第8章 现代监测技术.docx

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第8章现代监测技术

第8章现代监测技术

第1节大气污染连续自动监测系统

环境监测的时效性和地域性，或网络化监测需要环境监测技术的现代化。

本章介

绍大气和水污染连续自动监测系统；环境遥感监测技术；现场快速监测技术等。

通过学习了解一些基本的原理和原则，为今后工作打下基础。

自动监测：

是指在人为设置程序后，由仪器、仪表、计算机和其他设备组成的系

统，执行从环境采样、预处理、测定、数据分析和整理直至打印出最终报告的全

过程。

环境自动监测系统：

不论是大气质量或水质量连续自动监测系统都是由一个中

心监测站、若干个子站和信息传输系统组成。

该系统是一个由监测仪器、数据通信、计算机组成的网络。

中心站是网络的指挥中心也是信息数据处理中心，它配有网络中心交换机，通信

系统（有线、无线）等，主要任务是按预定程序通过网络向各子站发出各种指

令，管理子站的各种监测工作，收集子站的各种监测数据，并进行数据统计与处

理，建立数据库，打印统计表或绘制污染图形；对突发事故向有关部门发出警报

等。

中心站可以是连续运转，也可以是间歇式运转，这取决于监测系统是联机运

行还是脱机运行。

子站配有自动测定各种污染物的仪器仪表、计算分机、通信系统等。

主要任务是

时刻监测各种污染物、处理结果、贮存数据和上报数据。

子站的工作特点是连

续、自动、常年不断。

一、大气污染连续自动监测系统的组成

1、监测中心站（即总站）

2、若干个子站（一般为6个）

3、信息传输系统

中心站的主要任务是：

向各子站发送各种工作指令；管理子站的工作；定时收集子站的监测数据并进行

处理；打印各种报表，绘制各种图形。

二、子站的布设及监测项目

（一）子站的布设

各子站的布点方法和设置数目决定于监测目的，监测网覆盖区域面积、人口数量

及分布，污染程度、气象条件和地形地貌等因素，可用经验法、统计法、模式

法、综合优化法等方法确定。

子站位置的选择应满足以下条件：

（1）代表性：

指所获得的数据能反映一定地区或一个区域范围大气污染物的浓

度水平及其波动范围，其周围应无污染源、高大建筑物、树木等干扰。

（2）可比性：

系指各子站的各种工作条件如测定方法、仪器、采样参数等应尽

可能标准化、统一化，使其获得的数据彼此可比。

（3）实用性：

即满足仪器设备正常运转所需其他物质条件，如仪器长期运转、

有足够的电力供应、有保暖和散热设施、便于维修等。

（二）监测项目

各国大气自动监测项目基本相同，有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、

一氧化碳（CO）、总悬浮颗粒物（TSP）或飘尘（PM10）、臭氧（O3）、硫化氢（H2S）、

总碳氢化合物（HC）、甲烷（CH4）、非甲烷烃及气象参数等。

我国《环境监测技术规范》中将地面大气自动监测系统的监测点分为Ⅰ类测点

和Ⅱ类测点。

Ⅰ类测点数据按要求进国家环境数据库，Ⅱ类测点数据由各

省、市管理。

Ⅰ类测点监测项目：

必测项目:

二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总悬浮颗粒物（TSP）或

飘尘（PM10）、一氧化碳（CO）

加上五项气象参数（气温、湿度、大气压、风向、风速）。

选测项目:

