成并运行，该站具备监测PM2.5、PM10、NO?、O?、CO浓度及气象参数的能力。
  至2010年末，天津开发区共有水环境质量自动监测站6个，均系2009年所建，6个点位选自东区和西区，分别设在：东区自来水厂引滦水入口；排海口北排明渠泵站（位东区）；西区景观渠消防队；西区景观渠污水处理厂；西区东北组团泵站；西区中南组团泵站。6个水环境质量自动监测站投入运作，对监控区域排海污水、地表水污染及各企业团组污水水质提供客观依据。