第一节 连续自动监测技术

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1、第一节 连续自动监测技术环境污染自动监测系统未开发之前，为了预防环境污染、掌握环境质量变化规律，必须定点、 定时进行人工采样并及时进行实验室检测，经过长期积累各种监测数据并通过综合分析评价，才能 提供环境污染现状和变化规律，并对发展趋势进行预测。随着科学技术的发展，一些发达国家先后转入自动监测阶段，逐渐发展环境污染连续自动监测 系统。美国于 1964 年在纽约首先建立了大气污染自动监测网络，1958 年开始对俄亥俄河水质进行 自动监测，到20 世纪 70 年代已建立了1300多个水质自动监测站。日本到1965年在全国已经建立 了 172个大气污染自动监测站，并于20世纪70 年代开始使用卫星、

2、激光雷达对大气污染进行遥控 监测。英国、德国、荷兰和瑞典等国在同期也都开展了自动监测工作。我国在这方面的发展相对较 晚，直到20 世纪 80 年代才开始引进国外的先进系统设备，在北京、上海和青岛等15 个城市建立了 地面大气自动监测站，不久又在黄浦江、天津引滦济津河段及吉化、宝钢、武钢等大型企业的供排 水系统建立了水质连续自动监测系统。自动监测系统的投入使用，对空气质量日报和预报的发布发 挥了重要作用，自动监测系统已经成为我国城市环境空气质量监测的主要技术手段。一、自动监测系统简介20 世纪六七十年代初，一些国家或地区相继建立起了常年连续工作的大气污染自动监测系统和 水环境污染自动监测系统，使

3、环境监测工作向连续自动化方向发展。自动环境监测系统无论是空气 污染连续自动监测系统，还是水质污染连续自动监测系统，都是由一个中心监测站，若干固定监测 分站（子站）和信息、数据传输系统组成。其构成如图9-1 所示。子站子站子站图 9-1 自动监测系统组成方框图 各个监测分站（子站）根据中心站的指令将监测到的各类数据向中心站传送。二、水污染连续自动监测系统本小节依据监测目的不同，分水质自动监测系统和固定污染源连续自动监测系统两部分讲述。 水质自动监测系统 水质自动监测系统是以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动化技术、自动测 量技术、自动控制技术、计算机应用技术及相关专用分析软件和通讯

4、网络组成的综合性在线自动监 测体系。1.水质自动监测系统组成水质自动监测系统由一个中心监测站，若干固定监测分站(子站)和信息、数据传输系统组成。 水质自动监测系统的中心站控制室可以随时取得各子站实时监测数据并进行统计处理，可以打印输 出日、周、月、季、年平均数据及最大、最小值等各种监测统计报告及图表，并可输入中心数据库 还可以上网收集并长期存储制定的监测数据及各种环境运行资料以备检索。每个子站是一个独立完 整的水污染自动监测系统，它包括：采样系统、水样预处理系统、监测仪器系统、PLC(可编程逻辑 控制器)控制系统、数据采集、处理与传输子系统及远程数据监控管理中心、监测站房。2.水质自动监测系统

5、监测项目及方法 目前，比较成熟的常规监测项目有：水温、 PH 值、溶解氧、电导率、浊度、氧化还原电位、 流速和水位等。常用监测项目有：COD、高锰酸钾指数、TOC、氨氮、总磷、氟化物、氯化物、硝 酸盐、亚硝酸盐、氰化物、磷酸盐、硫酸盐、活性氯、TOD、BOD、UV、油类、酚、叶绿素、金属 离子等。通常将这些指标分为一般指标、综合指标和单项污染指标等(表9-1)。图9-2为连续自动监 测水质一般指标系统示意图。表 9-1 水质连续自动监测项目及方法监测项目监测方法水温铂电阻法或热敏电阻法电位法(pH玻璃电极法)PH值一般电导率电导电极法指标浊度光散射法溶解氧(DO)隔膜电极法(极谱或原电池型)化

