环境空气自动监测系统简介

环境空气自动监测系统简介环保气站服务部聚光科技（杭州）股份有限公司2019年10月14日主要内容监测背景监测因子及其意义仪器构成和简介站房和配套设施建设其它环境空气监测的背景和意义空气是指包围在地球周围的气体。空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。为了准确地评估区域空气质量，我们需要实时监测。空气污染的主要来源交通电厂自然界工业其他大气污染物二次污染物NO2SO42-NO3-Aldheydes光化学污染O3NO2HNO2HNO3Radicals(OH,NO3,CnHn)原始的污染物SO2H2SNONH3COCO2VOCsPMO3植物代谢气细菌代谢气其他什么是悬浮颗粒物PM10（particulatematter）有些颗粒物因粒径大或颜色黑可以为肉眼所见，比如烟尘。有些则小到使用电子显微镜才可观察到。通常把空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘。可吸入颗粒物的浓度以每立方米空气中可吸入颗粒物的毫克数表示。PM2.5和PM1的含义同上。PM10与PM2.5的区别PM2.5也称为可入肺颗粒物。大气成分中含量很少，但它对空气质量和能见度等有重要的影响；由于粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM10是可吸入颗粒物，一般名称上讲可吸入颗粒物指的是PM10，能够从上呼吸道，通过声门达到下呼吸道。细颗粒物（PM10/2.5/1)的来源自然界：扬尘、海盐、花粉、细菌等。人类活动：生产、生活、交通等。大气化学反应：大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物，实现由气体到粒子的相态转换。自动监测站的技术特点自动化重复性和可靠性减少劳动量实时监测、快速响应产生大量数据进行分析、总结AQI指数AQI-AirQualityIndex。2012年3月发布。IAQIAQI指数的影响一般的监测因子及其所使用的仪器API自产热电—SO2API100EAQMS-50043i—NOxAPI200EAQMS-60042i—COAPI300EAQMS-40048i—O3API400EAQMS-30049i—PM10/2.5/1.0MetOneBAM1020BPM-200sharp系列和toem系列—VOCSynspecGC955GC系列无监测因子及其危害SO2、H2S：刺激呼吸道，与悬浮颗粒物有联合毒性作用。NO、NO2、NOX：刺激呼吸器官，引起急性和慢性中毒。CO：中毒，吸入浓度为0.5%的一氧化碳会造成死亡。O3：地表臭氧对眼睛、呼吸道有侵蚀和损害作用，也对农作物或森林有害。悬浮颗粒物（PM10、PM2.5、PM1）：可吸入，有较强的吸附能力，可吸附各种金属粉尘和强致癌物苯并（a）芘、吸附病源微生物等。特殊污染因子VOC：VolatileOrganicComponds挥发性有机化合物Ozone臭氧Good距地面20-25kmBad地表O3现状IIVOC包括POCPs烯烃芳香烃丁二烯乙炔TherpenesEtc.空气监测站分析仪器构成灰霾监测因子特殊监测因子VOCVOC分析仪常规监测因子SO2NOXCOO3颗粒物浊度能见度气溶胶等等大气监测站采样设施大气监测站采样设施大气监测站内部概览大气监测站机柜摆放大气监测站内部典型仪器大气监测站内部典型仪器大气监测站内部典型仪器离子色谱OC/EC粒径谱仪激光雷达能见度仪和太阳光度计颗粒物分析仪的采样装置离子色谱的采样装置NOY分析仪的转化炉分析系统组成数据传输示意图现场监控软件AD模块DI模块通讯模块(LAN/PSTN)GSM/CDMA模块DO模块RS232RS485本次培训涉及的仪器仪表API100ESO2分析仪API200ENOX分析仪API300ECO分析仪API400EO3分析仪API700E动态校准仪API701零气发生器SynspecGC955系列VOC分析仪TE1405颗粒物分析仪APISO2分析仪APISO2分析仪原理M100E基础部件为一个紫外(UV)类(A)、校准偏差的凸透镜（B）、样气反应室（C）和参考检测器（D）。紫外灯发出一束光通过反应室，由检测器测量光的强度。APISO2分析仪原理在光路上增加一片UV光滤光片，只有214nm的紫外光通过反应室。APISO2分析仪原理增加一个泵，让样气通过反应室。APISO2分析仪原理样气中如果有SO2气体通过反应室，214nm的紫外光子撞击SO2分子，产生330nm的紫外荧光。APISO2分析仪原理增加一个330nm的滤光片(F)、凸透镜(L)和光电倍增管检测器（PMT），可以检测荧光，并通过冷却PMT，以降低信号的背景噪声，因此需增加一个热电冷却器(C)减少PMT温度到7-9oC。APISO2分析仪原理为减去分析仪里的其他的测量噪声，增加一个DARKSHUTTER(S)。当SHUTTER打开时候，光就会通过反应室。而当SHUTTER关闭时候，就没有荧光发生，输的只是电路光学信号，对SO2的荧光的不相干的，这个DARKOFFSET会计算时减去。APISO2分析仪原理为保证仪器24小时不间断测量，样气首先需要经过一个5um的PTFE（聚四氟乙烯、也称特氟龙）滤膜；为保证气路流量恒定（650ml/min）和数值显示，配制一个限流孔装置和流量传感器；另外也配置了样气温度和压力传感器；和为去除碳氢化合物对测定影响，在气路上串联上去烃器（KICKER）。APISO2分析仪原理项目中，通常M100E分析仪选装由CPU控制的PTFE（特氟龙）零/满阀，主要为了便于用户直接将校准气体接入仪器，自动进行零/满检查或校准。APISO2分析仪原理M100E仪器测量方法的物理原理是紫外荧光法，当紫外光在波长范围190nm-230nm时，激发SO2后，产生荧光。这个反应分两步进行。APISO2分析仪原理第一步，当SO2分子被恰当波长(190nm-230nm)的紫外光子撞击，保留了一些过剩的能量，引起SO2分子的其中一个电子跃迁到一个更高能量轨道状态。