臭氧（O3）、总碳氢化合物（HC）。

Ⅱ类测点的测定项目可根据具体情况确定。

三、自动监测站的取样装置和污染监测仪器

1、采样系统可采用集中采样和单机分别采样两种方式。

集中采样是在每一子站

设一总采气管，由引风机将大气样品吸入，各仪器的采样管均从这一采样管中分

别采样，但总悬浮颗粒物或可吸入尘应单独采样。

单独采样系指各监测仪器分别

用采样泵采集大气样品。

实际工作中，多将这两种方式结合使用。

2、大气污染自动监测仪器

大气污染自动监测仪器是获得准确污染信息的关键设备，必须具备连续运转

能力强、灵敏、准确、可靠的特点。

目前常用的监测仪器和方法有：

二氧化硫（SO2）：

脉冲紫外荧光SO2分析仪（0-10ppm）、库仑滴定仪、色谱法、

溶液电导法。

氮氧化物（NOx）：

化学发光NOx分析仪（0-10ppm）、分光光度法、电化学法等。

一氧化碳（CO）：

非色散红外CO分析仪（0-30ppm）、色谱法等。

臭氧（O3）：

紫外光度O3分析仪（0-10ppm）、化学发光法等。

总碳氢化合物（HC）：

气相色谱仪（FID）。

飘尘（PM10）：

β射线飘尘监测仪（5-1000μg/m3）、光散射法。

总悬浮颗粒物（TSP）：

大容量采样TSP测定仪（非自动）。

四、流动监测

大气污染监测车：

指装备有大

气污染自动监测仪器，气象参数

观测仪器，计算机数据处理系统

及其他辅助设备的汽车。

它是一

种流动监测站，也是大气环境自

动监测系统的补充，可随时开到

污染事故现场或可疑点采样测

定，以便及时掌握污染情况，采取有效措施。

我国生产的大气污染监测车装备的监测仪器有:

SO2、NOx、CO、O3等的自动监测

仪;空气质量专用色谱仪（可测总烃、CH4、C2H4、C2H2及CO）；测量风向、风

速、温度、湿度的小型气象仪；电脑系统；配电系统等。

第2节水污染连续自动监测系统

水质污染的自动连续监测较大气

污染自动连续监测困难，这是因

为水中污染物种类更多，成分更

复杂，且含量多为痕量的，这些

为连续自动监测技术带来了困

难。

目前主要是先连续自动监测

那些反映水质污染的综合指标项

目，然后再增加其他污染物项

目。

一、水污染连续自动监测系统的组成

由一个监测中心站、若干个固定监测站（子站）和信息数据传输系统组成。

中心站任务与大气自动连续监测系统中的中心站任务相同。

各子站装备有采水设

备、水质污染监测仪器及附属设备，水文、气象参数测量仪器，微型计算机及无

线电台。

其主要任务是对设定的水质参数进行连续或间断自动监测，并将测得的

数据作必要处理；接受中心站的指令；将监测数据作短期贮存，并按中心站的调

令，通过无线电传输系统传递给中心站。

二、子站布设和监测项目

（一）子站布设

通过调查研究，收集水文、气象、地质和地貌、污染源分布及污染现状、水体功

能、重点水源保护区等基础资料，然后经过综合分析，确定各子站的位置，设置

代表性的监测断面和监测点。

（二）监测项目和方法

世界上许多国家都已经建立了以监测水质污染综合指标及某些特定项目为基础的

水质污染自动监测系统，简称AWMS或WQMS。

即在一个水系或一个地区设置若干个

装备有连续自动监测仪器的监测站，各监测站的监测项目根据水源的主要用途及

监测站的主要任务而定。

通常监测的项目有：

一般指标：

水温、pH、电导、氧化还原电位、溶解氧、浊度、悬浮物等。

水质的污染程度指标：

BOD、COD、TOC、TOD、UV吸收等。

水质的污染物：

金属离子、氰化物、酚、农药等。

水质的生物指标：

大肠杆菌群数、细菌总数等。

水文气象参数：

流量、流速、水深、潮级、风向、风速、气温、湿度、日照量、降雨量等。

监测项目和方法----表

三、取样装置和监测仪器

采样装置：

由过滤器、泵、送水管、高位贮水槽组成。

一般有二套，轮换使 

用，保证采样不间断。

监测仪器：

BOD、COD、TOC、TOD等监测仪器采用“间歇式取样检出法”，紫外吸

收监测仪器采用“流通式检出法”。

水污染自动连续监测系统目前存在的主要问题是监测仪器长期运转的故障率

高、可靠性较差，监测项目有限，经常发生传感器玷污，采水器、样品流路堵塞

等故障。

第3节遥感监测技术

一、概念

[---图1] 

[---图2] 

[---图3] 

[---图4]

遥感监测就是用仪器如遥感飞机、航天实验室、地球卫星等对一段距离以外的目

标物或现象进行观测，是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息，对其进行

识别，分析，判断和给出结果的自动化程度更高的监测手段。

它的监测范围可以很大、很广、很深，监测得很全面，可以是瞬时的也可以是长

时间的，可以定点监测，也可以跟踪测量，遥感监测将对环境监测产生深远的影

响。

二、方法

[---图5] 

[---图6] 

[---图7] 

[---图8]

