環(huán)境自動(dòng)監測技術(shù)與設備的發(fā)展動(dòng)態(tài)
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目前，我國重點(diǎn)城市已在利用建立的環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監測系統開(kāi)展環(huán)境空氣質(zhì)量日報或預報工作。2000年，開(kāi)始實(shí)施130個(gè)城市的環(huán)境空氣質(zhì)量監測系統的建設項目。與此同時(shí)，隨著(zhù)污染物排放總量制度的實(shí)施，各地相繼開(kāi)始建設污染源在線(xiàn)自動(dòng)監測系統(重點(diǎn)廢氣排放源和重點(diǎn)污水排放源)。自1999年以來(lái)，國家已先后在七大水系的十個(gè)重點(diǎn)流域建成了42個(gè)地表水水質(zhì)自動(dòng)監測系統，黑龍江、廣東、江蘇和山東等省也相繼建成了10個(gè)地表水水質(zhì)自動(dòng)監測系統。目前，國家環(huán)?？偩终檬佬匈J款啟動(dòng)重點(diǎn)流域30個(gè)地表水水質(zhì)自動(dòng)監測系統的建設項目。
2、環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監測系統
環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監測系統是一套自動(dòng)監測儀器為核心的自動(dòng)“測-控”系統?？諝赓|(zhì)量的自動(dòng)監測系統一般采用濕法和干法兩種方式。濕法的測量原理是庫侖法和電導法等，需要大量試劑，存在試劑調整和廢液處理等問(wèn)題，操作繁瑣，故障率高，維護量大。該法以日本為主，但自1996年起，日本在法定的測量方法中增加了干式測量原理，濕法現已處于淘汰階段。
干法基于物理光學(xué)測量原理，使樣品始終保持在氣體狀態(tài)，沒(méi)有試劑的損耗，維護量較小。干法以歐美國家為主，代表了目前的發(fā)展趨勢。
2.1系統的結構
干法監測子站主要由樣品采集、空氣自動(dòng)分析儀、氣象參數傳感器、動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準系統、數據采集和傳輸系統以及條件保證系統等組成。
2.1.1大氣污染物自動(dòng)分析儀
SO2自動(dòng)分析儀：基于SO2分子接收紫外線(xiàn)(214nm)能量成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時(shí)，發(fā)出特征熒光，由光電倍增管將熒光強度信號轉換成電信號，通過(guò)電壓/頻率轉換成數字信號送給CPU進(jìn)行數據處理。當SO2濃度較低，激發(fā)光程較短且背景為空氣時(shí)，熒光強度與SO2濃度成正比。采用空氣除烴器可消除多環(huán)芳烴(PAHs)對測量的干擾。
NOx自動(dòng)分析儀：NO與O3發(fā)生反應生成激發(fā)態(tài)的NO2*，在返回基態(tài)時(shí)發(fā)射特征光，發(fā)光強度與NO濃度成正比。NO2不與O3發(fā)生反應，可通過(guò)鉬催化還原反應(315℃)將NO2轉換成NO后進(jìn)行測量。如果樣氣通過(guò)鉬轉換器進(jìn)入反應管，則測量的是NOx，NOx與NO濃度之差即為NO2。
O3自動(dòng)分析儀：利用O3分子吸收射入中空玻璃管的254nm的紫外光，測量樣氣的出射光強。通過(guò)電磁閥的切換，測量滌除O3后的標氣的出射光強。二者之比遵循比爾-朗伯公式，據此可得到O3濃度值。
PM10自動(dòng)分析儀(β射線(xiàn)法)：儀器利用恒流抽氣泵進(jìn)行采樣，大氣中的懸浮顆粒被吸附在β源和蓋革計數器之間的濾紙表面，抽氣前后蓋革計數器計數值的改變反映了濾紙上吸附灰塵的質(zhì)量，由此可以得到單位體積空氣中懸浮顆粒的濃度。
對自動(dòng)分析儀的自動(dòng)校準通過(guò)動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準系統完成，該系統包括動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準儀、零氣發(fā)生器、標準氣源。
目前，我國尚未出臺各主要大氣自動(dòng)分析儀的技術(shù)條件要求，表1是中國環(huán)境監測總站驗收DASIBI公司產(chǎn)品時(shí)的驗收標準。美國EPA對自動(dòng)分析儀的性能指標要求(40CFRPART53)見(jiàn)表2。
表1DASIBI公司產(chǎn)品的驗收標準 
表2美國EPA對大氣自動(dòng)分析儀的技術(shù)性能要求 
主要包括數據采集與處理功能、報警及診斷功能、遠程測控功能、可擴展性等。
