p FTIR技术是近年来快速发展起来的一种综合性探测技术。傅里叶变换红外光谱技术利用干涉图和光谱图之间的对应关系,通过对迈克尔逊干涉仪测量的干涉图进行傅里叶积分变换来测量和研究光谱图,通过对光谱图定量解析获取待测气体浓度信息。该技术具备实时、在线、连续、多组分同时监测能力,无需频繁校准,国际上利用该技术开展了对大气环境及大气污染的观测及研究工作。 /p p 与很多仪器相似,多年来中国市场上FTIR仪器被国外品牌长期垄断,国内厂商尚不具备FTIR仪器相关核心技术的研发能力。为了突破制约国内FTIR仪器的关键技术及其市场应用,国内众多学者做出了长久的努力,其中中国科学院安徽光学精密机械研究所就有一支团队,在刘文清院士和刘建国研究员的指导下,在高闽光研究员的带领下,一直致力于我国FTIR技术的发展进步。近日,仪器信息网编辑采访了其团队成员李相贤博士,请其为我们介绍了该团队做出的努力和成果。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/9bc22e3e-17c8-4d42-a2b6-db1ac06f1d53.jpg" title=" 李.jpg" / br/ /p p style=" text-align: center " strong 中国科学院安徽光学精密机械研究所李相贤博士 /strong /p p “科研团队深知,掌握核心技术是打破进口设备垄断的关键,FTIR技术也不例外。为了打破国外技术垄断,科研团队率先攻克了干涉仪设计这一‘卡脖子’核心技术,相继研发了具有自主知识产权的双臂扫摆式干涉仪、叉骨式干涉仪等一系列干涉仪光机结构及控制技术,为国产FTIR技术的广泛应用奠定了基础。” /p p “目前进口FTIR设备的应用多集中在实验室环境条件下的使用,很少涉足恶劣工业环境条件下的应用,科研团队把满足恶劣复杂工业环境条件下的工业应用作为国产FTIR技术的一条发展‘捷径’,科研团队攻克了一系列关键技术,可以确保国产FTIR设备在高振动、高温、高湿、高粉尘等恶劣条件下仍可保持稳定运行,攻克了复杂背景、多干扰因子条件下的光谱识别与精准解析技术。”李相贤介绍到。 /p p 近年来,针对多种应用需求,科研团队主要开展了环境大气红外光谱检测方法与技术、工业燃烧过程气体在线检测方法与技术、国防和公共安全气体检测方法与技术等领域的研究工作,为国家环境大气污染监控和治理提供了科学依据,为工业燃烧过程分析与控制提供了技术手段,为国防和公共安全提供了技术保障。 /p p 在环境大气污染监测方面,开发了开放光路面源排放VOCs气体分析仪(已取得中环协颁发的环保认证证书)、抽取式傅里叶红外多组分气体分析仪、便携式傅里叶红外多组分气体分析仪、傅里叶红外多组分遥测系统、车载污染气体排放通量遥测系统等一系列基于FTIR技术的污染气体监测技术设备。除此之外,团队还创新性地构建了基于FTIR技术的工业园区点-线-面立体化污染气体高效监测体系,并获得2017年度全国环境监测与治理优秀创新技术成果。该体系在国家大气重污染成因与治理、国家科技支撑计划、国家重点研发计划,以及国家重大活动空气质量保障中发挥了重要作用。另外,该技术体系还被用于福建泉惠石化园区、山东京博工业园区、苏州吴中化工园区、溧阳新材料园区等多个智慧园区和风险预警平台建设。李老师所在团队为我国开展化工园区污染监测、VOCs调查、厘清污染状况提供具有自主知识产权的先进技术,为化工行业的污染监管提供技术支撑。 /p p 值得注意的是,李老师所在团队不仅仅重视技术研发,也重视产学研结合,这些产品目前均有厂商进行商业化销售,随着仪器应用被客户认可,销售厂商积累了经验、技术和资本,反过来更加愿意共同开发FTIR技术的新应用,从而促进我国FTIR技术“独有”的发展之路。 /p
p 非甲烷总烃是目前固定汚染源挥发性有机物监测的主要指标之一。为规范非甲烷总烃的监测,生态环境部已发布多项标准:《HJ1013-2018 固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法》、《HJ1012-2018 环境空气和废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃便携式监测仪技术要求及检测方法》等。 /p p 为落实《关于加强重点排污单位自动监控建设工作的通知》(环办环监〔2018〕25号)要求,规范污染源挥发性有机物自动监控设施安装、运行维护管理工作,生态环境部组织制定了《固定污染源废气中非甲烷总烃排放连续监测技术指南(试行)》,并与近日印发。 /p p 《技术指南》主要规范的是采用氢火焰离子化检测器(即FID)进行固定污染源废气中非甲烷总烃连续监测的系统,值得注意的是,若采用氢气钢瓶作为工作气源的,则应在监测站房内安装氢气报警器。 /p p 全文如下: /p p style=" text-align: center " strong 固定污染源废气中非甲烷总烃排放连续监测技术指南( 试 行 ) /strong /p p 为 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 规范采用氢火焰离子化检测器(即FID)进行固定污染源废气中非甲烷总烃连续监测系统 /span 的建设、运行和管理,制定本指南。 /p p strong 一、安装建设要求 /strong /p p (一)系统组成 /p p 固定污染源非甲烷总烃连续监测系统(以下简称NMHC-CEMS)由非甲烷总烃监测单元和烟气参数监测单元、数据采集与处理单元组成。 /p p span style=" color: rgb(255, 0, 0) " NMHC-CEMS应当实现测量烟气中非甲烷总烃浓度、烟气参数(温度、压力、流速或流量、湿度等),同时计算废气中污染物排放速率和排放量 /span ,显示(可支持打印)和记录各种数据和参数,形成相关图表,并通过数据、图文等方式传输至管理部门等功能。 /p p 进入NMHC-CEMS燃烧(焚烧、氧化)装置,需要补充空气进行燃烧、氧化反应的废气,还应实现同时测量含氧量的要求。含氧量参与污染物折算浓度计算的,应按排放标准要求换算为大气污染物基准排放浓度。利用锅炉、工业炉窑、固体废物焚烧炉焚烧处理有机废气的,烟气基准含氧量按其排放标准规定执行。 /p p (二)技术性能要求 /p p 满足《固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ 1013)中技术要求。 /p p (三)监测站房要求 /p p 满足《固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范》(HJ 75)中关于固定污染源烟气排放连续监测系统监测站房的要求。 /p p span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 若采用氢气钢瓶作为工作气源的,则应在监测站房内安装氢气报警器, /span 站房外张贴显著的防火标识,同时应按照《爆炸性环境 第1部分:设备 通用要求》(GB 3836.1)中相关规定配备防爆等安全设施。 /p p (四)安装位置要求 /p p 满足HJ 75中关于固定污染源烟气排放连续监测系统安装位置的要求。 /p p 设置采样或监测平台时,应易于人员和监测仪器到达,当采样平台设置在离地面高度≥2m的位置时,应有通往平台的斜梯,宽度应≥0.9m,有条件的可采用旋梯、Z字梯或升降梯等。 /p p (五)安装施工要求 /p p 满足HJ 75中关于固定污染源烟气排放连续监测系统安装施工要求。 /p p 固定污染源排放废气中含强腐蚀性气体时,样品经过的器件或管路需选用耐腐蚀性材料。室外部件的外壳或外罩还应至少达到《外壳防护等级(IP代码)》(GB/T 4208)中IP55防护等级要求。样品传输管线应具备稳定、均匀加热和保温的功能,其加热温度应符合有关规定,加热温度值应能够在机柜或系统软件中显示查询。 /p p strong 二、运行管理 /strong /p p (一)运维人员 /p p NMHC-CEMS运维单位应根据NMHC-CEMS使用说明书和技术要求编制仪器运行管理规程,确定系统运行操作人员和管理维护人员的工作职责。运维人员应当熟练掌握NMHC-CEMS的原理、使用和维护方法。 /p p (二)巡检和维护 /p p NMHC-CEMS日常运行管理应包括日常巡检和日常维护保养,应满足HJ 75中日常巡检和日常维护保养的相关要求,运维人员应对NMHC-CEMS开展定期维护,保证其正常运行。 /p p 按照HJ 75附录G中表格形式做定期维护记录。定期维护应做到: /p p 1.对于使用氢气钢瓶的,每周巡检钢瓶气的压力并记录,有条件的应做到一用一备 /p p 2.至少每月检查一次氢气发生器变色硅胶的变色情况,超过2/3变色更换变色硅胶 /p p 3.