遥感监测从原理上说是对物质的电磁波、热辐射、产生的光谱远距离收集、处

理、还原、计算机识别，直至得出结论。

目前对环境污染进行遥感监测的主要方

法有摄影、红外扫描（热扫描）、相关光谱（滤光光谱）和激光、雷达探测等。

1、摄影遥感：

其原理是基于目标物或现象对电磁波的反射特性有差异，用感光

胶片感光记录就会得到不同颜色或色调的照片。

适用于对土地利用、植物、水

体、大气污染状况进行监测。

摄影有黑白全色摄影、黑白红外摄影、天然彩色摄影和彩色红外摄影。

彩色红外

摄影效果最好，获得的环境污染影像轮廓清晰，能鉴别出各种农作物和其他植物

受污染后的长势优劣。

2、扫描：

主要有多光谱扫描和红外扫描，用于观测河流、湖泊、水库、海洋的

水体污染和热污染有较好效果。

在红外扫描图像上常能发现污水排入水体后的影

响和扩散特征。

3、相关光谱遥测技术：

是基于物质分子对光吸收的原理并辅以相关技术的遥测

方法。

在吸收光谱技术基础上配合相关技术是为了排除测定中非受检组分的干

扰。

这种技术采用的吸收光为紫外光、可见光，故可利用自然光做光源，特殊场

合下也可用人工光源。

该技术目前只限于测定NO、NO2和SO2。

4、激光、雷达遥测技术：

将激光光束或电磁波束射入大气或水体中，由于反射

光随大气和水的化学组成的不同而变化，通过对反射光的分析，可测量出污染物

的分布情况。

航天和航空遥感对环境污染可做到大面积同步，这是别的手段所做不到的。

环境

卫星可每隔一定时段对地面重复成像，进行连续监测，掌握环境污染的动态变

化，预报污染发展趋势，这是遥感手段研究环境的独特之处。

三、应用

目前，遥感技术在环境科学中主要应用于：

1、大气环境遥感：

可对全球性大气污染状况和一个国家、一个城市的大气污染

程度及其对生态的影响作出估价。

气象卫星除能提供卫星云图进行大气研究外，也能对河流排泄的泥砂浑浊流和海

上漂油进行监测。

大气污染遥感即采用遥感技术监测大气污染，可以在较短时间内获知大范围的大

气污染状况。

大气污染遥感所使用的仪器有气体滤光分析器、红外干涉仪、傅里叶变换干涉

仪、可见光辐射偏振仪和激光雷达等。

2、陆地环境遥感：

陆地卫星上也反映大面积水质差异变化。

如海面受到污染

后，被油污覆盖的水面蒸发受到抑制，温度高于四周水面，在遥感图像上，油污

处出现浅色。

3、水污染遥感：

即应用遥感飞机、航天实验室、地球卫星对地面水体和海洋进

行遥感监测的技术。

此项技术能连续、快速地测定河流、湖泊、水库和海洋的污

染特征，以及水污染的总体分布和污染源的位置。

使用的仪器有红外扫描仪、多

光谱扫描仪、微波系统和激光雷达等。

4、海洋环境遥感：

海洋卫星能够监测海洋表层的许多污染状况。

海洋遥感覆盖

面积大，具有同时性，能够在几乎同等条件下把获得的资料同船舶测点取样进行

对比，能连续长期而且快速地观测到海洋的特点，而且可以得到用船舶观测法不

能完整观测到的海洋特征，如海洋表面水温、海流移动、海水分布、波浪、沿海

岸泥沙混浊流，以及赤潮、海面油污染等。

法国、日本、美国都已应用遥感技术研究环境。

中国自1980年起开始比较系统地

应用遥感技术探测天津市和渤海湾海面的污染特征。

2002年5月15日，中国发射

一颗名为“风云一号”D星的海洋水色卫星，用于海洋环境监测。

第4节简易监测方法

鉴于环境污染的特点，环境监测是一项十分复杂的工作。

它要求仪器能灵敏、快

速、准确、自动地显示出污染物的浓度和分布。

为了适应野外和现场的大量监测

工作，需要发展一些便于携带、操作简便、成本低廉，又能满足一定灵敏度和准

确度要求的简易仪器和方法。

常用的简易分析技术有环炉技术、检气管法、溶液快速法和试纸比色法。

1、环炉技术

环炉技术是1954年奥地利微量分析化学家魏兹（H.Weisz）首先提出来的。

