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1、第七章 环境污染自动监测,一空气污染连续自动监测系统的组成和功能1组成：,自动监测系统由一个中心站，若干个子站及信息传输系统组成。 1）监测中心站（总站） 2）固定监测站（子站）包括移动子站 3）数据及信息传输系统,2功能： 1）总站功能,有功能齐全、储存容量大的计算机，应用软件，电台，打印绘图等输出设备，以及数据存储设备。（1）定时收集各子站传来的监测数据和信息（2）处理储存这些数据，建立数据库（3）向子站发布工作指令（4）管理子站的监测工作,2）子站功能,有测定污染项目的自动监测仪、气象参数测量仪和环境微机和电台。（1）按预定项目进行监测（2）按一定时间间隔采集和处理监测数据（3）显示打印
2、和储存数据（4）接收工作指令，传送数据,3 ）信息传输系统功能,（1）储存数据（2）传输数据（3）按计算机预置方式进行分析,二监测项目和仪器1.监测项目,1）监测空气污染的子站监测项目分为两类：（1）气象参数：温度、湿度、大气压、风速、风向及日照量等。（2）污染参数： SO2 NOx CO O3 总烃 甲烷 非甲烷烃等,2) 空气污染自动监测系统的子站的测点分为两类：（1）I 类测点：监测数据要求存入国家环境数据库 测点五大气象参数和表9-1中所列的污染参数 (2) II类测点：监测数据由各省、市管理 测定项目可根据具体情况确定,2监测仪器 1）仪器装备,P451 图9-1 空气污染连续自动监
3、测系统子站内 仪器装备示意图,2）监测仪器必须具有下列功能,连续自动监测系统是在自动化监测仪器和计算机相结合的基础上建立的。（1）连续自动化（2）所测污染物的浓度以电信号大强度来表示（3）测定仪器响应速度要快，性能稳定。（4）灵敏、准确、可靠等性能,三空气污染连续自动监测仪1紫外荧光法测SO2,原理： 当用波长190-230nm脉冲紫外光照射空气样品时，则空气中SO2分子对其产生强烈吸收，被激发至激发态，即： SO2+hv1(220nm)SO2 激发态SO2分子不稳定，瞬间返回基态，发射出波峰为330nm的荧光 SO2SO2+hv2(330nm) 当SO2浓度较低，吸收光程很短时，发射的荧光强
4、度和SO2浓度成正比。 F=K(SO2)测量荧光强度，并与标准气样发射的荧光强度比较，即可得知空气中SO2浓度。,电导式SO2 监测仪,原理： 用稀的过氧化氢水溶液吸收空气中的二氧化硫，并发生氧化反应： SO2+H2O 2H+ SO32-SO32-+H2O2 SO42-+H2O,生成的硫酸根离子和氢离子，使吸收液电导率增加，测量电导率的变化，可得知二氧化硫的浓度,2化学发光法测NOx,原理： 化学发光反应是指某些化合物分子吸收化学能后，被激发到激发态，再由激发态返回基态时，以光量子形式释放出能量的现象。通过测量化学发光强度可对物质进行定量测定，这就是化学发光分析法。1) 测NO: NO+O3N
5、O2+O2 NO2NO2+hv 该反应的发射光谱在600-3200 nm范围内. 最大强度在1200 nm处。2) 测NO2: NONO 如气样先通过装有炭钼（或炭金、炭钯）催化剂的催化装置 2NO2 催化剂 2NO+O2 可测得NOx总量I=KNO,3. 紫外光度法测O3,原理： 基于O3对254nm附近的紫外光有特征吸收，根据吸光度确定空气中O3的浓度。 测出透过空气样的光强I和透过背景气的光强I0，根据I/I0值算出空气样O3的浓度。 连续或间歇自动测定空气中O3的仪器.紫外光度法O3监测仪应用最广，其次是化学发光法O3监测仪。,化学发光法测O3:,原理： 基于O3能与乙烯发生气相化学发
