环境监测技术及其发展方向

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1、第? ?卷第?期光电子技术与信息? ?年?月环境监测技术及其发展方向刘建国刘文清魏庆农中国科学院安徽 光学精密机械研究所合肥? ?摘要介绍了 国内对环境监测技术的迫切需求,论述了环境监测技术的发展 和现状,指出灵敏光谱监侧 技术是环境监测技术的未来发展方 向。关镇词环境污染,环境监测,环境光学,光学环境监测?引言随着环境状况的 恶化以及人们环境意识的提高,对环境监督提出了更高的要求。因此,作为环境监督的重要手段,环境监测仪器越来越? 受到各国政府和企业的重视,纷纷制定各 自的法律法规,要求安装使用监测仪器。目前发达国家的环境监测仪器门类齐全,已成系列 化,并且正朝高精度、智能化、集成化和网络化

2、的方向发展。我国的环境监测仪器领域还有许多空 白,许多正 在 生产的产品还存在技术问题,稳定性和可靠性难以满足实际应用 要求。在我 国市场上,国外的环境监测仪器仍占绝对主导 地位?国产仪器处于低档次、单功能、低价位的 不 利局面。在“十五”期间,国家环境 监测 仪器 的攻关将重点支持在技术上有所 突破,并能够超过 或替代国外产品 的项目?国家 环保总 局计划 要装备? ?多个国家网络监测 站,? ?多个 环境信息中心,? ?多个城市空气 地面自动监测系统,以及? ?个国控 水质监测断面自动监测系统,这些装备仪器仪表的市场份额达十亿至数百亿,将给我国的环境 监 测仪 器 的发展带来新机遇。收稿日

3、期? ?压? ? ?我国环境污染 状况及国家的 环保政策我国? 多 个城市中,有?超二级空气质量标准,主要 污染物依次为?、? ?和? ?多个中等城市中,降水?值? ?的有? ?个,占? ?我 国水质污染源中,工业和生活 污染各占 一半,主要污染 物是耗 氧 有机污 染,如?、?等。我国水 污 染 最严 重的区域是“三河”?辽河、海河、淮河?和“三湖”?巢 湖、滇池、太湖?出现 的重营养和中营养化。大 气污染 的重点区域在 国家?污染控制区和酸雨 污染控制区。我国总体生态 环境继续在恶化,城市环境污染仍在 加 剧,并有向农村地区蔓延 的 趋势,生态环境破坏的范 围仍 在扩大。我国已明确提出实现

4、经济体制和经济增长 方 式 的根本性转变,把控制人口增 长和保护 生 态 环境确立为基本国策,实 施科教 兴 国战 略和可持续发展 战 略。国家从战 略 的角 度认识到保护 环 境 的实质就是保护 生产力,加强 了环保立法工作,加大了环保执法力度。公民环境意识的进一 步提高,认识到 环境 意识和环 境质量的好坏,是衡量一个国家和民第? ?卷第?期光电子族 文 明程度的 一个重要标志。同时,环境问题已不仅仅是保护 生 态和资源的问题,它已涉及到 国际政治、经济、贸易和文化等众多领域,例如发达国家利用其先进的环保科 学和技术优 势大打“环 保外交”之牌?同时,随着国际 经济一体化,传统非关税贸易

5、壁垒 在国际贸易中的保护作用正 在 逐渐被削 弱,而绿色贸易 壁 垒正 在 成为新的贸易屏障。为防止 我 国生 态环境的进 一步 恶 化,国家环境监管和执法部门已采取了具体的措施?实行污染 物排放总 量 控制,从浓 度 控制到?学量控制,把 总量 控 制与总量 消减效果 评估、预测 相 结合,强 化 监 督、防 止偷排,提 倡企业自控、改 进生产、提高 竞 争 能 力?总 量监 测 抓 主重点,区域环境纳污总 量与源排放技术与信息?年?月总量 控制重点抓排放总量监测?全国抓重点行业,废水排放重点抓 石油化工、造纸、冶金、食品和城市污水处理 厂,烟 尘、烟气排放重 点抓电力、化 工、冶 金、建材

6、、有色等行业?见表? ?区域 抓重点企业,抓城市排污大户?抓重点污染因子,在各污染因子中,重点 查水?、烟尘、粉尘和?。国 民经济和社会发展“九五”计划和?年远景目标纲要 明确提出 了其后 ? ?年环境保护工作的要求?到?年,力争使环境污染和生态破坏加 剧 的趋势得 到基本控制,部分城市和地区的环境质量有所改善?到?年,基本改变生态 环境恶化的状况,城乡 环境 有比较明显的改善。表? ? 年大气污染 重点源的排污状 况?占?家重点源 的 比例?燃煤量燃油量烟尘气排放量烟气?烟气?电力? ? ?化? ? ?黑色金属? ? ? ? ? ? ? ?建材? ? ?石 油加工? ? ?有 色金属? ?

