Chapter10
自动监测与简易监测技术
本章主要内容
概 述
10.1 空气污染连续自动监测系

10.2 水污染连续自动监测系统
10.3 遥感监测技术
10.4 简易监测方法
概 述
环境中污染物质的浓度和分布是随时
间、字间、气象条件及污染源排放情况等因素的
变化而不断交化的。由于定时、定点人工采样测
定结果不能确切反映污染物质的动态变化规律,
20世纪 70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质污
染连续监测系统,使环境监测工作向连续自动化
方向发展 ;同时出现了简易监测仪器和技术。
10.1 空气污染连续自动监测系统
10.1.1 系统的组成及功能
10.1.2 子站布设及监测项目
10.1.3 子站内的仪器装备
10.1.4 空气污染自动监测仪器
10.1.5 气象观测仪器
10.1.6 空气污染监测车
10.1.1 系统的组成及功能
( 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。
10.1.1 系统的组成及功能
( 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。
10.1.1 系统的组成及功能
10.1.2 子站布设及监测项目
(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。
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。
10.1.2 子站布设及监测项目
(二)监测项目
? 监测空气污染的子站监测项目分为两类,一类是温度、湿
度、大气压、风速、风向及日照量等 气象参数 ;另一类是
二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、可吸入颗粒物、臭氧、
总碳氢化合物、甲烷烃、非甲烷烃等 污染参数 。
? 空气自动监测系统的监测站分为 Ⅰ 类测点和 Ⅱ 类测点,Ⅰ
类测点测定 项目见下表; Ⅱ 类测点的测定项目可根据具体
情况确定。
必测项目 选测项目
二氧化硫
氮氧化物
一氧化碳
可吸入颗粒物或总悬浮颗
粒物
臭氧
总碳氢化合物
表 10- 1 Ⅰ 类点测定项目
10.1.3子站内的仪器装备
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。
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10.1.4 空气污染自动监测仪器
(一)仪器选型
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。
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10.1.4 空气污染自动监测仪器
(二)二氧化硫监测仪器
紫外脉冲荧光 SO2监测仪、电导式 S02监测仪、库仑
滴定式 SO2监测仪及比色式 SO2监测仪 。
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— 230 nm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。
气路系统流程图
2、电导式二氧化硫监测仪
?有间歇式和连续式两种类型。间歇式测量结果为采样时
段的平均浓度,连续式测量结果为不同时间的瞬时值。
?仪器的工作原理
?干扰因素:温度、可电离的共存物质(如 NH3,Cl2,HCl、
NOx)、系统的污染等。
10.1.4 空气污染自动监测仪器
(二)二氧化硫监测仪器
(三)氮氧化物监测仪
连续或间断自动测定空气中氮氧化物的仪器以化
学发光法 NOx自动监测仪应用最广泛,其他还有原电池库仑
滴定法 NOx监测仪和比色法 NOx监测仪。
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。
2、化学发光分析法的特点
10.1.4 空气污染自动监测仪器
(四)臭氧监测仪
连续或间歇自动测定空气中 O3的仪器以紫外光
度法 O3监测仪应用最广,其次是化学发光法 O3监测仪。
1.紫外光度法臭氧监测仪
紫外光度法 O3监测仪操作简便,响应快,最低
检测出限为 0.0043mg/ m3。
2,化学发光法臭氧监测仪
10.1.4 空气污染自动监测仪器
10.1.4 空气污染自动监测仪器
(五)一氧化碳监测仪
1,非色散红外吸收法 CO监测仪
2、相关红外吸收法 CO监测仪
10.1.4 空气污染自动监测仪器
(六) 总烃及非甲烷烃的测定
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10.2水污染连续自动监测系统
由于污染水质的污染物种类繁多、成分
复杂、干扰严重,需要一系列的化学预处理操作,
而且水质污染往往是痕量的,因此对水质污染连续
自动监测比较困难。所以水质污染连续自动监测技
术首先是对那些能够反映水质污染的综合指标项目,
然后再逐步增加具体污染项目的连续白动监测 。
10.2水污染连续自动监测系统
?10.2.1水污染连续自动监测系统的组成
?10.2.2子站布设及监测项目
?10.2.3水污染连续自动监测仪器
?10.2.4水质监测船
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10.2.1水污染连续自动监测系
统的组成
水质污染自动监测系统 (wPMs)
由一个中心监测站、若干个固定监测
分站和数据传输系统三部分组成的。
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10.2.2子站布设及监测项目
