第十章 自动监测

第十章自动监测第1页，共94页，2023年，2月20日，星期四自动监测技术发展概述定点、定时人工采样测定难以反映污染物的动态变化。为及时获取污染物的变化信息，正确评价污染现状，研究污染物迁移和转化规律，必须采用连续自动监测技术。第2页，共94页，2023年，2月20日，星期四自动监测技术发展概述美国、英国、日本等饱尝了环境污染的危害，20世纪50年代开始建立区域性监测网，应用自动监测仪器。60年代已初具规模，并引入遥测技术。70年代在全国范围形成完整的全天候自动监测网，还开展了烟气连续自动监测工作。80年代进一步加强和完善，应用遥感、遥测等先进技术，进行大范围、大面积的水体和空气污染状况监测和预测、预报，自动监测仪器也不断更新、完善和规范化。第3页，共94页，2023年，2月20日，星期四自动监测技术发展概述我国在20世纪80年代开始建立自动监测站。到2000年，已有60多个城市建立了空气自动监测系统，在主要水系和水域重点断面建立了40个水质自动监测站，并开展了遥感遥测工作。第4页，共94页，2023年，2月20日，星期四自动监测技术发展概述采用自动监测仪器测定污染物质，具有准确、灵敏、选择性或分辨率好等优点，但其结构比较复杂，价格贵，有的仪器工作条件要求高，维护量大，并需要装在固定地方，普及应用困难。自动监测仪器不适宜农村及边远地区的应急监测，因此还需要发展测定简便快速、价格低廉、便于携带的简易监测仪器和技术，促进环境监测工作的广泛开展。第5页，共94页，2023年，2月20日，星期四第一节空气污染连续自动监测系统一、系统的组成及功能二、子站布设及监测项目三、子站内的仪器装备四、空气污染自动监测仪器五、气象观测仪器六、空气污染监测车第6页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、系统的组成及功能自动监测系统组成：一个中心站若干个子站信息传输系统系统连续运行，无人值守。子站分两类：一类是评价地区整体污染状况设置的，装备有污染物质自动监测仪、气象参数测量仪和环境微机等；另一类是为掌握污染源排放浓度设置的，装备有烟气污染组分监测仪、气象参数测量仪和环境微机等。第7页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、系统的组成及功能第8页，共94页，2023年，2月20日，星期四（1）监测中心站的主要功能：①向各个子站发出工作指令，管理子站的工作，如开机、停机、校对检测仪器等；②定时收集各子站的监测数据，并进行数据处理和统计检验；③打印各种报表，绘制污染分布图；④将各种监测数据贮存到磁盘或光盘上，建立数据库，以便随时检索或调用；⑤当发现污染指数超标时，向有关污染源行政管理部门发出警报，以便采取相应的对策。第9页，共94页，2023年，2月20日，星期四（2）监测子站（两类）的主要功能：①计算机按预定的监测项目进行监测；②按一定的时间间隔采集和处理监测数据；③将收集到的数据按不同的需要进行显示、打印和短期储存；④通过本站的无线电接受总站的工作并按总站的要求向总站传送检测数据。第10页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、子站布设及监测项目第11页，共94页，2023年，2月20日，星期四(一)子站数目和站位选址

监测子站的数目和地址的选择取决于监侧目的、监测范围和监测地区内的地形条件、气象条件和污染物分布情况。通常要求设在地理条件好、交通方便、水电设施齐备的地方。数目由经验法、统计法、模式法、综合优化法确定。

第三章介绍的采样点位的选择原则和要求也适用于子站站位的选择。第12页，共94页，2023年，2月20日，星期四选择子站位置应满足的条件

(1)代表性：数据能反映一定地区范围空气污染物的浓度水平及其波动范围，周围应无污染源、高大建筑物、树木干扰。(2)可比性：各子站的各种工作条件如测定方法、仪器、采样参数等，要求标准化、统一化，使获得的数据可比较。(3)满足仪器设备正常运转所需物质条件：如有足够的电力供应；有保暖和散热设施，便于维修等。第13页，共94页，2023年，2月20日，星期四（二）监测项目我国《环境监测技术规范》规定：空气自动监测系统的监测站分为I类测点和II类测点。

I类测点数据进国家环境数据库，II类测点数据由各省市管理。I类测点测定：温度、湿度、大气压、风向、风速五项气象参数和SO2、NOX、TSP、PM10等参数。II类测点的测定项目可根据具体情况确定。第14页，共94页，2023年，2月20日，星期四（二）监测项目第15页，共94页，2023年，2月20日，星期四

