第九章环境污染自动监测.ppt

第九章环境污染自动监测 第一节空气污染连续自动监测系统 一 系统的组成及功能 空气质量监测仪 污染源监测仪 气象监测仪 环境微机 电台 磁带机 打印机 电台 磁带读出机 打印机 绘图机 计算机 子站 中心站 图10 1系统组成方框图 网络 二 子站布设及监测项目 一 子站数目和站位选址决定于监测目的 监测网覆盖区域面积 地形地貌 气象条件 污染程度 人口数量及分布 国家的经济力量等因素 其数目可用经验法或统计法 模式法 综合优化法确定 经验法是常用的方法 包括人口数量法 功能区划分法 几何图形法等 上海市环境空气质量自动连续监测网络建于80年代初 至今已有二十多年历史 从最初5个子站发展壮大到现今40多个子站 多年的运行为长期跟踪上海市环境空气质量的变化积累了大量有用的数据和资料 为政府部门出台的一些重要的环保举措提供了重要的科学依据 在改善上海市大气环境质量的工作中起了重要作用 二 子站布设及监测项目 一 子站数目和站位选址 潍坊子站外景 四漂厂子站外景 二 监测项目 类点测定项目 类测点数据按要求进国家环境数据库 类测点数据由各省市管理 类测点测定温度 湿度 大气压 风向 风速五项气象参数和表中的污染参数 类测点的测定项目可根据具体情况确定 三 子站内的仪器装备 四 空气污染自动监测仪器 一 仪器选型 五 气象观测仪器空气污染状况与气象条件有着密切关系 因此 在进行污染物质监测的同时 往往还要进行气象观测 气象观测包括两部分 即地面常规气象观测和梯度观测 前者是对地面的气象参数进行观测 其观测项目有风向 风速 温度 湿度 气压 太阳辐射 雨量等 梯度观测是在一定高度气层内观测温度 风向 风速等随高度的变化情况 六 空气污染监测车空气污染监测车是装备有采样系统 污染物自动监测仪器 气象参数观测仪器 数据处理装置及其他辅助设备的汽车 它是一种流动监测站 也是地面空气自动监测系统的补充 可以随时开到发生污染事故的现场或可疑点采样测定 以便及时掌握污染情况 采取有效措施 第二节水污染连续自动监测系统 一 水污染连续自动监测系统的组成采水设备 水质污染监测仪器及附属设备 水文 气象参数测量仪器 微型计算机及无线电台 任务是对设定水质参数进行连续或间断自动监测 并将测得数据作必要处理 接受中心站的指令 将监测数据作短期贮存 并按中心站的调令 通过无线电传递系统传递给中心站 第二节水污染连续自动监测系统 一 水污染连续自动监测系统的组成 采水设备 网状过滤器 采水泵 送水管道 高位贮水槽 吸水泵 潜水泵 配置2套 定期清洗 压缩空气压缩喷射清洁水 超声波或化学试剂清洗 二 子站布设及监测项目表10 3水污染可自动监测的项目及方法 图10 15连续自动监测水质一般指标系统示意图 三 水污染连续自动监测仪器 一 水温监测仪器 图10 16水温自动测量原理示意图 图10 18pH连续自动测定原理示意图 三 pH监测仪 图10 19溶解氧连续自动测定原理示意图 四 溶解氧监测仪 五 浊度监测仪 图10 20表面散射式浊度自动监测仪工作原理示意图 六 高锰酸盐指数监测仪 图10 21电位滴定式高锰酸盐指数自动监测仪工作原理示意图 七 COD监测仪 图10 22COD自动监测仪测定流程示意图 九 总有机碳 TOC 监测仪 图10 24单通道TOC自动监测仪工作原理示意图 十 UV 紫外 吸收监测仪 图10 25UV吸收自动监测仪工作原理示意图 十一 其他污染物监测仪器测定水中污染物的自动监测仪器还有总氮 总磷 氨氮 氟化物 氰化物 六价铬 总需氧量 TOD 等的监测仪 四 水质污染监测船 水质污染监测船是一种水上流动的水质分析实验室 一般装备有水体 底质 浮游生物等采样系统或工具 连续自动监测录像 第三节污染源连续自动监测系统 一 水污染源连续自动监测系统 企业水污染源连续自动监测 指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置 被称为 烟气自动监控系统 亦称 烟气排放连续监测系统 或 烟气在线监测系统 1 CEMS介绍 二 大气污染源在线监测系统 CEMS系统 1 CEMS介绍 2CEMS适用范围 固体 液体为燃料或原料的火电厂锅炉 工业 民用锅炉 工业炉窑等固定污染源的烟气CEMS 生活垃圾焚烧炉 危险废物焚烧炉及以清洁能源为燃料的固定污染源的烟气CEMS可参照本技术规范执行 将原HJ T75规范中的适用范围由火电厂锅炉的烟气CEMS扩大到现有范围 HJ T75 2007 3CEMS安装 烟气CEMS安装目的大气污染源排放总量监控 按照国家或地方标准对大气污染源排放浓度实时监控 环保治理设施运行的监控 烟气CEMS安装位置每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS 烟气CEMS安装位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位 若一个固定污染源排气先通过多个烟道后进入该固定污染源的总排气管时 应尽可能将烟气CEMS安装在该固定污染源的总排气管上 不得只在其中的一个烟道上安装一套烟气CEMS 将测定值的倍数作为整个源的排放结果 但允许在每个烟道安装相同的烟气CEMS 汇总排放结果 4CEMS运行流程 5CEMS日常运行管理要求 日常巡检巡检频率 至少7天一次巡检项目 运行状况记录 系统校准 系统清洁和维护等日常维护保养保养内容保养周期故障的及时维修 大于72小时可用备用仪器替换校准和校验按质量保证要求定时定期进行校准时应进行全系统的标定 6CEMS日常运行质量保证 定期维护 定期校验 定期校准 责任主体 维护运营商 烟气CEMS失控数据的判别 比对监测 有效数据捕集率考核 环保主管部门 监测频率 每年至少一次 监测数据 颗粒物 流速 烟温至少3对 气态污染物至少6对 7CEMS系统应用举例 以某大型燃煤发电厂为例 讲解CEMS系统在企业中的应用 公司概况 拥有两台600MW沪产引进型亚临界燃煤发电机组 每台发电容量达到60万KW 发电机组排出的废气经过静电除尘 脱硫等工艺后采用CEMS系统进行在线监测 静电除尘装置 脱硫装置 7CEMS系统应用举例 企业采用的烟气连续监测系统结构见下图 由采样系统 数据采集 监测站房 数据输出等系统组成 7CEMS系统应用举例 采样口 采样系统 7CEMS系统应用举例 NOx分析仪 SO2分析仪 监测系统 监测站房 7CEMS系统应用举例 数据输出 7CEMS系统应用举例 第四节遥感监测技术遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测 是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息 对其进行识别 分析 判断的更高自动化程度的监测手段 它最重要的作用是不需要采样而直接可以进行区域性的跟踪测量 快速进行污染源的定点定位和污染范围的核定 如海洋石油污染 水域热污染等 以及生态环境状况调查等 对环境污染进行遥感监测的主要方法有摄影 红外扫描 相关光谱和激光雷达探测 一 摄影遥感技术摄影机是一种遥感装置 将其安装在飞机 卫星上对目标物进行拍照摄影 可以对土地利用 植被 水体 大气污染状况等进行监测 其原理基于上述目标物或现象对电磁波的反射特性有差异 用感光胶片感光记录就会得到不同颜色或色调的照片 遥感照片 土壤 植物和水体对电磁波的反射能力示意图 由图可见 水的反射能力是最弱的 当地表水挟带大量粘土颗粒进入河道后 由于天然水与颗粒物反射电磁波能力的差异 在摄影底片上未污染区与污染区之间呈现很强的黑白反差 当水中藻类繁生 叶绿素浓度增大时 会导致蓝光反射减弱和绿光反射增强 这种情况会在照相底片上反映出来 据此可大致判定大面积水体中叶绿素浓度发生的变化 未污染的海水与被石油污染的海水对电磁波反射能力差异大 水面油膜厚薄不同 反射电磁波的能力也有差异 这在照相底片上会呈现不同的色调或明暗程度 据此可判定被石油污染的水域范围和对海面油膜进行半定量分析 二 红外扫描遥测技术地球表面的各种受监测对象具有不同的温度 其辐射能量随之不同 温度愈高 辐射功率越强 辐射峰值的波长越短 红外扫描技术就是利用红外扫描仪接受监测对象的热辐射能 转换成电信号或其他形式的能量后 加以测量 获得它们的波长和强度 借以判断不同物质及其污染类型和污染程度 例如水体热污染 石油污染情况 森林火灾和病虫害 环境生态等 当热红外扫描仪的旋转镜头对准受检目标物表面扫描时 镜面将传来的辐射能反射聚焦在光敏元件上 光敏元件随受照光量不同 引起阻值变化 从而导致传导电流的变化 让此电流流过具有恒定电阻的灯泡时 则灯泡发光明暗度随电流大小变化 变化的光度又使照相胶片产生不同程度的曝光 这样便可得到能反映被检目标物情况的影像 三 相关光谱遥测技术相关光谱技术是基于物质分子对光吸收的原理并辅以相关技术的遥测方法 