对于使用氢气发生器的,应按其说明书规定,定期检查氢气压力、氢气发生器电解液等,根据使用情况及时更换,定期添加纯净水 /p p 4.至少每周检查一次除烃装置温度是否保持在350℃以上 /p p 5.至少每周检查一次出峰时间与标准谱图一致性情况是否符合仪器使用手册要求 /p p 6.至少每月检查一次燃烧气连接管路的气密性,NMHC-CEMS 的过滤器、采样管路的结灰情况,若发现数据异常应及时维护 /p p 7.至少每半年检查一次零气发生器中的活性炭和一氧化氮氧化剂,根据使用情况进行更换 /p p 8.使用催化氧化装置的NMHC-CEMS 每年用丙烷标气检验一次转化效率,保证丙烷转化效率在90%以上,否则需更换催化氧化装置 /p p 9.更换主要部件如色谱柱、定量环时,应对分析仪进行多点校准,并记录校准数据和过程,校准数据符合技术要求并且稳定后才可投入运行。 /p p (三)定期校准 /p p 定期校准应满足HJ 75中定期校准的相关要求。按照HJ 75附录G中表格形式填写定期校准记录。 /p p (四)质量保证 /p p 日常运行质量保证是保障NMHC-CEMS正常稳定运行、持续提供有质量保证监测数据的必要手段。当NMHC-CEMS不能满足技术指标而失控时,应及时采取纠正措施,并应缩短下一次校准、维护和校验的间隔时间。 /p p (五)其他 /p p 考虑到涉及非甲烷总烃排放现场易燃易爆情况较多,日常运行管理中应遵照安全生产有关要求。 /p p 常见故障分析及排除应满足HJ 75中常见故障分析及排除的相关要求。 /p p strong 三、数据审核和处理 /strong /p p (一)数据审核 /p p 参照HJ 75中烟气排放连续监测系统(即CEMS)数据审核相关要求开展数据审核,并按照CEMS数据无效时间段相关要求进行无效时间段的数据处理。 /p p (二)数据记录与报表 /p p 参照HJ 75附录D、HJ 1013附录A等表格形式记录监测结果,按照相关管理要求,定期将NMHC-CEMS监测数据,上报重点污染源自动监控与基础数据库系统,报表中应给出最大值、最小值、平均值、累计排放量、参与统计的样本数等相关信息。 /p p strong 四、其他 /strong /p p 采用其他方式进行测量的系统可参照本技术指南执行。有关技术性能、监测站房、系统安装和校准维护等方面的具体指标要求,将在相关标准规范中予以详细规定。 /p
p 10月中旬,由中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所开发并与国信聚远科技服务(北京)有限公司共同合作推广的“车载开放光路面源排放VOCs监测系统”成功交付台资企业,标志着国产傅里叶变换红外光谱监测技术体系开启“车载新时代”。 /p p 傅里叶变换红外光谱监测技术具备可测量谱带宽、光谱分辨率高、信噪比高、扫描速度快等特点,具备对多组分气体进行实时、在线、连续和无人值守的监测能力。当前,傅里叶变换红外光谱监测技术大多通过地面固定站点,监测工业园区上风口、下风口的固定污染源VOCs(挥发性有机物)气体监测,反演算出工业园区的排放通量情况。 /p p 随着工业园区规模扩大、爆炸火灾泄露等突发大气污染事故频发,固定地面站点监测在定位排放源方面有所局限。为应对化工园区突发事故应急中,对复杂、动态变化环境条件下的污染物快速、精准识别的迫切需求,适应事故现场高温、高湿等恶劣环境条件下的使用要求,安光所FTIR课题组着手开发车载开放光路面源排放监测系统,以快速获取事故区域的污染物扩散趋势等情况。 /p p 车载开放光路面源排放监测系统具备快速灵活的优势,可以对多种污染气体排放进行非接触式、快速自动测量。将载有主机的监测车与阵列角反射镜在较短时间内置于事故现场的两侧,可以快速获取事故现场的污染气体排放情况。另外,该监测设备在化工园区局部高密度污染面源有毒有害气体的排放巡检、厂区有毒有害气体泄露性监测、突发事故中厂区周界有毒有害气体预警性监测等方面有着广泛应用。 /p p 车载开放光路监测系统对仪器稳定性和光学系统的精准性提出了更高要求,研发人员要确保仪器能适应长途运输颠簸,并能在车辆启动状态仍保持光谱的稳定性。面对挑战,安光所FTIR课题组对光谱仪结构进行了巧妙设计:由于经典Michelson干涉仪结构对光学系统的精密性、镜子的对准以及扫描驱动系统的要求非常苛刻,为了减小经典Michelson干涉仪结构中动镜倾斜的影响,降低对镜子的对准性和动镜驱动性能的要求,本监测系统选用自主研发的双臂扫摆式干涉仪结构。