2.2國內運行的環(huán)境空氣自動(dòng)監測系統的現狀
目前，我國正在運行的空氣質(zhì)量自動(dòng)監測系統主要為以干法儀器為主，一臺設備測量一個(gè)或最多兩個(gè)參數的引進(jìn)設備。安裝形式主要有兩類(lèi)：固定站房式和車(chē)載式。主要供貨商包括：(1)美國熱電子公司(ThermoElectron公司)；(2)美國API公司(API公司)；(3)美國MONITOR公司；(4)美國DASIBI公司；(5)美國ESC公司；(6)法國ESA公司(如：重慶市)和法國SERES公司；(7)個(gè)別城市(如：貴陽(yáng)市)采用日本DDK公司、HORIBA公司、島津公司的產(chǎn)品。
國內大部分空氣質(zhì)量自動(dòng)監測系統基本上采用傳統的專(zhuān)用數據采集傳輸系統，工作原理是利用子站的分析儀器直接測量空氣中的污染物，測定結果(濃度值)經(jīng)量程設定轉換成模擬量后輸入數據采集器，如：8800系統(ESC制造、API公司采用)、8001系統(美國DASIBI公司采用)、6002系統(TE公司采用)、SAM32系統(法國ESA公司采用)。數據采集器對所采集的數據進(jìn)行分類(lèi)保存，中心站的微機通過(guò)調制解調器(MODEM)用撥號方式與子站連通并下載采集器中的數據，利用報表軟件對所獲得的數據進(jìn)行編輯處理。這種系統結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低(約50萬(wàn)元/子站)，但可擴展性和測控能力有限。如：校準只能通過(guò)內標源和簡(jiǎn)單的零系統定時(shí)進(jìn)行零點(diǎn)校準和單點(diǎn)校準。
美國API公司比較完整的能夠進(jìn)行多點(diǎn)校準的典型的全干法系統的基本配置包括：氣象參數測量與變換器(風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、氣壓)，動(dòng)態(tài)多點(diǎn)校準儀(700系統)，采樣系統，進(jìn)樣閥門(mén)切換控制系統，O3、SO2、NOx、CO、THC-CH4等測量?jì)x器系統，PM10測量系統，記錄儀等。系統控制器為8800系統。
2.3DOAS大氣環(huán)境質(zhì)量監測系統
近年來(lái)，國內部分城市引進(jìn)了瑞典OPSIS公司、美國TE公司或法國ESA公司的基于差分光譜法(也稱(chēng)長(cháng)光程法)原理的設備來(lái)代替SO2、NO2、O3等參數的測量。這類(lèi)設備由于除了一臺設備能夠分時(shí)測量以上三個(gè)主要參數外還能測量如：THC、CH4、n-MHC、BTX等有機污染參數，因此受到一些用戶(hù)的青睞。
DOAS大氣環(huán)境質(zhì)量監測系統(DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy)是一種長(cháng)光程空氣質(zhì)量監測技術(shù)，光源為高壓Xe燈，由拋物反射鏡準直成平行光出射，經(jīng)過(guò)100m甚至1,000m的長(cháng)光程，由接收端拋物反射鏡將光匯聚耦合進(jìn)入光纖，通過(guò)光纖導入光柵分光系統，在出射狹縫處用光電倍增管探測，得到吸收光譜。吸收光譜包含了大量來(lái)自大氣分子、氣溶膠的散射，燈光譜起伏、反射鏡的光譜選擇性等造成的寬光譜結構，通過(guò)對吸收光譜進(jìn)行高階多項式擬合，用原吸收光譜除以多項式擬合曲線(xiàn)獲得吸收分子的特征差分光譜，去除寬帶成分影響，將差分吸收光譜與實(shí)驗室獲得的吸收分子的標準濃度的參考光譜進(jìn)行擬合，計算出濃度。由于該系統采用線(xiàn)采樣，采樣代表性較傳統的點(diǎn)式有較大的改善，方法于90年代初開(kāi)始用于空氣質(zhì)量監測，目前在歐洲得到了較廣泛的應用。
八十年代以來(lái)，美國、德國、瑞典、法國等國均研制成功了基于常規光源的長(cháng)光程吸收光譜儀器，并相繼用于城市大氣污染的常規監測中。由于DOAS監測方法采用線(xiàn)采樣，樣品的代表性明顯提高，有利于對空氣質(zhì)量的表征。利用差分技術(shù)可消除大氣湍流對信號的影響、不同污染物之間的干擾和濕度、氣溶膠的干擾。設備升級簡(jiǎn)便快速，系統軟件操作方便，能夠滿(mǎn)足連續監測和實(shí)時(shí)處理的要求；通過(guò)Enviman或Report軟件方便地進(jìn)行小時(shí)均值、日均值、月均值和年均值的統計分析和監測報告，整個(gè)系統具有較強的可操作性。系統能夠進(jìn)行遠程登錄、遠程維護、遠程控制和分析儀參數調整，并實(shí)現局域網(wǎng)內數據共享。儀器維護方便，耗電少，運行費用低。
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