環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器工作原理

我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器行業(yè)起步較晚，大約在2000年才有國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品出現(xiàn)，但發(fā)展迅速。2011年，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器儀表產(chǎn)量348979臺(tái)，同比增長(zhǎng)4.90%;行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值約111.33億元，較2000年增長(zhǎng)超過3倍;行業(yè)收入規(guī)模為107.76億元，較2000年增長(zhǎng)近4倍;規(guī)模以上(年收入2000萬(wàn)元以上)企業(yè)有66家，較2000年的27家增長(zhǎng)近3倍。

隨著我國(guó)工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的發(fā)展，面向"高能耗、高物耗、高污染"的監(jiān)測(cè)和專用優(yōu)化系統(tǒng)將有較大的市場(chǎng)需求。為了滿足實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的要求，鋼鐵、石化、電力、有色金屬等企業(yè)在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求進(jìn)一步增加。

與此同時(shí)，分析儀器領(lǐng)域，尤其是高端環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)領(lǐng)域，不僅僅涉及傳統(tǒng)的光學(xué)、電化學(xué)、色譜、質(zhì)譜類分析技術(shù)，還涉及精密機(jī)械、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化、人工智能等多種核心技術(shù)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的測(cè)量技術(shù)不斷提高，應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

目前，全國(guó)已形成了國(guó)家、省、市、縣4級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。共有專業(yè)、行業(yè)監(jiān)測(cè)站4800多個(gè)，其中環(huán)保系統(tǒng)2200多個(gè)監(jiān)測(cè)站，行業(yè)監(jiān)測(cè)站2600多個(gè)。國(guó)控的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)站103個(gè)、酸雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)站113個(gè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站135個(gè)。此外還建有噪聲監(jiān)測(cè)網(wǎng)、輻射監(jiān)測(cè)網(wǎng)、區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)等。

到2005年，國(guó)控環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整為:環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)站226個(gè)，測(cè)點(diǎn)數(shù)793個(gè);酸雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)站239個(gè)，測(cè)點(diǎn)數(shù)472個(gè);水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站197個(gè)，監(jiān)測(cè)斷面1074個(gè);生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站15個(gè)。

目前，我國(guó)已制定各類國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)410項(xiàng)，覆蓋了大氣、水質(zhì)、土壤、噪聲、輻射、固體廢物、農(nóng)藥等領(lǐng)域。已開展了環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、環(huán)境質(zhì)量周報(bào)、日?qǐng)?bào)、預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè);污染源監(jiān)測(cè)、污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)、污染物總量控制監(jiān)測(cè)、污染源解析監(jiān)測(cè)，環(huán)境污染治理工程效果監(jiān)測(cè)等等。需監(jiān)測(cè)的污染因子達(dá)百余種。

環(huán)境監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展趨勢(shì):

1、以目前人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析為主，向自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測(cè)方向發(fā)展;

2、由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型方向發(fā)展;

3、由較窄領(lǐng)域監(jiān)測(cè)向全方位領(lǐng)域監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展;

4、由單純的地面環(huán)境監(jiān)測(cè)向與遙感環(huán)境監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方向發(fā)展;

6、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器向物理、化學(xué)、生物、電子、光學(xué)等技術(shù)綜合應(yīng)用的高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展。

環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持，隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的發(fā)展，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步，環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器生產(chǎn)形成了一定的規(guī)模。

目前，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的生產(chǎn)企業(yè)有140余家，年產(chǎn)值4.8億元，約占全國(guó)環(huán)保產(chǎn)品產(chǎn)值的2.3。環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的主要產(chǎn)品是各種水污染和大氣污染監(jiān)測(cè)、噪聲與振動(dòng)監(jiān)測(cè)、放射性和電磁波監(jiān)測(cè)儀器。我國(guó)生產(chǎn)的煙塵采樣器、煙氣采樣器、總懸浮微粒采樣器、油份測(cè)定儀、污水流量計(jì)等環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有很大比例。國(guó)產(chǎn)大型實(shí)驗(yàn)室用原子吸收、紫外可見分光光度儀、氣相色譜儀等監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)控制技術(shù)采用程度較低，關(guān)鍵零部件尚依賴進(jìn)口。