在M100E仪器的情况下，UV光源的一个波段的光可以通过滤光片，受激发的气体限制UV光的波长大约为214nm。APISO2分析仪原理第二步，激发态的SO2分子，会自发跃迁回到基态，并释放出330nm波长的光。测量这个光强，可以计算出SO2的质量，除以反应室体积，就得到SO2的浓度。APISO2分析仪的信号传递首先，HVPS给PMT检测器供电HVPSModel100EPMT输出微弱的电流信号，经过前置放大器板P，转换成电压信号，通过V-to-F转换成频率信号输入到CPU进行计算和存储。HVPSPV-to-FCPUModel100EPMT温度需要控制在5o-10oC。HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTModel100E采样温度、采样压力和机箱温度传感器HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTSTSPBTModel100E参比检测器的信号传递也是一样的。同样，反应室的温度（50C）由H和RT监测。HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTSTSPBTREFRTHModel100E每30min，SHUTTER关闭一次。HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTSTSPBTREFRTHSHUTTERModel100E最后得到SO2浓度的计算公式。P/2P(D/C)/2-(S+O)P1/2日常维护SO2–APIModel100E项目时间频率更换滤膜0.1hr.每2周更换泵膜0.2hr.每半年清洗反应室0.5hr.每年检查气路0.1hr.每年工厂校准1.0hr.每年检漏0.5hr.每年APINOX分析仪APINOX分析仪APINOX分析仪背部面板Model200EO3和NO混合会产生化学荧光反应O3NOAPINOX分析仪首先反应会产生激发态的NO2*和氧气O3+NONO2*+O2Model200ENO2*不稳定，很快会跃迁回基态，同时释放出1100nm的光NO2*NO2+h1100nmModel200EO3Gen通过电弧放电，将空气中的O2转换成O3，并将其输入到反应室。RxO3GENModel200E采样泵将样品抽入。RxO3GENSAMPLEPModel200E通过限流孔将反应室压力控制在5”Hg.RxO3GENSAMPLEPCFOCFOModel200E使用PMT监测由于NO产生的荧光RxO3GENSAMPLEPPMTModel200EF是光栅TEC是制冷片RxO3GENSAMPLEPPMTFTECModel200ENox=NO+NO2，.为了监测NO2，我们让样品通过/不通过转化炉（MOLY，315oC），MOLY会将NO2转化成NO进行测量，两者的差值即为NO2的浓度。RxO3GENSAMPLEPPMTFTECNO/NOxMOLYModel200EAZV用于测量背景RxO3GENSAMPLEPPMTFTECNO/NOxMOLYAZVModel200ERxO3GENSAMPLEPPMTFTECMOLYFDRYERDRYER和F用于过滤空气Model200ERxO3GENSAMPLEPPMTFTECMOLYFDRYERSF用于过滤样品中的灰尘，D用于去除未反应的O3SFDModel200ERxO3GENSAMPLEPPMTFTECMOLYFDRYERZero/Span阀用于切换样品和校准气体SFSAMPLESPANZEROOPTIONDModel200E电路方面，首先是检测器PMT和高压电源HVPSHVPSModel200EPMT输出微弱的电流信号，经过前置放大器板P，转换成电压信号，通过V-to-F转换成频率信号输入到CPU进行计算和存储。HVPSPV-to-FCPUModel200EPMT输出的信号首先经过P转换成电压信号，再通过V-to-F转换成频率信号输入CPU进行计算和存储。HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTModel200ET0、ST、SP和BT分别对应PMT的温度传感器、采样温度传感器、采样压力传感器和机箱温度传感器HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTSTSPBTModel200E反应室温度需要控制在50oC，H是反应室的加热装置，MFT是O3流量传感器，DP是差分压力传感器，用于测量采样流量。HVPSPV-to-FCPUSWITCHERTSTSPBTRTHMFTDPModel200EModel200ENONO2NOx以上是化学荧光法NO/NO2/NOX分析仪的气路电路结构。APINOX分析仪的日常维护NO/NO2/NOx-Model200E项目耗时频率更换滤膜0.1hr.每两周清晰反应室0.5hr.每年流量测试0.1hr.每年测试转化炉效率0.5hr.每半年检查气路结构0.1hr.每年工厂校准1.0hr.每年检漏0.5hr.每年APICO分析仪APICO分析仪背面板接口分析原理：某种分子固有的吸收光谱波长相等的红外光线单色光，照射具有一定厚度的这种分子层时，入射光的强度与透过光的强度之间的关系与可见光一样，符合朗白－比尔定律式中：IO＝红外线入射光强度I=红外线透过光强度a=分子的吸收系数（CO在4.7um)L=分子层厚度C=分子的浓度I=Ioe-aLcModel300EModel300EM300E就是利用朗白-比尔定律来测定浓度，在吸收光径上CO的浓度。但是有许多气体在4.7um波长光均也有吸收，如CO、H2O，而他们相比CO来说更常见而且是大量的。M300E采用了GFC（气体相关过滤）技术来排除这两种气体干扰，而且对其他干扰气同样有效）c=ln(Io/I)(1/aL)Model300EGFC设计:最早我们用的是一个特殊金属层设计成GFC轮。Model300EGFC最新技术：现在我们将GFC轮上挖出了两个间隔的空洞。一个充满了氮气。这个叫做测量池。另一个充满了高浓度的一氧化碳气体，这个叫参考池。气轮两边贴面为类似“玻