环境自动监测技术与设备的发展趋势
1、前言
目前，我国主要城市已经在使用已建立的环境空气质量自动监测系统来进行环境空气质量的每日报告或预报。 2000年，开始在130个城市实施环境空气质量监测系统建设项目。同时，随着污染物排放总量系统的实施，各地已经开始建立污染源在线在线自动监测系统（主要废气排放源和主要污水排放源）。自1999年以来，国家先后在七个主要水系的十个重点流域建立了42个地表水水质自动监测系统。黑龙江，广东，江苏和山东等省也相继建立了10个地表水水质自动监测系统。目前，国家环保总局正利用世界银行贷款在30个重点流域启动地表水水质自动监测系统建设项目。
2、环境空气质量自动监测系统
环境空气质量自动监测系统是一个以自动监测仪器为核心的自动“测控”系统。空气质量自动监测系统一般采用两种方法：湿法和干法。湿法的测量原理是库仑法和电导率法等。它需要大量的试剂，并且存在诸如试剂调整和废液处理的问题。操作复杂，故障率高，维护量大。该方法在日本占主导地位，但是自1996年以来，日本在法律测量方法中增加了干法测量原理，而湿法现在处于淘汰阶段。
干法基于物理光学测量原理，因此样品始终保持气态，不损失试剂，维护量小。干法由欧美国家主导，代表了当前的发展趋势。
2.1系统结构
干法监测分站主要由样品采集，自动空气分析仪，气象参数传感器，动态自动标定系统，数据采集和传输系统以及状态保证系统组成。
2.1.1自动空气污染物分析仪
SO2自动分析仪：基于接收紫外线（214nm）能量而成为激发分子的SO2分子，当返回基态时，它们会发出特征性的荧光。光电倍增管将荧光强度信号转换为电信号，然后通过电压/频率将其转换为电信号。数字信号被发送到CPU进行数据处理。当SO2浓度低时，激发光路短且背景是空气，荧光强度与SO2浓度成正比。空气脱烃器的使用可以消除多环芳烃（PAHs）对测量的干扰。
NOx自动分析仪：NO和O3反应生成激发态NO2 *，该激发态返回基态时会发出特征性的光，并且发光强度与NO浓度成正比。 NO2不与O3反应，可以通过钼催化还原反应（315°C）将NO2转化为NO后进行测量。如果样气通过钼转化器进入反应管，则测量值为NOx，NOx和NO的浓度差为NO2。
O3自动分析仪：使用O3分子吸收进入中空玻璃管的254nm紫外光，以测量样气的发射光强度。吹扫O3后，通过电磁阀的开关测量标准气体的发射光强度。两者的比值遵循Beer-Lambert公式，由此可得出O3浓度值。
PM10自动分析仪（β射线法）：该仪器使用恒流泵进行采样。大气中的悬浮颗粒吸附在β源和盖革计数器之间的滤纸表面上。抽水前后的盖革计数器的计数值。这种变化反映了吸附在滤纸上的灰尘的质量，从中可以获得每单位空气中悬浮颗粒的浓度。
自动分析仪的自动校准由动态自动校准系统完成，该系统包括动态自动校准器，零气体发生器和标准气体源。
目前，我国尚未发布大型大气自动分析仪的技术要求。表1是中国环境监测中心验收产品时DASIBI产品的验收标准。表2显示了美国EPA对自动分析仪（40CFRPART53)）的性能指标要求。
表1 DASIBI产品的验收标准
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表2美国EPA对自动大气分析仪的技术性能要求
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2.1.2中央站系统软件要求
主要包括数据采集和处理功能，警报和诊断功能，远程测控功能，可扩展性等。
2.2在中国运行的自动环境空气监测系统的现状
