空气自动站技术方案

环境空气质量连续监测系统

技

术

方

案

目录

一、环境空气监测的必要性 (3)

二、技术方案 (4)

(一) 系统组成及结构图 (4)

1.1污染物监测方法 (5)

1.2 数据采集、传输系统与中心站 (5)

1.3 中心站 (6)

(二) 设备选型、技术指标及性能 (6)

2.1、DOAS气体监测仪 (6)

2.2、大气颗粒物监测仪 (9)

2.3、气象系统 (12)

2.4、数据采集和处理系统 (14)

2.5、中心站系统 (16)

2.6、长光程差分吸收法与干法点式的比较 (18)

三、子站房建设设计 (19)

四、施工组织方案 (23)

五、系统运行与日常维护方案 (26)

六、单套空气子站系统供货清单 (28)

一、环境空气监测的必要性

洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，是维持生命所必需的物质。大气有一定的自我净化能力，因自然过程等进入大气的污染物，由大气自我净化过程从大气中移除，从而维持洁净大气。但是，随着工业化进程的加快，经济的高速发展，生产和消费规模日益扩大，越来越多的污染物源源不断地排放到大气环境中，改变了大气的正常组成，增加自然界自身净化的负担，使空气质量变坏；另一方面，由于人类生产活动的发展，人类对自然界的攫取越来越多，对生态环境的破坏越来越严重，削弱了自然界自身净化的能力，导致了大气污染物浓度不断地增加。当我们生活在受到污染的空气之中健康就会受到严重影响。

表1 新《环境空气质量标准》浓度限值

当前我国大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加从而导致以机动车排放为主导的光化学烟雾污染严重；氮氧化物污染呈加重趋势，很多大城市臭氧的大气浓度呈现上升趋势，大气污染控制急需尽快提上日程。

二、技术方案

环境空气质量连续自动监测系统是是一种集光、机、电及计算机技术为一体的高科技产品，采用国家环保总局最新推荐的开放长光程分析方法及美国环境保护组织（USEPA）推荐的β射线吸收法，利用光学差分吸收光谱技术研制而成，与传统的点式仪器相比，具有在线连续测量、系统工作稳定、测量范围广(遥测功能)、运行维护费用低、维护周期短、无需人员监守等优点。

(一)系统组成及结构图

全套系统由长光程差分吸收光谱（DOAS）气体监测仪、PM10自动监测仪、PM2.5监测仪、气象站系统及数据采集器和中心站统计分析软件等几部分组成。由长光程差分吸收光谱气体分析仪测量空气中SO2、NO2、O3及苯系物等痕量污染物的浓度；由空气质量PM10自动监测仪器和PM2.5监测仪测量空气中可吸入颗粒物(inhalable Particulate Matter)10微米以下和2.5微米以下的固态粉尘颗粒的浓度；气象站系统测量环境空气中的风向、风速、气压及温湿度。上述几种监测仪把测得的结果送入数据采集器进行储存及记录，并把测量数据远传到中心站进行分析、统计并生成各类报表。

子站

图1 系统组成结构图

1.1污染物监测方法

表2 污染物监测方法

1.2 数据采集、传输系统与中心站

上述几种监测仪把测得的结果通过模拟量输出接口（0-1、0-5、0-10或4-20mA）或数字量接口（RS232或RS485接口）将分析仪测量的结果传输至数据采集器保存，并通过传输系统把测量数据远传到中心站进行分析、统计并生成各类报表。

采用的Modem/ADSL 通讯方式。如图2所示：

图2 数采系统与中心站的通讯方式

1.3 中心站

采用目前配置比较高的国内知名品牌的电脑作为中心站电脑，并安装一套中心站软件，实现用户的数据处理及报表统计、打印功能。

(二) 设备选型、技术指标及性能

2.1、DOAS 气体监测仪 1） 测量原理：

长光程差分吸收光谱（DOAS ）气体分析仪通过被测物质对各特定波长的光的吸收情况来检测化学物浓度。可同时测量SO 2， NO 2，O 3、苯系物等多种污染物。

气体分子具有各自的特征吸收截面，DOAS 技术是通过研究气体对光源强度的特征吸收以确定其浓度。气体在大气中的吸收服从比尔定律，见下式：

})(exp{)()(0C L I I λσλλ-=

式中：

)(0λI －光源发出的起始光强； )(λI －经过L 距离传输后的光强；

L —光程；

)(λσ－气体的吸收截面；

C －测量气体的浓度。C 就可以从实验中测量并计算：

)(/)}(/)(ln{0λσλλL I I C =

光源（氙灯）发出的光，通过卡塞格伦望远镜系统准直传输到大气路径，一部分光被安放在路径另一端的角反射镜反射回来，被望远镜接收聚焦在光纤的入射端面。光纤把光导入光谱仪，经光谱仪分光，出射约为66nm 的谱宽。光谱被探测器——光电二极管阵列PDA 接收后，将光信号转变为电信号，经A/D 模数转化后的数据通过计算机进行进一步处理。通过比较经过大气痕量气体吸收的大气光谱与灯谱的不同而确定大气中的气体成分。由于每种气体都有自己的特征吸收光谱，分析光谱的谱线结构及变化就可以确定吸收气体及气体的浓度。结构图如图3所示。

图3 DOAS 系统光路结构

2） 技术指标

项目 SO 2

NO 2 O 3

表3 DOAS气体分析仪技术指标

3）技术特点

1、阵列探测器，一次获取72nm宽的光谱，不需要频繁切换光谱区间，具

有高时间分辨率。

2、精度高，信噪比高，浓度测量下限低。

3、可实时、连续测量。

4、可同时监测多种气体成分，新增监测项目无需改变硬件。

5、完全非接触在线自动监测。该技术不需要抽取样品（传统的湿法化学监测

技术和干式电化学法自动监测技术均需采样），避免了由于采样带来的不准确性，可完全真实反映大气的污染状况。