6、光反应， 即气样中O3与过量乙烯反应，生成激发态甲醛，而激发态甲醛分子瞬间返回基态，放出光量子，波长范围为300-6000 nm峰值波长为435 nm，其发光强度与O3浓度呈线性关系。 2 O3+2H2C=CH2 4HCHO+ O2 HCHO HCHO+hv =435nm,非色散红外线吸收法测CO,原理： 基于CO对红外光具有选择性吸收（吸收峰在4.5 um附近），在一定浓度范围内，其吸光度与CO浓度之间关系符合朗伯比尔定律，故可根据吸光度测定CO的浓度。,5.气相色谱法测总烃, 原理：基于氢火焰离子化检测器（FID)分别测定气样中的总烃和甲烷含量，两者之差即为非甲烷烃含量。 气相色谱仪中并联
7、了两根色谱柱： 一根是不锈钢螺旋空柱，用于测定总烃； 另一根是填充GDX-502担体的不锈钢柱，用于测定甲烷。,可吸入颗粒物的监测 B射线吸收法,B射线测定法的原理基于物质对B射线的吸收作用。 当B射线通过被测物质后，射线强度衰减程度与所透过物质的质量有关，而与物质的物理、化学性质无关。原理：它是通过测定清洁滤带（未采PM10）和采样滤带（已采PM10）对B射线吸收程度的差异来测定PM10量的。因为采集空气的体积是已知的，故可得知空气中PM10浓度。 m=1/K1/2 式中:1和2分别为等强度的B射线穿过清洁滤带和采PM10滤带后的强度； K质量吸收系数，cm2/mgm滤带单位面积上PM10质
8、量，mg / cm2设滤带采PM10部分的面积为S,采气体积为V,则空气中PM10浓度P为：P=m.S/V=S/V.K1/2,压电晶体差频法 P193,气样经切割器后，PM10颗粒物进入测量气室，在测量石英谐振器电极表面放电并沉积，除尘后的气样流经参比室内的石英谐振器排出。因参比石英谐振器没有除尘作用，当没用气样进入仪器时，两谐振器固有振荡频率相同，其差值f=0,无信号送入电子处理系统。当有气样进入仪器时，则测量石英谐振器因集尘而质量增加，使其振荡频率降低，两振荡器频率之差（f）经信号处理系统转换成PM10浓度并在数显屏幕上显示。 两振荡器频率之差与采集的PM10质量成正比。 f=Km f 参
9、比与测量振荡器频率之差 K 由石英晶体特性和温度等因素决定的常数 m 测量石英谐振器质量增值，即采集的PM10质量，mg 设空气中PM10浓度为P（mg/m3）， 采气流量为Q（m3/min）,采样时间为t(min) m=P.Q.t P=f/(K.Q.t)=A. f,四。兰州大学半干旱气候与环境观测站 1.基本介绍 (SACOL),兰州大学半干旱气候与环境观测站位于兰州东部夏官营镇兰州大学榆中校区海拔1965.8米的萃英山顶上(35.57N，104.08E)。 观测场占地约120亩，下垫面属于典型的黄土高原地貌，塬面梁峁基本为原生植被,受人类活动的影响较小，山顶的环境基本属于自然状态。 属温带
10、半干旱气候，年平均气温 6.7C，一月平均气温-8C，七月平均气温19C。年平均降雨量381.8毫米，相对湿度63%。山顶全年盛行西北和东南风，年平均风速约为1.6米/秒。全年日照时数2607.2小时左右。,2. SACOL样品采集,采集资料包括PM10质量浓度、黑碳气溶胶质量浓度等。大气成分仪器主要用来采集沙尘天气过程和背景大气情况下空气中的NOx和SO2等相关污染气体，积分浊度仪主要采集450、550、700nm三个观测波段气溶胶的散射系数。以上所有数据采样间隔均为每5分钟一次，且数据均经过气候站工作人员进行相关数据的质量控制与标定。,3. AQMS-9000环境大气质量监测系统,AQMS