它来

源于点滴分析，早期应用只限于定性和半定量，后来由于浓缩技术的发展和新的

化学反应技术的应用，环炉技术已成为一种简单、灵敏、快速的微量分析方法。

目前已成功地用于环境污染、家属合金、地质、临床、生化、法医等方面的分析。

环炉技术是借滤纸的毛细效应，以适当的溶剂冲洗采集在滤纸中央的微量试样，

通过冲洗过程中的某种沉淀、萃取和离子交换等作用，将微量试样中的待测组分

选择性地洗出，通过环炉加热而浓集在外圈，然后用适当的显色剂进行显色，达

到分离和测定的目的。

特点：

1）具有高的灵敏度，测定范围为10-6-10-9g。

2）设备简单、方法快速、成本低。

其主要设备是一只环炉，结构简单，且易自

行制作。

从取样到测定一般只需30min，试剂用量也少。

仪器、试剂可同装入一

只手提箱中，便于现场测定。

3）准确度较高，其相对误差在大多数情况下都能控制在15%范围内。

近年来环炉技术已成功地应用于环境分析。

已研究过的有汞、镉、铬、铜、铅、

锌、锰、铁、铝、钴、银、硒、铍、镁、钙、锶、锑、钒、铯、磷、硫酸盐、氯

化物、磷酸盐、氟化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氰化物、二氧化氮、一氧化碳、硫

酸烟雾、氯气、农药残留量等30余种。

2、检气管法：

是用试剂浸泡的多孔性固体载体颗粒制成指示粉，装在玻璃管

中，当被测空气以一定速度经过此管时，被测组分与试剂发生显色反应，根据生

成有色化合物的颜色深度或变色柱的长度来确定有害气体的浓度，可在现场进行

定性定量测定。

优点：

现场使用简便、测定快速、便于携带、有一定准确度。

适用：

适于测定空气中的气态或蒸气态物质，不适合测定气溶胶态的物质。

废水中某些污染物的测定也可用检气管法，废水经化学处理使待测组分变成易挥

发物质，用空气把它吹入检气管中进行测定。

目前已有多种有害气体检气管可供使用，如CO、CO2、SO2、H2S、O2、NH3、NOx、

HCN、丙烯腈、磷化氢等，另外废水中的硫化物和氰化物等有毒物质的测定也可

采用检气管法。

3、试纸比色法

试纸比色法是以滤纸采样，直接在纸上与显色剂反应产生颜色变化，再与标准色

板比色定量的方法。

它适用于各种状态的有害物质的测定。

常用的试纸比色法有两种：

1）将滤纸浸渍试剂制成试纸，使用时悬挂在待测空气中，或者将试纸放在采样

夹中，用注射器抽取一定量气样。

气样中有害物质与显色剂反应，试纸发生颜色

变化，与标准色板比色定量。

此法多用于测定空气中气态、蒸汽态、雾状的物

质，不适于测定烟和粉尘。

2）将滤纸放在采样夹内，用过滤法抽取一定量气样，再在采样后的滤纸上滴加

或喷射显色剂，使滤纸发生颜色变化，然后与标准色板比色定量。

该法适用于烟

或粉尘的测定。

试纸比色法也可用于水质监测。

如pH试纸测定溶液的pH值，溴化汞试纸测定水中

的砷。

试纸比色法简便、快速，便于携带，测定范围广，但误差大，是一种半定量方

法。

4、溶液快速法

本法是使待测空气中有害物质与显色液作用，显色后用标准管或人工标准管比色

定量。

其灵敏度、准确度都较试纸法高。

一般不用预先作特殊处理即可现场使

用。

常用的溶液快速法有两种：

一种是吸收液兼作显色剂，当待测空气通过吸收液时，立即显色，根据变色强度

与标准管的比较，在现场即可测出有害物质的浓度。

另一种是有害物质与显色剂反应速度太慢，不能在抽气时完成反应，或不适宜在

采样时显色。

则往往将有害物质吸收后，再加入1-2种试剂，放置片刻使之反应

显色，再比色定量。

有时由于标准系列不能长期保存，可应用无机或有机的不易褪色的染料或颜料模

仿标准色列的颜色，制成不同浓度的色阶，保存在同吸收管内径一样的小比色管

或安瓿瓶中制成人工标准系列，避光保存。