7、?环境监测 仪器是环保执法和 环境质量监管的重要依据我国早已颁布了一 系列 的环 境方 面 的 国家标准,包括大气污 染 物 综合排放标准? ?个 项目?、污水综合排放标准? ?个项目?、空气质量标准? ?个项目?、水 质标准? ?个项目?。这 些标准 要 求 测量的污 染因子 累计达到百余种。另外还 有污 染 事故应急 监测、噪声和辐射监测等。而我国已开展的 监测 内容相当有限,不 足 一半,其原因就是缺乏相应 的监测仪器。国产环境监测 仪器在 主要性能方 面与国外有较大 的差 距,环 境分析仪器 的质 量和使用质量 都有 待提 高。国家仅 有仪 器标 准,仪 器的校准标准或传递校准标准还不

8、十分健全。我国的环境监测基本上处于 现场采样、实验室分析阶段,采 样仪器以手动、半自动为主。直读型、在线型、应急检测用仪器市场被国外产品 占据,而我国?多个监测站 急需大气环境典型污染物和污染源连续 自动检测仪器及系统。对水资源和大气污染源监测 的 需求尤为巨大。缺乏对高毒性、持久性污染 物方便、快速的检测 方法,特别是没有在线检 测手段?缺乏大气及水体的污染 源连续 自动在线监 测 系统?高性能的大气探测系统目前还 没有产品化。环境监测仪器 的现状影 响并制约了我国环保执法和环 境质量监督 管理 的水 平。第? ?卷第?期光电子?环境监测仪器国内市场需求我国环境监测领域经过近? ?年的发展,

9、形 成 了一定的规模。目前全 国共有专业、行业 监 测 站? ?多个,仅环境空气质量监 测点就有? ?多个。从监测网络方 面看,目前属 于国家控制的网站有?空气质量监测站?个,酸雨网站?个,水质监测网站? ?个,还有噪声、辐射监测网等。环境监测仪器的市场潜力很大,据统计,目前我 国环保产业占国民生产总值的?,一 些发达国家这一数据已超过? ? 。我国的监测仪器产值仅占环保产业 的?左右。比如,? ?年我国仅单机? ?以上燃煤机组就有? ?台,此外,还有工业锅炉? ?万台,工业炉窑? ?万台,而 目前烟尘在线连续监测仪安装率几乎为零。近几年正是环境科学和监测分析仪器、装备更新换代和提高水平的时期

10、,中央、地方政府和企业每年投资购买监测仪器装备约为?亿人民币。在环境质量监测方面,国家环保总局计划在“十五”要装备? ?多个国家网络监测站?多个环境信息中心? ?多个城市空气地面自动监测系统,项目包括?、?、?、?、?、风向、风速、温度、湿度? ?个国控水质监测断面自动监测系统,项目包括?、温度、电导、浊度、溶解氧、氨氮、总氮、总磷、? ?、高锰酸盐指数。初步计划 投资? ?亿元 人 民币,其 中国家投资?,地方投资?,这还不包括行业、地方和企业的监测 站 能自行建设的投资,各部门、各地方根据环境保护任务 的需要 另有 自己的 投资计划。随着城市空气污染日益加剧,除大量的无机污染物外,空气中有

11、毒有害有机物的 污染也逐步 加 强,而且这 部分污染所造成 的危害更隐蔽,机理更复杂。如 多环芳烃?、技术与信息?年?月半挥发和挥发性 有机物? ?,? ? ?、二恶英等是典型的代表,它们不仅有很强 的毒性,而且对人体内分泌系统有干扰作用,许多有机污 染物有致畸、致癌和致突变作用,对人类的生存和繁衍构成 了严重的威胁。空气中有害有机污染 物 的监测将逐步纳入 空气质量监测 的 范 畴。在 污染源监测方面,国家要对 全国?万个重 点污 染企业实施主要 污染物排放总量控制和消减,以改善环境质量,因此要求?万个污染大户逐步安装在线连续 自动监测系统。污水监测主 要包括?污水流量 计、自动比例采样器、