这种技术采用的吸收光为紫外光和可见光 故可利用自然光做光源 在一些特殊场合 也可采用人工光源 相关光谱法原理示意图 相关光谱遥测仪组件示意图 限于SO2为250 3l0nm NO为195 230nm NO2为420 450nm 三 相关光谱遥测技术 四 激光雷达遥测技术激光具有单色性好 方向性强和能量集中等优点 利用激光与物质作用产生的信息制作的传感器 具有灵敏度高 分辨率好 分析速度快 利用测定激光与监测对象作用后发生散射 发射 吸收等现象来实现的 将激光雷达装置的望远镜瞄准由烟囱口冒出的烟气 对发射后经米氏散射折返并聚焦到光电倍增管窗口的激光作强度检测 就可对烟气中烟尘量作出实时性遥测 当射向空气激光束与气态分子相遇时 则可能发生另两种分子散射作用而产生折返信号 一种是散射光频率与入射光频率相同的雷利散射 这种散射占绝大部分 另一种是约占1 以下的散射光频率与入射光频率相差很小的拉曼散射 应用拉曼散射原理制作的激光雷达可用于遥测空气中SO2 NO CO CO2 H2S和CH4等污染组分 因为不同组分都有各自的特定拉曼散射光谱 借此可进行定性分析 拉曼散射光的强度又与相应组分的浓度成正比 借此又可作定量分析 因为拉曼散射信号较弱 所以这种装置只适用于近距离 数百米范围内 或高浓度污染物的监测 四 激光雷达遥测技术 拉曼激光雷达系统示意图 五 用3S技术研究全球环境问题 遥感 RS 卫星遥感技术可以连续 大范围对不同空间的环境变化及生态问题进行动态观测 如海洋等大面积水体污染 大气中臭氧含量变化 环境灾害情况 城市生态及污染等 全球定位系统 GPS 全球定位系统可提供高精度地面定位方法 用于野外采样点定位 特别是海洋等大面积水体及沙漠地区的野外定点 地球信息系统 GIS 地理信息系统是一种功能强大的对各种空间信息在计算机平台上进行装载运送 处理及综合分析的工具 习题 P4952 4P49612 第五节简易监测方法 一 简易比色法用视力比较试样溶液或采样后的试纸与标准色列的颜色深度 以确定欲测组分含量的方法称为简易比色法 一 溶液比色法 表10 4溶液比色法测定空气污染物所用试剂及颜色变化 操作和所用仪器简单 且比色管长 液层厚度高 特别适用于浓度很低或颜色很浅的溶液的比色测定 二 试纸比色法 表10 5几种污染物质的比色试纸 试纸比色法简便 快速 便于携带 但测定误差大 只能作为一种半定量方法 三 植物酯酶片法测定蔬菜 水果上的有机磷农药当蔬菜 水果样品浸泡液中不含有机磷农药时 则依次加入酶片和底物后 底物迅速分解 样品浸泡液很快由橙色变为蓝色 否则 酶受有机磷农药抑制 底物分解变慢或不分解 导致浸泡液在较长时间内保持橙色不变或呈浅蓝色 故可通过与标准样品浸泡液中加入酶片和底物后变色情况比较 确定样品中有机磷农药含量 四 人工标准色列按照溶液或试纸与被测物质反应所呈现的颜色 用不易退色的试剂或有色塑料制成的对应于不同被测物质浓度的色阶 前者为溶液型色列 后者为固体型色列 图10 33人工标准色列 二 检气管法用适当试剂浸泡过的多孔颗粒状载体填充于玻璃管中制成 当被测气体以一定流速通过此管时 被测组分与试剂发生显色反应 根据生成有色化合物的颜色深度或填充柱的变色长度确定被测气体的浓度 一 载体的选择与处理化学惰性 质地牢固又能被破碎成一定大小的颗粒 呈白色 多孔性或表面粗糙 以便于观察显色情况 常用的是硅胶 素陶瓷 二 检气管的制备1 试剂和载体粒度的选择 增加试剂量可使变色柱长度缩短或颜色加深 而载体颗粒大 则抽气阻力小 变色柱增长 但界限不清楚 颗粒小 则抽气阻力大 变色柱长度缩短 但界限清楚 因此 应通过试验选择粒度大小合适的载体 2 填充载体的制备 先将试剂配成一定浓度的溶液 再将适量载体置于溶液中 不断地进行搅拌 使载体表面上均匀地吸附一层试剂溶液 然后 在适当的温度 视试剂性质而定 下 用蒸发或减压蒸发的方法除去溶剂 3 检气管的玻璃管及封装 玻璃管径要均匀 长度要一致 玻璃管用清洗液浸泡 洗净 烘干 将一端熔封 并用玻璃棉或塑料纤维塞紧 装入制备好的载体 填装时敲打管壁 使填充物压紧 防止管内形成气体通道而使变色界限不清 造成测定误差 填充后 用玻璃棉塞紧 在氧化焰上快速熔封 三 检气管的标定1 浓度标尺法以浓度对变色柱长度绘制标准曲线 图10 34标准曲线 根据标准曲线 取整数浓度的变色柱长度制成浓度标尺 供现场使用 图10 35浓度标尺示意