子站内装备有自动采样和预处理系统、污染物自动监测仪器及其校准设备、气象参数测量仪器、环境微机及其外围设备、信息收发及传输系统等。图10－2为某市地面空气连续自动监测系统子站仪器装备的框图。三、子站内的仪器装备第16页，共94页，2023年，2月20日，星期四三、子站内的仪器装备第17页，共94页，2023年，2月20日，星期四

四、空气污染自动监测仪器

（一）仪器选型空气污染自动监测仪器必须具有连续运转能力强、灵敏、准确、可靠等性能。干法仪器:结构简单，测定准确可靠，维护量小，一种仪器可以测定两种以上组分等特点。湿法仪器:复杂;干法仪器取代湿法仪器。下表列出美国、日本和我国采用的主要监测方法和监测仪器。

第18页，共94页，2023年，2月20日，星期四第19页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(二)二氧化硫监测仪

紫外荧光监测仪恒电流库仑滴定式SO2监测仪电导式SO2监测仪火焰光度法硫化物监测仪比色法硫化物监测仪第20页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.紫外脉冲荧光S02监测仪主要干扰物质是水分和芳香烃化合物。水的影响一方面是由于S02溶于水造成损失；另一方面由于SO2遇水发生荧光猝灭造成负误差，可用半透膜渗透法或反应室加热法除去。芳香烃化合物在190—230nm紫外光激发下也能发射荧光造成正误差，可用装有特殊吸附剂的过滤器预先除去。第21页，共94页，2023年，2月20日，星期四

2、火焰光度法硫化物自动监测仪第22页，共94页，2023年，2月20日，星期四3、比色法二氧化硫监测仪

将二氧化硫的比色测定方法实现了自动化。采用程序控制自动采样装置和自动加液计量装置，量取吸收液，采集定量气样，加入显色剂，进行比色测定。第23页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(三)氮氧化物监测仪化学发光法NOx

自动监测仪恒电流库仑滴定法NOx自动监测仪比色法NOx

自动监测仪第24页，共94页，2023年，2月20日，星期四1、化学发光法NOx监测仪的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。第25页，共94页，2023年，2月20日，星期四2、比色法NOx监测仪的工作原理第26页，共94页，2023年，2月20日，星期四(四)臭氧监测仪紫外光度法O3监测仪化学发光法O3监测仪

第27页，共94页，2023年，2月20日，星期四紫外吸收式O3分析仪原理第28页，共94页，2023年，2月20日，星期四(五)一氧化碳监测仪非色散红外吸收法CO监测仪电导式CO自动分析仪第29页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(六)总烃监测仪

气相色谱仪第30页，共94页，2023年，2月20日，星期四间歇式总烃自动测定仪工作原理图第31页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(七)可吸入颗粒物（PM10、飘尘）监测仪压电石英晶体飘尘测定仪β射线飘尘测定仪光散射飘尘浓度计第32页，共94页，2023年，2月20日，星期四光散射飘尘浓度计原理

原理：将一束平行可见光通过含有飘尘的大气，由于光线受到粒子的阻挡而发生光散射现象，散射光强的变化与飘尘粒子的浓度呈定量关系，当仪器用标样标定后，直接显示飘尘浓度值。第33页，共94页，2023年，2月20日，星期四KC-1000型大流量TSP采样器第34页，共94页，2023年，2月20日，星期四KC-120E型低噪声中流量TSP采样器第35页，共94页，2023年，2月20日，星期四KC-120H型智能中流量TSP采样第36页，共94页，2023年，2月20日，星期四五、气象观测仪器

分两部分：地面常规气象观测梯度观测常规气象观测：对地面的气象要素进行观测，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：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。第37页，共94页，2023年，2月20日，星期四五、气象观测仪器子站内部安装有：风向、风速、气压、温度、湿度及太阳辐射等参数的自动观测仪器第38页，共94页，2023年，2月20日，星期四

六、空气污染监测车空气污染监测车是是一种流动监测站我国的空气污染监测车装备的监测仪器有SO2自动监测仪NOx自动监测仪O3自动监测仪CO自动监测仪空气质量专用色谱仪(可测定总烃、甲烷、乙烯、乙炔及CO)测量风向、风速、温度、湿度的小型气象仪辅助设备有标准气源及载气源采样管及风机等。第39页，共94页，2023年，2月20日，星期四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二、子站布设及监测项目三、水污染连续自动监测仪器四、水质监测船第40页，共94页，2023年，2月20日，星期四水污染连续自动监测系统水环境中的污染物种类多，成分复杂，基体干扰严重，水污染的自动监测比空气的监测困难。要求化学前处理。要求建立提取、分离，富集和痕量分析方法。根据目前水质污染连续自动监测技术的发展，首先监测反映水质污染的一般指标和综合指标然后监测其他污染物指标。第41页，共94页，2023年，2月20日，星期四

