环境自动监测技术与设备的发展动态

2013-08-05 13:26:58来源: 21ic
1、前言

目前,我国重点城市已在利用建立的环境空气质量自动监测系统开展环境空气质量日报或预报工作。2000年,开始实施130个城市的环境空气质量监测系统的建设项目。与此同时,随着污染物排放总量制度的实施,各地相继开始建设污染源在线自动监测系统(重点废气排放源和重点污水排放源)。自1999年以来,国家已先后在七大水系的十个重点流域建成了42个地表水水质自动监测系统,黑龙江、广东、江苏和山东等省也相继建成了10个地表水水质自动监测系统。目前,国家环保总局正利用世行贷款启动重点流域30个地表水水质自动监测系统的建设项目。

2、环境空气质量自动监测系统

环境空气质量自动监测系统是一套自动监测仪器为核心的自动“测-控”系统。空气质量的自动监测系统一般采用湿法和干法两种方式。湿法的测量原理是库仑法和电导法等,需要大量试剂,存在试剂调整和废液处理等问题,操作繁琐,故障率高,维护量大。该法以日本为主,但自1996年起,日本在法定的测量方法中增加了干式测量原理,湿法现已处于淘汰阶段。

干法基于物理光学测量原理,使样品始终保持在气体状态,没有试剂的损耗,维护量较小。干法以欧美国家为主,代表了目前的发展趋势。

2.1系统的结构

干法监测子站主要由样品采集、空气自动分析仪、气象参数传感器、动态自动校准系统、数据采集和传输系统以及条件保证系统等组成。

2.1.1大气污染物自动分析仪

SO2自动分析仪:基于SO2分子接收紫外线(214nm)能量成为激发态分子,在返回基态时,发出特征荧光,由光电倍增管将荧光强度信号转换成电信号,通过电压/频率转换成数字信号送给CPU进行数据处理。当SO2浓度较低,激发光程较短且背景为空气时,荧光强度与SO2浓度成正比。采用空气除烃器可消除多环芳烃(PAHs)对测量的干扰。

NOx自动分析仪:NO与O3发生反应生成激发态的NO2*,在返回基态时发射特征光,发光强度与NO浓度成正比。NO2不与O3发生反应,可通过钼催化还原反应(315℃)将NO2转换成NO后进行测量。如果样气通过钼转换器进入反应管,则测量的是NOx,NOx与NO浓度之差即为NO2。

O3自动分析仪:利用O3分子吸收射入中空玻璃管的254nm的紫外光,测量样气的出射光强。通过电磁阀的切换,测量涤除O3后的标气的出射光强。二者之比遵循比尔-朗伯公式,据此可得到O3浓度值。

PM10自动分析仪(β射线法):仪器利用恒流抽气泵进行采样,大气中的悬浮颗粒被吸附在β源和盖革计数器之间的滤纸表面,抽气前后盖革计数器计数值的改变反映了滤纸上吸附灰尘的质量,由此可以得到单位体积空气中悬浮颗粒的浓度。

对自动分析仪的自动校准通过动态自动校准系统完成,该系统包括动态自动校准仪、零气发生器、标准气源。

目前,我国尚未出台各主要大气自动分析仪的技术条件要求,表1是中国环境监测总站验收DASIBI公司产品时的验收标准。美国EPA对自动分析仪的性能指标要求(40CFRPART53)见表2。

表1DASIBI公司产品的验收标准

表2美国EPA对大气自动分析仪的技术性能要求

2.1.2中心站系统软件的要求

主要包括数据采集与处理功能、报警及诊断功能、远程测控功能、可扩展性等。

2.2国内运行的环境空气自动监测系统的现状

目前,我国正在运行的空气质量自动监测系统主要为以干法仪器为主,一台设备测量一个或最多两个参数的引进设备。安装形式主要有两类:固定站房式和车载式。主要供货商包括:(1)美国热电子公司(ThermoElectron公司);(2)美国API公司(API公司);(3)美国MONITOR公司;(4)美国DASIBI公司;(5)美国ESC公司;(6)法国ESA公司(如:重庆市)和法国SERES公司;(7)个别城市(如:贵阳市)采用日本DDK公司、HORIBA公司、岛津公司的产品。

国内大部分空气质量自动监测系统基本上采用传统的专用数据采集传输系统,工作原理是利用子站的分析仪器直接测量空气中的污染物,测定结果(浓度值)经量程设定转换成模拟量后输入数据采集器,如:8800系统(ESC制造、API公司采用)、8001系统(美国DASIBI公司采用)、6002系统(TE公司采用)、SAM32系统(法国ESA公司采用)。数据采集器对所采集的数据进行分类保存,中心站的微机通过调制解调器(MODEM)用拨号方式与子站连通并下载采集器中的数据,利用报表软件对所获得的数据进行编辑处理。这种系统结构简单、造价低(约50万元/子站),但可扩展性和测控能力有限。如:校准只能通过内标源和简单的零系统定时进行零点校准和单点校准。

美国API公司比较完整的能够进行多点校准的典型的全干法系统的基本配置包括:气象参数测量与变换器(风速、风向、温湿度、气压),动态多点校准仪(700系统),采样系统,进样阀门切换控制系统,O3、SO2、NOx、CO、THC-CH4等测量仪器系统,PM10测量系统,记录仪等。系统控制器为8800系统。

2.3DOAS大气环境质量监测系统

近年来,国内部分城市引进了瑞典OPSIS公司、美国TE公司或法国ESA公司的基于差分光谱法(也称长光程法)原理的设备来代替SO2、NO2、O3等参数的测量。这类设备由于除了一台设备能够分时测量以上三个主要参数外还能测量如:THC、CH4、n-MHC、BTX等有机污染参数,因此受到一些用户的青睐。

DOAS大气环境质量监测系统(DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy)是一种长光程空气质量监测技术,光源为高压Xe灯,由抛物反射镜准直成平行光出射,经过100m甚至1,000m的长光程,由接收端抛物反射镜将光汇聚耦合进入光纤,通过光纤导入光栅分光系统,在出射狭缝处用光电倍增管探测,得到吸收光谱。吸收光谱包含了大量来自大气分子、气溶胶的散射,灯光谱起伏、反射镜的光谱选择性等造成的宽光谱结构,通过对吸收光谱进行高阶多项式拟合,用原吸收光谱除以多项式拟合曲线获得吸收分子的特征差分光谱,去除宽带成分影响,将差分吸收光谱与实验室获得的吸收分子的标准浓度的参考光谱进行拟合,计算出浓度。由于该系统采用线采样,采样代表性较传统的点式有较大的改善,方法于90年代初开始用于空气质量监测,目前在欧洲得到了较广泛的应用。

八十年代以来,美国、德国、瑞典、法国等国均研制成功了基于常规光源的长光程吸收光谱仪器,并相继用于城市大气污染的常规监测中。由于DOAS监测方法采用线采样,样品的代表性明显提高,有利于对空气质量的表征。利用差分技术可消除大气湍流对信号的影响、不同污染物之间的干扰和湿度、气溶胶的干扰。设备升级简便快速,系统软件操作方便,能够满足连续监测和实时处理的要求;通过Enviman或Report软件方便地进行小时均值、日均值、月均值和年均值的统计分析和监测报告,整个系统具有较强的可操作性。系统能够进行远程登录、远程维护、远程控制和分析仪参数调整,并实现局域网内数据共享。仪器维护方便,耗电少,运行费用低。
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关键字:环境自动监测  自动分析仪  在线分析

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0805/article_7654.html
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