该干涉仪结构利用平面镜实现光束的原路返回,对倾斜不敏感,便于设备的校准 另外它将动镜的直线运动转变为平台的扫摆运动,相对于经典Michelson干涉仪的直线运动而言,扫摆运动可以降低动镜驱动的复杂性,易于实现,可以避免经典Michelson干涉仪动镜运动过程中的形位变化所导致的光谱畸变。2018年3月份,该车载系统完成了方案论证,6月份完成车辆改装,9月份完成车载相关设备的联调联试,10月份交付给用户,用于有毒有害气体泄露巡检预警。 /p p 如今,第一台车载开放光路监测系统已经在企业正式运行。这款仪器的推出,为我国园区监测能力建设提供了新的技术支撑,也将提高我国在高档监测仪器领域的国际竞争地位。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/a51be76e-5241-4e5f-88e8-4bc7e5319bd9.jpg" style=" " title=" 图1.jpg" / /p p style=" text-align: center " 车载开放光路面源排放VOCs监测系统 /p p style=" text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/eeb5e001-c520-4ad7-a5a1-2d40b58cdde1.jpg" title=" 图2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 系统原理图 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/354cbc06-ce0e-46a8-8284-4475be165a66.jpg" style=" " title=" 图3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 系统内部及部分结构 /p
近期,中科院合肥物质科学研究院王焕钦研究员在环境科学与工程领域知名期刊Journal of Environmental Sciences发表了题为“Review on recent progress in on-line monitoring technology for atmospheric pollution source emissions in China”的综述文章。文章系统介绍了“十三五”间我国大气污染源排放在线监测技术的最新进展,并指出移动源和固定源排放污染物在线监测技术正朝着多组分、小型化和智能化方向发展。 近几十年来,改善环境空气质量一直是全球面临的最大挑战之一。由于移动源和固定源的排放对大气环境和全球气候都有不利影响,其成分包括超细颗粒物、挥发性有机化合物(VOCs)和其他活性气体,如氨(NH3)和氮氧化物(NOx)等,对人类健康的损害也十分严重,因此它们是国家空气污染物排放控制法规的重点。此外,污染源排放已成为中国亟待解决的重大社会经济问题,在线监测技术和仪器亟待研究开发。 文章系统介绍了在“十三五”期间,以中科院合肥物质科学研究院牵头的桂华侨团队和以清华大学牵头的丁艳军团队,自2016年起分别针对我国移动和固定污染源排放特点和最新的超低排放标准,以快速、自动、在线监测技术研发为核心,创新性地提出了差分荷电式移动源超细颗粒物数浓度测量、微型平板式差分电迁移颗粒物粒径分级、垂直式多车道机动车尾气排放快速遥感识别,以及三波长光散射式固定源颗粒物质量浓度和粒径分布同时测量、利用物理定向吸附技术和涡流加热技术实现烟气汞形态分离与原子汞高效富集等一系列污染源超低排放关键污染物在线测量方法,实现了污染源超低排放超细颗粒物、挥发性有机物、烟气汞等典型污染物的高灵敏在线监测。 团队自主研发了高稳定喷射稀释器、飞安级(千万亿分之一)微电流检测模块、数字线型离子阱、专用磁性捕汞管、基于特异性催化的高性能半导体传感器等卡脖子核心模块,研制完成一批具有独立自主知识产权的机动车排放超细颗粒物监测仪、便携式车载挥发性有机物质谱仪、垂直式多车道机动车尾气遥测系统,以及固定源排放细/超细颗粒物、VOCs、恶臭、工业氨、汞等在线监测技术设备,关键技术和性能指标达到国际先进水平,形成了具有自主知识产权的移动源和固定源排放快速在线监测技术体系,并将自研仪器应用于机动车、船舶、机场、化学工业和发电厂的排放监测,有效满足了国家行业最新标准和超低排放监测的要求。 