我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器多是中小型企業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品基本集中在中低檔的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器，遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作發(fā)展的需要。主要表現(xiàn)為:

①技術(shù)檔次低，低水平、重復(fù)生產(chǎn)嚴(yán)重，規(guī)模效益差;

②產(chǎn)品質(zhì)量不高，性能不穩(wěn)定，一致性較差，使用壽命短，故障率高;

③研究開發(fā)能力較低，在線監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)配套生產(chǎn)能力較低，不能適應(yīng)市場(chǎng)的需要。

環(huán)境監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展趨勢(shì):

2、由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型方向發(fā)展;

3、由較窄領(lǐng)域監(jiān)測(cè)向全方位領(lǐng)域監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展;

4、由單純的地面環(huán)境監(jiān)測(cè)向與遙感環(huán)境監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方向發(fā)展;

5、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器將向高質(zhì)量、多功能、集成化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化和智能化的方面發(fā)展;

1、空氣和廢氣監(jiān)測(cè)儀器:

(1) 污染源煙塵(粉塵)在線監(jiān)測(cè)儀

用于在線監(jiān)測(cè)污染源煙塵、工藝粉塵排放量(濃度或總量)，包括測(cè)量相關(guān)參數(shù):流量、O2、含濕量、溫度等，是實(shí)現(xiàn)污染源排放總量監(jiān)測(cè)的必備監(jiān)測(cè)儀器。

(2) 煙氣SO2、NOx在線監(jiān)測(cè)儀

用于在線監(jiān)測(cè)煙氣中SO2、NOx含量，通過流量測(cè)量，實(shí)現(xiàn)總量監(jiān)測(cè)。

(3) 環(huán)境空氣地面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于空氣質(zhì)量周報(bào)、日?qǐng)?bào)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有:SO2、NOx、CO、O3、PM10等。

(4) 酸雨自動(dòng)采樣器

自動(dòng)采集降水樣品，以便測(cè)定降水的pH值。

(5) PM10采樣器

用于采集環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑10μm以下的顆粒物。

(6) 固定和便攜式機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)儀

用于測(cè)定機(jī)動(dòng)車排放尾氣中CH、CO等含量。

2、污染源和環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器:

(1) 污染源在線監(jiān)測(cè)儀器

污染物排放的總量監(jiān)測(cè)要求濃度與流量同步連續(xù)監(jiān)測(cè)，在線測(cè)流和比例采樣是總量監(jiān)測(cè)的基本技術(shù)手段，對(duì)于重點(diǎn)污染源還需要配備在線監(jiān)測(cè)儀器。

(2) 流量計(jì)

用于規(guī)范化的明渠污水排放口流量的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器。

(3) 自動(dòng)采樣器

用于污染源排放口具有流量比例和時(shí)間比例兩種方式的在線自動(dòng)采樣裝置。

(4) 在線監(jiān)測(cè)儀器

用于工業(yè)污染源或污水排放口的在線測(cè)分析儀器。監(jiān)測(cè)主要項(xiàng)目有:COD、TOC、UV、NH4、NO3-N、氰化物、揮發(fā)酚、礦物油、pH等，應(yīng)具有自動(dòng)校正和自動(dòng)沖洗管路功能。

(5) 環(huán)境水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器

用于地表水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為水質(zhì)常規(guī)五參數(shù)和其它項(xiàng)目，水質(zhì)常規(guī)五參數(shù)包括溫度、pH、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率和濁度，其它項(xiàng)目包括高錳酸鹽指數(shù)、總有機(jī)碳(TOC)、總氮(TN)、總磷(TP)及氨氮(NH3-N)。