12、?、? ?、矿物油、氰化物和 氨 氮等项目的 自动监测,并实现计算机联网管理。废气监测主 要包括?工业粉尘、烟尘、烟气? ?、?、?和 烟气流速的在线连续监测系统,实现计算机联网管理,加强实时监控。需求量比环境质量监测大得多,主要由污染企业购买,潜在的市场有数十亿至数百亿元。在遥感监测仪器仪表方面,国家提出环境污 染 防治与生态 环境保护并重的方针,要加强 生 态环境保护,必 须对我国的 生 态 环境进行监测,包括对荒漠、草原、森林、海洋、农业生 态 环境进行监测、也需要对大气污染、水域污染?如海洋赤潮、溢油 污染?及污 染源进行遥感监测。国家计划发射自然灾害与环境污染监测卫星,进行遥感遥测,

13、还要建立卫星地 面接收系统及卫星 图片解析系统,对环境生 态质量现状及变化趋势进行分析,为国家环境生态保护与建设提供决策的科学 依据。与此 同 时,随着人们生 活水平的提高,对 室 内装演和家具 的需求上升,室内环 境 污染也越来越严重,人们已经 开始关注 室内污染物对人体的危害,如? ?、甲醛、苯 系物、霉菌灰尘、氛、放射性等,室 内空气监测仪器已经 成为 环 境监测 的重要组成 部分。?第? ?卷第?期光电子技、?、产?少、产、?了?卜?八匕阿了了?,了、, ?、口 了?、?常规环境监测技 术与系统?大气和烟气监测仪器大气和烟气监测仪器主 要有烟 尘?飘尘? ?监 测 仪、?监测 仪、氮

14、氧 化 物? ? ?监测 仪、烟气流速、流量监 测 仪、? ?监测 仪、?监测仪、以及?监测仪等。? ? 烟 尘?飘尘? ?监测 仪有?直接式 烟 尘监测仪,利用 光和尘 的 吸收、反射、散射等相互作用测量光吸 收?或 不透明度?,尘对光 的 吸收遵守比尔 定 理?抽 取 式 烟 尘?飘尘? ?监测仪,又可分 为红外?激光?后向散射法、尽射线法和电荷法?电荷探针测量?,其 中口射线法通过等 速抽取气样,测量纸带上 尘对口射线的 吸收来进行测量?压电晶体差 频法飘尘? ?监测 仪,利 用振荡天平原理,即静 电聚 尘器将飘尘离子采集到石英振荡器的电极表面,电极重量因 尘粒的集积 而 增加,致使谐振

15、器 的频率发生改变?公式? ?而 进行测 量。术与信息?年?月测量?公式?、?,?经高温?还原成? ?再进行测量?公式?、?红外吸 收法? ?监测仪,利用?在? ?拜?的特征 吸收进行测量?紫外吸收法?监测仪,利用? ?在?、?以及?在? ? ? ?的光谱吸收进行测量?定 电位 电解法?监测 仪。?一?麦?麦? ?”?甄?奥?麦?麦一? ? ! 。(4)烟气流 速、流量监测仪有:压差传感法流速监测仪,用 改进皮托管法测量测 断 面位置 流速;超声波流速测定仪,利用声波顺气流和逆气流方 向传播速度不等进行测量(公式s );热导法流速测定仪;角位移法流速测定仪,利用烟气的上升将角位移杠杆抬起的大小进行测量。么f二 PN(1)V s=卫二生一上、 Zeos。、 tAtB(8 )(2 )50:监测仪 有:跨 烟道直接法50:监测 仪,又可 分 为 利用50:在7.3拜m特征 吸收 的非分散红外法 和 利 用50:在28 0、32 0nm光谱范围 内 吸 收谱的紫外吸 收法;抽取式50:监测仪,有非分散红外法(7.3拼m)、紫外荧光法和电导率法,其 中电导率法利 用溶液的电导率与溶液中电解质的浓度呈线性进行测