文章指出,随着中国大气污染防治工作的加强,对污染精准控制的需求日益迫切。此外,大数据、物联网、云计算等新一代信息技术也将在污染监测技术中发挥重要作用。总体而言,移动源和固定源排放污染物在线监测技术正朝着多组分、小型化和智能化方向发展。 论文第一作者为合肥物质科学研究院王焕钦研究员,通信作者为合肥物质科学研究院桂华侨研究员和清华大学丁艳军教授。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项和安徽省杰青项目的支持。图1. 研制的移动源与固定源排放多组分污染物在线监测仪器
p style=" text-align: center " 市环保局关于做好2016年重点污染源挥发性有机物连续监测系统建设工作的通知 /p p 各相关区环保局: /p p 为促进我市挥发性有机物污染防治工作,按照《关于转发2016年臭氧和挥发性有机物专项整治行动方案的通知》(美丽天津一号工程〔2016〕9号,以下简称《通知》)要求,我局确定了2016年需安装挥发性有机物连续监测系统的重点污染源名单(见附件1)。现将有关要求通知如下: /p p 一、建设要求 /p p (一)本次建设 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 以“非甲烷总烃(NMHC)”作为挥发性有机物连续监测综合控制指标,须选择采用火焰离子法(FID)检测技术的设备。在此基础上也可根据特征污染物加装挥发性有机物组分监测设备。 /span /p p (二) span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 挥发性有机物连续监测系统须包括:监测子系统(采样及预处理子单元、氢气发生单元、非甲烷总烃分析仪等),样气排放参数监测子系统(样气温度、样气压力、样气流速流量、样气含湿量等参数),数据采集、传输和处理单元以及网络通讯单元等 /span 。 /p p (三)挥发性有机物连续监测系统的安装及联网,应当符合《市环保局关于印发〈天津市固定污染源挥发性有机物连续监测设备安装联网技术要求(试行)〉的通知》(津环保监测〔2016〕129号)的要求。 /p p (四)企业排放口应按照市环保局《关于发布〈天津市污染源排放口规范化技术要求〉的通知》(津环保监测〔2007〕57号)的要求设置。 /p p 二、进度安排 /p p 按照《通知》规定的时间节点要求,各单位应按以下时间节点开展挥发性有机物连续监测系统建设工作。 /p p (一)2016年10月31日前,石化企业有组织排放完成挥发性有机物连续监测系统的建设工作 /p p (二)2016年11月30日前,其他企业有组织排放完成挥发性有机物连续监测系统的建设工作。 /p p 三、工作要求 /p p 1. 各相关区环保局要指定专人负责,对照建设目标,落实各项工作内容,以书面形式向此次建设范围内的企业下达建设计划。为便于及时沟通联系,请各区环保局填写“区县环保局挥发性有机物连续监测系统建设工作联络表”(见附件2),并于2016年8月22日前上报市环保局。 /p p 2. 请各相关区从9月起每周三中午前报送每周建设工作进展情况(见附件3)。市环保局负责此次建设的整体协调、推动、技术指导等 并就建设进展情况定期向市领导汇报、向区政府通报。 /p p 3. 此次 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 建设资金来源以排污单位自筹为主,市财政将对按要求完成建设的企业进行适当的资金补助。 /span /p p 附件:1. 2016年天津市重点污染源有组织排放挥发性有机物连续监测系统建设名单 /p p 2. 区环保局挥发性有机物连续监测系统建设工作联络表 /p p 3. 区重点污染源挥发性有机物连续监测系统建设情况汇总表 /p p 2016年8月12日 /p p (联系人:天津市环境监测中心蒙海涛 /p p 联系电话/传真:87671976) /p p (此件主动公开) /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/97364b38-dbb7-4bf9-b157-099367e82dba.jpg" title=" 0.jpg" / /p