一、水污染连续自动监测系统的组成水污染连续自动监测系统：一个监测中心站若干个固定监测站(子站)信息、数据传递系统组成。第42页，共94页，2023年，2月20日，星期四WL2000多通道污水流量检测仪第43页，共94页，2023年，2月20日，星期四

二、子站布设及监测项目子站布设：首先调查、收集水文、气象、地质和地貌、污染源分布及污染现状、水体功能、重点水源保护区等基础资料然后综合分析，确定各子站的位置，设置代表性的监测断面和监测点。第44页，共94页，2023年，2月20日，星期四子站自动监测水质指标体系示意图

第45页，共94页，2023年，2月20日，星期四水污染可连续自动监测项目及方法

项目监测方法一般指标水温pH值电导率浊度溶解氧铂电阻法或热敏电阻法电位法(pH玻璃电极法)电导法光散射法隔膜电极法(电位法或极谱法)综合指标高锰酸盐指数总需氧量(TOD)总有机碳(TOC)生化需氧量(BOD)电位滴定法电位法非色散红外吸收法或紫外吸收法微生物膜电极法(用于污水)单项污染指标氟离子氯离子氰离子氨氮六价铬苯酚离子选择电极法高子选择电极法离子选择电极法离子选择电极法比色法比色法或紫外吸收法第46页，共94页，2023年，2月20日，星期四三、水污染连续自动监测仪器第47页，共94页，2023年，2月20日，星期四(一)水温监测仪第48页，共94页，2023年，2月20日，星期四(二)电导率监测仪第49页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(三)pH监测仪第50页，共94页，2023年，2月20日，星期四(四)溶解氧监测仪第51页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(五)浊度监测仪第52页，共94页，2023年，2月20日，星期四GD－1型光电浊度仪第53页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(六)

高

锰

酸

盐

指

数

监

测

仪第54页，共94页，2023年，2月20日，星期四（七）COD监测仪第55页，共94页，2023年，2月20日，星期四JH-12型COD恒温测定仪第56页，共94页，2023年，2月20日，星期四(八)微生物传感器BOD监测仪恒电流库仑滴定式BOD测定仪检压式BOD测定仪微生物膜式BOD快速测定仪第57页，共94页，2023年，2月20日，星期四整机按照下列程序完成一个周期测定：(1)将中性磷酸盐缓冲溶液用定量泵以一定流量打人微生物传感器下端的发送池，发送池置于30℃恒温水浴中。因缓冲溶液不含BOD物质，故传感器输出信号为一稳态值。(2)将水样以恒定流量(小于缓冲溶液流量的1／10)打人缓冲溶液中，与其混合后进人发送池。因此时的溶液含有BOD物质，使传感器输出信号减小，其减少值与BOD物质的浓度有定量关系，经电子系统运算，直接显示BOD值。(3)一次测定结束后，将清洗水打入发送池，清洗输液管路和发送池。清洗完毕，自动开始第二个周期测定。第58页，共94页，2023年，2月20日，星期四微生物传感器BOD监测仪第59页，共94页，2023年，2月20日，星期四(九)TOC监测仪TOC自动监测仪是根据非色散红外吸收法原理设计的两种类型：单通道和双通道。第60页，共94页，2023年，2月20日，星期四单通道型TOC测定仪流程图第61页，共94页，2023年，2月20日，星期四(十)UV(紫外)吸收监测仪由于溶解于水中的不饱和烃和芳香族化合物等有机物对254nm附近的光有强烈吸收，对可见光吸收甚微；水中的无机物对紫外光的吸收也甚微。因此，根据对紫外光的吸光度大小来反映被有机物污染的程度，并与BOD、COD、TOC、TOD有较好的相关性。第62页，共94页，2023年，2月20日，星期四单光程双波长UV吸收自动测定仪工作原理图第63页，共94页，2023年，2月20日，星期四(十一)TOD监测仪第64页，共94页，2023年，2月20日，星期四(十一)无机化合物监测仪无机化合物如氨氮、氟化物、氰化物、金属离子等可用离子选择电极法或比色法进行连续自动测定第65页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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，它用船作运载工具，装上必要的监测仪器，可以灵活地开到监测的水域进行监测工作。可以方便地追踪寻找污染源，进行污染物扩散，迁移规律的研究。可以在大水域范围内进行物理、化学、生物、底质和水文等参数的综合测量。第66页，共94页，2023年，2月20日，星期四我国设计制造的长清号水质污染监测船已用于长江水系的水质监测船上装备有pH计、电导率仪、溶解氧测定仪、氧化还原电位测定仪、浊度测定仪、水中油测定仪、总有机碳测定仪、总需氧量测定仪，氟、氯、氰、铵等离子活度计及分光光度计、原子吸收分光光度计、气相色谱仪、化学分析法仪器，水文、气象观测仪器及相关辅助设备和设施等能够较全面地分析监测水体有关物理参数及污染物组分，综合进行底质，水生生物等项目的考察和测量。第67页，共94页，2023年，2月20日，星期四第三节工业企业环境自动监测系统一、自动监测系统简介二、钢铁企业环境自动监测系统三、烟气排放连续自动监测系统(CEMS)