目前，我国正在运行的空气质量自动监测系统主要是采用干法仪器测量一个或至多两个参数的进口设备。安装有两种主要类型：固定式和车载式。主要供应商包括：（1)美国热电子公司（ThermoElectron公司）；（2)美国API公司（API公司）；（3)美国MONITOR公司；（4)美国DASIBI公司；（5)美国ESC公司；（6)法国ESA公司（例如重庆）和法国SERES公司；（7)个别城市（例如贵阳）使用日本DDK公司，HORIBA公司和Shimadzu公司的产品。
大多数国内空气质量自动监测系统基本上都使用传统的专用数据采集和传输系统。工作原理是使用变电站中的分析仪器直接测量空气中的污染物，并通过范围设置转换测量结果（浓度值）。将数据收集器输入模拟量，例如：8800系统（由ESC制造） ，被API公司采用），8001系统（由美国DASIBI公司使用），6002系统（由TE公司使用），SAM32系统（由法国ESA公司使用）。数据收集器对收集的数据进行分类并保存。中心站的微型计算机通过调制解调器（MODEM）与子站进行通信，并将数据下载到收集器中，并使用报告软件来编辑和处理获得的数据。该系统结构简单，成本低廉（每座变电站约50万元），但其可扩展性和测控能力有限。例如，只能通过内部标准源和简单的零系统定时进行零点校准和单点校准来进行校准。
可以由美国API公司执行多点校准的典型干燥系统的基本配置包括：气象参数测量和转换器（风速，风向，温度和湿度，气压），动态多点校准器（700系统），采样系统，采样阀切换控制系统，O3、SO 2、 NOx，CO，THC-CH4和其他测量仪器系统，PM10测量系统，记录仪等。系统控制器是8800系统。
2.3DOAS大气环境质量监测系统
近年来，一些国内城市从瑞典的OPSIS，美国TE或法国的ESA引进了基于差分光谱法（也称为长光路法）的设备来代替SO 2、 NO 2、 O3，等。参数测量。这种类型的设备受到某些用户的青睐，因为它可以在分时设备中测量上述三个主要参数，而且还可以测量THC，CH4、n-MHC，BTX等有机污染参数。
DOAS大气环境质量监测系统（差分光学吸收光谱法）是一种长距离光路空气质量监测技术。光源是高压氙气灯，通过抛物面反射镜将其准直成平行光，并在100m甚至1000m的长光路后发射。接收端的抛物面反射器将光会聚并耦合到光纤中，并通过光纤将其引导到光栅光束分离系统中，并在出口狭缝处用光电倍增管进行检测以获取吸收光谱。吸收光谱包含许多由大气分子和气溶胶的散射，灯光谱的波动以及反射镜的光谱选择性引起的广谱结构。吸收光谱由高阶多项式拟合，原始吸收光谱由多项式模拟除。组合曲线获得吸收分子的特征微分光谱，消除宽带成分的影响，并将微分吸收光谱与实验室获得的吸收分子的标准浓度的参考光谱拟合，以计算浓度。由于该系统采用线采样，因此与传统点类型相比，采样的代表性大大提高。该方法于1990年代初开始用于空气质量监测自动测量设备，现已在欧洲广泛使用。
自1980年代以来，美国，德国，瑞典，法国和其他国家已经成功开发了基于常规光源的长光程吸收光谱仪，并将其用于城市空气污染的常规监测。由于DOAS监测方法使用线采样，因此可以显着提高样品的代表性，这有助于表征空气质量。使用差分技术可以消除大气湍流对信号的影响，不同污染物之间的干扰以及湿度和气溶胶的干扰。设备升级简便快捷，系统软件易于操作自动测量设备，可以满足持续监控和实时处理的要求。每小时平均值，每日平均值，每月平均值和每年平均值的统计分析和监视报告可以通过Enviman或Report软件方便地执行。强大的可操作性。该系统可以执行远程登录，远程维护，远程控制和分析仪参数调整，并实现局域网内的数据共享。该仪器易于维护，耗电少，运行成本低。