(6) 總有機(jī)碳(TOC)測(cè)定儀

總有機(jī)碳(TOC)是反應(yīng)水體有機(jī)物含量的指標(biāo)，可用于污染源或地表水的監(jiān)測(cè)。

3、便攜式現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器

便攜式現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器，用于突發(fā)性環(huán)境污染事故監(jiān)測(cè)，其主要特點(diǎn)為小型、便于攜帶及快速監(jiān)測(cè)。

(1) 便攜式分光光度計(jì)

用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的便攜式分光光度計(jì)，測(cè)試組件一般包括氰化物、氨氮、酚類、苯胺類、砷、汞及鋇等毒性強(qiáng)的項(xiàng)目。

(2) 小型有毒有害氣體監(jiān)測(cè)儀

用于現(xiàn)場(chǎng)有毒有害氣體監(jiān)測(cè)的小型便攜式儀器，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有CO、Cl2、H2S、SO2及可燃?xì)獗O(jiān)測(cè)等。

(3) 簡(jiǎn)易快速檢測(cè)管

用于快速定量或半定量檢測(cè)水中或空氣中有害成分的現(xiàn)場(chǎng)用簡(jiǎn)易裝置，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有CO、Cl2、H2S、SO2、可燃?xì)?、氨氮、酚、六價(jià)鉻、氟、硫化物及COD等。

4、電磁輻射和放射性監(jiān)測(cè)儀器

(1) 全向?qū)拵?chǎng)強(qiáng)儀

用于測(cè)量某頻率范圍內(nèi)的綜合電磁場(chǎng)強(qiáng)。

(2) 頻譜儀

用于測(cè)量不同頻率電磁輻射的場(chǎng)強(qiáng)及譜分布。

(3) 工頻場(chǎng)強(qiáng)儀

用于測(cè)量50HZ工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度。

(4) 大面積屏柵電離室α譜儀

測(cè)量環(huán)境介質(zhì)中α放射性核素的濃度。

(5) 全身計(jì)數(shù)器

用于監(jiān)測(cè)職業(yè)工作者或公眾的全身污染情況。

(6) 環(huán)境輻射劑量率儀

用于監(jiān)測(cè)環(huán)境貫穿輻射水平。

一是:國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器大多是中小企業(yè)生產(chǎn)的中低檔產(chǎn)品，技術(shù)水平比較低，產(chǎn)品種類少，故障率比較高，使用壽命比較短，這導(dǎo)致監(jiān)測(cè)頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不能及時(shí)反映排污狀況。

二是:在我國(guó)，高質(zhì)量的分析儀、專用監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)絕大多數(shù)是從國(guó)外引進(jìn)的，國(guó)產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器占有的份額很小。國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器研究開發(fā)能力比較低，在線監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)配套生產(chǎn)能力比較低，不能適應(yīng)市場(chǎng)的需要。

三是:國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器行業(yè)經(jīng)營(yíng)管理能力差，勞動(dòng)生產(chǎn)率不高，趨同化傾向嚴(yán)重。

五是:當(dāng)前，國(guó)內(nèi)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展緩慢，主要是受到各地重視程度不夠，儀器設(shè)備質(zhì)量不夠理想，服務(wù)不到位，無法與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，不規(guī)范操作和不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致市場(chǎng)無法健康發(fā)展，難以吸引國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。環(huán)境自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)市場(chǎng)亟待拓展。

未來環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)將有兩個(gè)發(fā)展方向:一是，大型的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的綜合性企業(yè);另一種是一批極其專業(yè)化的中小型企業(yè)，它們主要擅長(zhǎng)某類技術(shù)或精于某種產(chǎn)品或服務(wù)，其特點(diǎn)是規(guī)模小，人員專、富于經(jīng)驗(yàn)。一大批生產(chǎn)企業(yè)迅速的發(fā)展起來了，國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域只靠進(jìn)口儀器的現(xiàn)狀開始得到改變。同時(shí)，企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)單位、金融、市場(chǎng)中介實(shí)現(xiàn)溝通與互動(dòng)，規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)和規(guī)?；袌?chǎng)正在逐步形成。

為了引導(dǎo)和促進(jìn)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的技術(shù)水平，特編制環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展指南。