11、-9000型环境大气质量监测系统是北京莫尼特尔环境公司利用美国Monitor Labs公司和澳大利亚Ecotech公司技术，并采用世界著名厂家的监测仪器组成的具有高性能化，高透明度，运行稳定可靠的环境大气质量自动监测系统。可提供实时环境大气质量监测的NO/NO2/NOx、CO、CO2、SO2、O3、碳氢化合物、空气粒子等污染参数和风速、风向、温度、相对湿度、大气压、降雨量、太阳辐射、净辐射等气象参数。,系统包括,监测站站体仪器柜采样方式分析仪校准系统气象传感器数据采集系统中心站的数据评估系统,大气质量监测站测量物质,NO/NO2/NOx SO2 O3 CO CO2 烃，碳氢化合物 尘 气象 等
12、,环境监测系统的组成,常用的分析仪,校准器,零气发生器和数据采集系统尺寸的大小和数量根据所安装的仪器设备而定,双联仪器柜,NO,NO2, NOX -化学发光法O3 紫外吸收法SO2 紫外荧光法CO 相关红外法烃-火焰离子法,大气环境分析器的监测方法,AQMS9000环境大气质量监测系统,USEPA认证等效测量方法 EQSA-0193-092紫外荧光法量程 0 - 20 ppm最低检测限: 0.5 ppb内部诊断& 测试功能远程和本地控制在分析仪器和9400记录器之间可进行数字通讯,ML9850B二氧化硫分析仪,ML/EC9850(B)型二氧化硫分析仪,ML/EC9850(B)型二氧化硫分析仪有
13、微机进行控制，采用紫外荧光原理，可以精确，可靠地对二氧化硫进行测量。,仪器对由温度、压力变化造成的影响自动进行修正。当紫外光照射SO2分子时，便激发出荧光，紫外光被一个参比检测器检测，而产生于SO2的荧光被光电倍增管（PMT)检测，这两个检测值通过一个典型的双通道技术获得，它可以使光强度变化、光路污染及PMT漂移的影响降到最小，在进行样气测量之前，用一个碳氢化合物过滤器除去有干扰的碳氢化合物。,USEPA认证等效测量方法 RFNA-1292-090化学发光法量程：0 - 20 ppm最低检测限: 0.5 ppb内部诊断& 测试功能远程和本地控制手动自动远程校准在分析仪器和9400记录器之间可进
14、行数字通讯,ML9841B NO/NO2/NOx分析仪,ML/EC9841(B)型氮氧化物分析仪,ML/EC9841(B)型氮氧化物分析仪由微机进行控制，采用化学发光法进行测量。可以精确、可靠的测量NO、NO2及NOX，量程范围0-50ppb0到-20ppm，最低检出限为0.4ppb。仪器对由温度、压力变化造成的影响自动进行补偿。,测量原理是NO分子与内置臭氧源产生的臭氧在反应室中进行反应时发出光子。工作时交换地将气样绕过或通过催化剂，在反应室里对NO进行测定，转化剂可使气体中的NO2转化为NO，交换测量后得到NO值及NOx值，而两者之差即为NO2值。,氮氧化物/氨分析仪,ML/EC9841A
15、型和B型氮氧化物分析仪是由微处理器控制的化学发光式分析仪，可提供精确、可靠及有效的监测一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）和总氮氧化物（NOX）。仪器对由温度、压力及流速变化造成的影响自动进行补偿，显示单位可以为ppm、ppb、或mg/m3、g/m3。ML/EC9841型的测量原理是，NO分子与内置臭氧源产生的臭氧在反应室中进行反应时发出光子。ML/EC9841采用单通道结构，具有最大的可靠性及最简便的操作。单反应室和光电倍增管（PMT）测定通过NO/O3反应产生的化学发光。样气进入仪器，被电磁阀交替切换，或通过钼转换炉，将NO2转换为NO，来测量NOX，或不通过钼转换炉，来测量NO，两读数进