(一)子站布设
与第二章“水和废水监测”中介
绍的原则和方法相同。
(二)监测项目
见书中表 10-3( P499)
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10.2.3水污染连续自动监测仪器
? (一)水温监测仪
? (二)电导率监测仪
10.2.3水污染连续自动监测仪器
(三) pH监测仪
由复合式 PH玻璃电极、温度自动补偿电极、电极夹、
电线连接箱、专用电缆、放大指示系统及小型计算机等组成。
为防止电极长期浸泡于水中,表面沾附污物,在电极夹上带有
超声波清洗装置,可自动清洗电极。由于玻璃电极阻抗高。易
碎及表面容易沾污等缺点,近年来发展采用固体金属电极,其
表面采用机械刷不断清洗,因此性能远比玻璃电极好,特别适
用于自动监测。原理见下图,
10.2.3水污染连续自动监测仪器
(四) 溶解氧
水质受污染时,水中溶解氧将降低,传感元件采用
溶解氧电极,这是 — 种气敏膜电极,有原电极型及极谱池型两
种。
10.2.3水污染连续自动监测仪器
(五)化学需氧量
COD自动测定仪的原理是将化学法测定 COD的程序
自动比、仪器化。可用于间歇、自动测定的仪器有比色式
COD自动测定仪、恒电流库仑滴定式 COD自动测定仪及电位
滴定式 COD自动测定仪。 下图 介绍电位滴定式 COD自动测定
仪。
10.2.3水污染连续自动监测仪器
10.2.3水污染连续自动监测仪器
10.2.3水污染连续自动监测仪器
(六) BOD监测仪
间歇式自动监测仪工作原理示于 图 10— 23。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。
10.2.3水污染连续自动监测仪器
10.2.3水污染连续自动监测仪器
(七) 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,有单通道和双通道两种类型 (见第二章 )。下图是单
通道型仪器的流程图。
10.2.3水污染连续自动监测仪器
(八)其它污染物监测仪器
UV(紫外 )吸收监测仪,TOD监测仪,总
氮、总磷、氨氮、氟化物、氰化物、六价铬与总
铬等监测仪。
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10.3 遥感监测技术
遥感 (RS)是遥远的感知。遥感监测技
术是通过收集环境的电磁波信息对远离的环境目
标进行监测识别环境质量状况的技术。
对环境进行遥感监测的主要方法:摄
影、红外扫描、相关光谱和激光雷达探测。
10.3 遥感监测技术
? 10.3.1摄影遥感技术
? 10.3.2红外扫描遥感监测技术
? 10.3.3相关光谱遥测技术
? 10.3.4激光雷达遥测技术
? 10.3.5用 3S技术研究全球环境问题
10.3.1摄影遥感技术
10.3.2红外扫描遥感监测技术
10.3.3相关光谱遥测技术
10.3.4激光雷达遥测技术
10.3.5用 3S技术研究全球环境问题
? 水质污染遥感监测技术
? 海水油污染遥感监测技术
? 热污染遥感监测图像处理技术
? 水质污染遥感监测判读标志
? 水质富营养化的判读
? 水质污染
遥感监测
技术
? 应用热红外扫
描仪等进行航
空遥感监测水
质污染状况,
由于未污染的
水与被污染的
水两者的比辐
射率不同,因
而即使它们在
相同的温度下
辐射温度也不
相同,从其辐
射温度的差值
显示污染分布
情况。
? 海水油污染遥感监测技术
未污染的海水与覆盖在水面上
的油膜,由于两者的辐射发射
率 (即比辐射率 )不同,从而显示
出海面油污染分布的情况。在
夜晚拍摄的热红外图像上,船
舶翻起的浪花呈现出较暖的色
调显示,像片上呈现出白色条
带,而排油的地方则呈现出黑
色条带。根据油膜的厚薄在像
片上表现为灰阶的不同,可以
计算出石油覆盖的面积和数量
? 热污染遥感监测图像处理技术
热红外扫描图像主要反映目标的热辐射
信息,对监测工厂的热排水造成的污染
很有效,无论白天、黑夜,在热红外像
片上排热水口的位置、排放热水的分布
范围和扩散状态都十分明显,水温的差
异在像片上也能识别出来。因而利用热
红外遥感监测能有效地探测到热污染排
放源。
? 水质污染遥感监测判读标志
对水体的遥感监测是以污染水与清洁水的反射光谱性能研
究为基础的 。
提示:清洁水体反射率
比较低,水体对光有较
强的吸收性能,而较强
的分子散射性仅存在于
光谱区较短的谱段上。
故在一般遥感影像上,
水体表现为暗色色调,
在红外谱段上尤其明显。
水中悬浮物微粒会对入
射进水里的光发生散射
和反射,增大水体的反
射率。悬浮物含量增加,
水体反射率也变大。
? 水质富营养化的判读
水体里浮游植物大量繁生是水质富营养
化的显著标志。由于浮游植物体内含的
叶绿素对可见和近红外光具有特殊的
“陡坡效应”,使那些浮游植物含量大
的水体兼有水体和植物的反射光谱特征。
随浮游植物含量的增高,其光谱曲线与
绿色植物的反射光谱越近似。水体里污
油浓度越高,散射光越强。城市大量排
放的工业废水和生活用水中带有许多有
机物,它们在分解时耗去大量溶解氧,
使水体发黑发臭。当有机物严重污染水
体时,水色漆黑,污染程度轻一些的呈
现各种灰黑色色调。在遥感像片上,这
些水体的反射率很低,呈现为浊黑色条
带。
黑白图像记录水体
的反射光谱是依靠灰度特征
表示的,彩色图像通过丰富
的色彩、色调亮度和饱和度
记录水体表面各种信息,能
突出表现水面细微的变化。
研究表明,应用彩色红外像
片监测水质效果最理想。 一
般清洁的深水在彩色红外像
片上呈现蓝黑色调,而各种
污染水则在蓝绿色基调上发
生色彩变化。所以,在进行
影像色彩处理时,要根据水
体显色特点进行作业,以求
突出水质的信息。根据在城
市地区实验研究的结果,
1:10000比例尺的航空像片是
比较适用的。
10.3.4 简易监测方法