第68页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、自动监测系统简介主要任务：连续监测固定污染源向环境排放的污染物浓度及总量。系统组成：厂内污染源监测站、厂区周围环境质量监测站、气象参数观测站、信息传输系统及监测管理中心组成。厂内污染源监测：包括烟气监测、废水监测和噪声监测；厂区周围环境质量监测：主要监测厂区外一定范围内的空气质量；气象观测：测量常规地面气象参数，测量梯度气象参数；信息传输：将监测数据传送给监测管理中心，记录和处理，编制环境质量报告。第69页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、钢铁企业环境自动监测系统（一）厂内检测烟气监测排水监测环境噪声监测气象观测（二）厂外检测（三）监测管理中心第70页，共94页，2023年，2月20日，星期四烟气监测在烧结、焦化、热轧、无缝钢管、自备电厂等分厂的主要烟气源的烟道上布设监测点，安装紫外脉冲荧光监测仪、化学发光式监测仪和文丘里管差压计。测定：二氧化硫、氮氧化物浓度和排气量。污染物发生量与能源消耗密切相关，还需用流量计测量燃料(煤气、重油)用量。第71页，共94页，2023年，2月20日，星期四排水监测在工厂的排水口布设监测点，安装温度、pH、浊度等自动监测仪。测定：水温、pH值、浊度等。第72页，共94页，2023年，2月20日，星期四环境噪声监测在不同方位的厂界布设噪声监测点，安装噪声计监测厂界噪声。第73页，共94页，2023年，2月20日，星期四气象观测由两部分组成：一是在开阔的地带设置地面常规气象观测站，安装风向、风速、温度、湿度、日照量和雨量测量仪，测量常规气象参数；二是在烧结厂200m的高架烟囱6个不同高度上安装温度、风向、风速仪，进行上空气象参数的梯度观测。第74页，共94页，2023年，2月20日，星期四三、烟气排放连续自动监测系统(CEMS)CEMS：连续测定固定污染源排放烟气中污染物浓度和排放率的全部设备。组成：由烟气样品采集、参量测定、数据采集和处理三部分组成。功能：对烟气中污染物浓度和排放率进行连续、实时的跟踪测定。第75页，共94页，2023年，2月20日，星期四第76页，共94页，2023年，2月20日，星期四烟气主要参数连续测定方法第77页，共94页，2023年，2月20日，星期四第四节遥感监测技术利用仪器对物体进行监测，一种不接触物体收集信息，进行识别、分析、判断的自动化监测手段。对污染物进行遥感监测方法有：摄影红外扫描相关光谱遥测激光雷达探测第78页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、摄影遥感技术原理:因土地利用、植被、水体、大气污染状况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。第79页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、摄影遥感技术第80页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、摄影遥感技术感光胶片乳胶所能感光的电磁波波长范围0.3～0.9μm，包括近紫外、可见和近红外光区.在无外来辐射的情况下，照相摄影技术可在白天借助于天然光源进行。航空、卫星摄影在高空飞行状态下进行。第81页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、红外扫描遥测技术地球可视为一个黑体，平均温度约3000°K，表面所发射的电磁波波长在4～30μm范围内，介于中红外(1.5～5.5μm)和远红外(5.5～1000μm)区域。电磁波在由地球表面向外发射中，首先被低层大气中的水蒸气、二氧化碳、氧等组分吸收，只剩下4.0～5.5μm和8～14μm的光可透过“大气窗’’射向高层空间，所以遥测热红外电磁波范围就在这两个波段。地球连续发射红外线，遥测系统可以日夜监测。第82页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、红外扫描遥测技术地球表面的各种物体具有不同的温度，辐射能量不同。温度愈高，辐射功率越强，辐射峰值的波长越短。利用红外扫描仪接受监测对象的热辐射能，转换成电信号后测量，获得波长和强度，判断不同物质及其污染程度。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。第83页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、红外扫描遥测技术

第84页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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。在吸收光谱技术基础上配合相关技术是为了排除测定中非受检组分的干扰。这种技术采用的吸收光为紫外