16、行减法运算，可得出NO2值。,USEPA认证等效测量方法EQDA-0193-091紫外吸收法量程： 0 - 20 ppm最低检测限: 1 ppb内部诊断和 测试功能远程和本地控制内置臭氧发生器的零点/标度装置可校准仪器并检查仪器性能在分析仪器和9400记录器之间可进行数字通讯,ML9810B臭氧分析仪,臭氧分析仪,臭氧分析仪是一台紫外光度计，能准确而可靠地测定环境空气中的臭氧浓度。检测原理为紫外吸收法，测量时使用单个玻璃测量池体，分析仪的微处理器根据比尔-朗伯定律精确地计算出臭氧的浓度。,USEPA认证等效测量方法RFCA-0992-088相关红外法量程：0 - 200 ppm最低检测限: 0
17、.05 ppm内部诊断& 测试功能远程和本地控制手动自动远程校准在分析仪器和9400记录器之间可进行数字通讯,ML9830B一氧化碳分析仪,ML/EC9830(B)一氧化碳分析仪,ML/EC9830(B)一氧化碳分析仪由微处理器控制，采用非色散红外(NDIR)气体过滤相关光度测定法，精确稳定地测定一氧化碳。检测量程0-200ppm，最低检测限40ppb。仪器对由温度、压力变化造成的影响自动进行补偿。,仪器在旋转的气体过滤相关轮后边装有宽频带红外光源，相关轮有2个充气气室，一个气室充有CO气体，它除去所有由CO吸收的红外波长的能量，于是产生了一个参比光束，另一个气室充有氮气，它允许样气由CO吸收
18、的特定波长被测量到，在测量及参比周期中，固态检测器检测到红外能量之差，该差值与检测室中存在的CO成比例，这种方法消除了大部分其它一般红外仪器的光源漂移造成的影响。,ML/EC9830T型本底一氧化碳分析仪,ML/EC9830T型本底一氧化碳分析仪采用红外吸收相关（GFC）光学测量技术，仪器的工作原理是在红外波长4.67um时测定红外光度计的吸收率。在这个波长上监测本底级的CO浓度较为困难，因为有H2O和CO2的干扰，GFC技术的使用能使上述干扰降到最低。 ML/EC9830T能检测到大气中CO浓度在0 20000ppb范围内。最常用的CO本底测量范围是在25 350ppb之间（这个范围表示全球
19、环境大气的CO浓度在无污染状态）。,ML/EC9832H高浓度一氧化碳分析仪,ML/EC9832型一氧化碳分析仪由微处理器控制，采用红外吸收相关（GFC）光学测量技术，可精确、稳定地测量一氧化碳浓度，使CO2和H2O的干扰降到最小。仪器自动进行补偿由于气体的温度/压力变化造成的影响，并用ppm或mg/m3 显示。ML/EC9832分析仪专门为满足CEMS系统应用而设计，用来监测钢铁厂、热电厂、煤气厂、垃圾焚烧炉及工业锅炉等所排放的CO浓度。,ML/EC9820型二氧化碳分析仪,ML/EC9820型二氧化碳分析仪由微处理器控制，采用红外吸收相关（GFC）光学测量技术，可精确、稳定地测量二氧化碳浓
20、度，使CO和H2O的干扰降到最小。仪器自动进行补偿由于气体的温度/压力变化造成的影响。,PCF527型非甲烷总烃在线色谱分析 仪,FID检测器是一种碳原子计数器。样气在通过一个由氢气和空气（比例为1：10）产生的混合气体燃烧的微焰后，样气中Cx被氧化成CO，氧化过程中产生的电荷与样气中烃类的浓度成正比。浓度可以通过已知浓度的标准气体校准后通过计算得出。产生的电荷通过两个极化电极采集后通过电路转化成电信号输出。,PCF的527型总烃及非甲烷总烃气相色谱分析仪是用从总烃浓度减去甲烷浓度的方法来测量大气中可反应性烃类的浓度。因为接触反应的分离效果不是很理想，因此甲烷成分的分离是基于色谱技术得到的。,