6、学需氧量(COD)库伦滴定法或比色法生化需氧量(BOD)微生物膜电极法综合总需氧量(TOD)高温氧化-氧化锆氧量仪法指标总有机碳(TOC)燃烧氧化-非色散红外吸收法或紫外催化氧化-非色散红外吸收法高锰酸钾指数电位滴定法总氮(TN)密封燃烧氧化-化学发光法总磷(TP)比色法氟离子离子选择电极法单项氯离子离子选择电极法污染氰离子离子选择电极法指标氨氮离子选择电极法或膜浓缩-电导率法六价铬比色法苯酚比色法或紫外吸收法图9-2连续自动监测水质一般指标系统示意图固定污染源连续自动监测系统随着国家对污染物排放标准制定越来越严格，以及清洁生产审计、ISO 14001体系运行等原因， 企业需要大量实时的废水水

7、质排放数据。以往那种人工采样后回实验室分析的方法，无法快速反映 污染物的动态变化和及时提供污染现状和预测发展趋势，对生产的指导处于滞后状态，已越来越不 能适应现代企业管理的要求。近年来，连续自动水质监测技术越来越广泛地应用于企业的污水监测 中。在企业内部，污水自动监测系统一般由1个监测中心站和若干个固定监测子站构成。中心站主 要由数据接收、处理和发布系统组成，具有监测管理、统计分析、报表生成及打印等功能。各子站 配有自动采样设备、水质和水量在线监测仪器以及监测终端，其功能是对定点水质参数进行连续或 定时自动监测，就地显示测量结果，并将测量数据通过仪器的输出口接入数据采集设备。数据采集 设备对采

8、集到的各种监测数据进行处理并存储，由数据传输设备通过有线或无线方式接受中心站的 指令，将监测数据传送至中心站数据库。子站常年连续运转，实现对污水排放的不间断自动监测。废水自动监测系统的中心站由调制解调器、计算机、监测软件等组成；子站的在线监测设备及 污染源监测自动监测系统安装于污染源现场，由用于自动监控、监测污染物排放的自动采样器、化 学需氧量(COD)在线自动监测仪、氨氮在线自动监测仪、总有机碳(TOC)水质自动分析仪、pH水质 自动分析仪、总酚水质自动分析仪、氰化物水质自动分析仪、超声波污水明渠流量计、悬浮物在线 监测仪、污染源监控仪(数据采集传输器)等仪器构成，可根据不同企业废水性质任意

9、组合；也可根据 监控、监测需要扩展水质自动采样器、电磁流量计、紫外(UV)吸收水质自动在线监测仪、总磷水质 分析仪、总砷水质分析仪、油份在线监测仪、总铜水质自动分析仪及总镍水质自动分析仪等其它重 金属离子自动分析仪。监测仪表的信号经数据采集器采集、汇总后存储，数据采集器通过电话线与 调制解调器和中心站建立点对点通信，在接收到中心站提取数据的命令后，将所存数据上传至中心 站计算机，汇总、存储于数据库内，同时还可以根据需要自动生成各类报表(包括日报表、年报表， 以及对子站维护和建立子站运行档案)。三、空气污染连续自动监测系统空气污染连续自动监测系统也是由一个中心监测站，若干固定监测分站（子站）和信

10、息、数据传 输系统组成。中心站的任务与水质自动监测系统相同。子站整体上分为两类：一类是为评价地区整 体污染状况设置的；另一类是为掌握污染源排放污染物浓度及总量变化情况设置的，与前一类不同 的是装备有烟气污染组分监测仪。城市环境空气自动监测系统1.城市环境空气自动监测系统组成城市环境空气质量连续自动监测系统是一套区域性空气质量的实时监测网络，它的组成有各种 形式，实时化和自动化程度也会有所不同，但是他们基本上由监测子站、中心站（包括计算机室、质 量保证实验室和支持实验室）组成（图 9-3）。图 9-3 城市环境空气质量连续自动监测系统示意图 （张晓勇等，2006）中心计算机室一般应该配置两台或两