21、Model 3563型积分浊度仪,主要用来研究气溶胶对大气的影响，它具备极高灵敏度。该仪器可用于对大气及实验室气溶胶光散射系数的短期及长期监测。它尤其适合于气候、能见度及空气质量有关的测定。,SACOL站上积分浑浊度仪（TSI Nephelometer）是三个波段，分别为：450、520、700nm是采用标准积分的几何原理来检测光散射衰减系数的一种能见度测定仪器。,多波段太阳光度计(CE-318),多波段太阳光度计(CE-318)，它有440、675、870nm等波段。是一种高精度太阳和天空辐射测量仪器，是AERONET测量气溶胶光学厚度AOD的国际标准仪器。,F701型射线颗粒物监测仪,安全
22、、稳定的C14放射源。无需进行活性衰变检测。射线的放射量很低， 许多国家应用无须特殊批准。自动零校对预先校准，无须做现场校准。质量流量控制样气的流率1m3/小时准确、可靠TSP，PM-10和PM2.5的测定。PM-10/PM-2.5测头通过美国EPA认证。可选在同一地点重复采样，采到的颗粒物可用做重金属分析 。RS-232串口，模拟输出口，状态信号。通过等效方法测试,Thermo RP 1400a 环境大气颗粒物监测仪粉尘测定仪,Thermo RP 1400a 环境大气颗粒物监测仪是以滤膜为基础实时连续测量气流中悬浮粒子质量的监测仪。 系统由两个主要部分组成: (1)TEOM传感器单元:包括采
23、样器和质量传感器。(2)TEOM控制单元:包括操作终端和控制电子系统。 TEOM 是锥形元件振荡微天平(Tapered Element Oscillating Microbalance)的缩写。 震荡微天平是个石英锥形管,其根部固定,可换式滤膜置于按自然震荡频率的锥形管顶端,震荡频率取决于锥形管的物理特性及滤膜质量,电子系统能连续监测此频率的变化。 当微粒聚集于滤膜上时,锥形管的自然震荡频率相应减少。根据质量和频率间的相关变化,微处理器能及时计算出滤膜上所累计颗粒物的总质量。,气象传感器,温度传感器 测量范围：-50+50 分辨率：0.1, 测量准确度：0.2 湿度传感器 测量范围：0100%
24、 分辨率：0.1%RH 测量准确度：3% 响应时间：15sec.（秒） 温度系数：0.05%RH/,气象传感器,气压传感器 测量范围：800hpa1100hpa 分辨率：1hpa。 测量准确度：1hpa风速传感器 测量范围：050m/sec. 分辨率：0.1m/sec 最低响应风速：0.3m/s 测量准确度：1.5% 风向传感器 测量方位：0360（以正北为基准） 分辨率：1 测量准确度：3 线性：5%,零点空气发生器,校准气体,气体稀释校准器,校准系统,工控机,控制终端,用于AQMS数据采集系统的工控机,GASCAL1000型气体校准器,可以进行单点或多点校准 高精度质量流量控制器 准确度+-1FS 零漂0.6年 再现性+-0.15FS 4个标气入口（8个可选） 4个稀释气出口（8个可选） 可选择用于气相滴定,BML9551型零气发生器,采用物理化学法多级过滤方式 前面板有去烃炉温度显示和设定前面板有输入输出气压指示和输出气压调节 去除NOx、SO2、CO、NMHC、CH4、 O3气体 流速：010slpm（0-20slpm可选）,