11、台以上能满足系统软件工作要求的计算机，一台作为主机， 另一台作为辅机，并配置其他必要的设备。中心站与子站可以采用有线或者无线通讯方式，传播速 度应该在2 400 b/s以上，误码率保证在10-6以下。各个分站（子站）在进行监测时需要各类自动监测仪器，主要包括自动采样和预处理系统、大气污 染自动分析仪及其校准设备、气象测量仪器、环境微机及信息传输系统等。其中，大气污染自动分 析仪主要包括：SO2监测仪、NO/NO2/NO监测仪、紫外光度法O3监测仪、气相色谱法及光离子化22 x3法非甲烷烃监测仪、飘尘连续监测仪器等。2.城市环境空气自动监测系统监测项目及方法各个分站（子站）的监测项目分为两类：温

12、度、大气压、风速、风向和日照量等气象参数和so2、NO、CO、03、飘尘、总烃等污染参数。我国环境监测技术规范中，将空气自动监测系统的监测 x3站分为I类测点II类测点。I类测点数据按要求进入国家数据库，要求测定温度、湿度、大气压、风 速和风向等5项气象参数以及包括SO2、NO、CO、飘尘等4项必测项目和03、总烃2项选测项目2x3在内的污染参数，具体监测方法和监测仪器见表9-2。II类测点数据由各省市管理，测定项目可根据具体情况确定。表 9-2 我国空气自动监测系统 I 类测点监测污染参数的方法和仪器项目测定方法自动监测仪器及性能SO2紫外荧光法紫外荧光SO2分析仪，0-1X10-4CO非色

13、散红外吸收法非色散红外CO分析仪，0-3X10-5NOX化学发光法化学发光NOX分析仪，0-1X10-5O3紫外光度法紫外光度o3分析仪，0-1X10-5总烃气相色谱法（F ID）气相色谱仪注：引自张晓勇等（2006）固定污染源自动监测系统固定污染源自动监测系统用于企业烟气自动在线监测。对固定污染源排放的烟气中的so2、nox、 2XCO、CO2等气态污染物进行自动连续监测和数据自动在线传输的系统，称为烟气自动在线监测系统 （CEMs）。CEMS在北京、山西、山东、辽宁等省市安装较多，截至2003年，全国大约安装了 1000多台（套）， 主要用于火力发电厂、水泥厂、工业锅炉和采暖锅炉的烟尘和二

14、氧化硫等烟气排放浓度和排放总量 的连续监测。该系统具有现场数据实时传送、远程故障诊断、报表统计和图形数据分析等功能，实 现了工作现场的无人值守。各类监测仪器包括烟气（SO2、NOX、CO、CO2等）取样系统、烟气测量2X2系统、烟气参数（温度、流量、压力、湿度、氧含量等）测量系统、烟尘测量系统等。其中烟尘测量 原理均采用光电法，主要方法有不透光度法和光散射法；二氧化硫测量的采样方法包括稀释法、抽 取采样法和直接采样法，其分析原理包括紫外荧光法、非分散红外法、定电位电解法和紫外吸收法四、自动监测系统的维护水环境质量连续自动监测系统的维护水质在线自动监测系统是一套综合性自动监测仪器，在一些污染较严

15、重的河段，为保证系统在 无人监控的情况下自动运行，各仪器的日常维护成为设备正常运行的关键。监测仪器的安装环境和 水电供应等基础设施、采样浮筒翻转和采样取水口堵塞等采水系统出现的问题、水样预处理装置中 金属过滤芯和分析仪器的清洗、压缩空气系统等辅助系统检查以及数据采集系统、通信及控制系统 等都是经常需要维护的。空气质量连续自动监测系统的维护空气质量连续自动监测系统是由多个环节构成的，因此系统中无论哪个环节出现问题都会直接 影响整个系统的正常可靠运行。监测仪器在长时间连续运行过程中由于电路、光路和气路的变化必 然会产生各种各样的问题和故障，同时供电质量的波动、临时停电、气候条件的变化、操作人员和 维护人员的技术素质差异也都会直接影响监测数据的准确性。所以必须对包括中心站和子站在内的 整个系统进行全面维护，确保连续自动监测系统正常运行。