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環境監測儀器設備的現狀、發展趨勢和對策措施

[加入收藏][字號: ] [時間:2007-10-24 中國石油石化裝備網 關注度:0]
摘要: 自20世紀70年代末期,我國開展環境監測工作以來, 經過20多年的發展,國際上認為需要監測的絕大多數污染物,我國均已能夠測定。所采用的監測儀器設備,大多數我國已能生產制造,但高精尖的分析與監測儀器仍依靠進口。 說明我國的環境監測儀器,設備...

     自20世紀70年代末期,我國開展環境監測工作以來, 經過20多年的發展,國際上認為需要監測的絕大多數污染物,我國均已能夠測定。所采用的監測儀器設備,大多數我國已能生產制造,但高精尖的分析與監測儀器仍依靠進口。 說明我國的環境監測儀器,設備在自動化、連續性、可靠性、 實時性與國際先進水平還有一定的差距。
  

     一、大氣環境質量監測儀器發展的現狀
  目前,國產的大、中、小流量TSP、PM10采樣器及各種氣體采樣器無論其性能、可靠性已完全滿足國內環境監測工作的需要,尤其是近幾年采用的無碳刷電機技術, 使采樣器的連續工作性能產生了質的飛躍。
  但目前我國已建成的大氣自動監測系統中的污染物自動連續監測儀器基本依靠進口。
  

     二、大氣污染源監測儀器發展現狀
  對大氣污染源的監測,主要是對煙道塵、煙道氣中的SO2 、NOx的監測,針對等速采樣的原理,經歷了從預測流速法、靜壓平衡法、動壓平衡法、皮托管平行法到全自動煙塵、煙氣、油煙采樣器的發展過程,產品的設計水平符合國情,滿足監測要求, 整體水平完全可以與國際水平相媲美,甚至某些方面達到領先水平。從去年以來,日本某公司考察后,欲購進我廠的WJ-60B 型皮托管 平行全自動煙塵、煙氣(測試)、油煙采樣器就是一個證明。
  氣體污染源的在線連續監測,目前已有部分企業研制出樣品,但其準確性、適用性、可靠性尚待進一步驗證, 由于我國的煙氣除塵尚未普及,已除塵的多數為濕法,在線監測儀器長期工作在高濕、高塵的環境條件下,這對任何監測儀器,即使是國外引進的儀器也很難適應。
  

     三、水環境質量監測儀器發展現狀
  1.通用儀器,例如稱量儀器,電化學分析儀器、 光學分析儀器等,目前國產儀器基本上能滿足環境質量監測的需要,但其價格都比國外進口儀器便宜得多,因此應依靠國產儀器來大力發展水環境質量監測技術。
  2.專用儀器
  ⑴COD測定儀
  從加熱回流方法上分有催化劑法、改變溶液組分法、 密閉加 熱法、空氣冷凝法等;在測定方法方面有滴定法、庫侖法、 分光光度法等,各有千秋,均可滿足不同條件下的使用,但應注意到標準方法仍為加熱回流法,其他均為推薦方法。
  ⑵溶解氧測定儀
  目前采用膜傳感器生產的儀器已經采用,比傳統的方法快速、 準確, 但國產溶解氧傳感器的質量及使用壽命與國外相比不夠理想,有待繼續改進。
  ⑶BOD5測定儀
  實際上就是溶解氧測定儀,方法是在生化培養箱中恒溫培養5天,再進行測定。目前少量在用的快速BOD測定儀,因原理方法差異大,應用時間短,目前很難做出全面的評價。
  ⑷TOC測定儀
  TOC為總有機炭的縮寫,它比COD、BOD5 更能全面地反映有機物的污染狀況。我國早在20世紀80年代就已研制成功, 但因該儀器屬超前開發,故未形成規模化生產和應用。目前關于TOC的方法和標準已經制定,由于進口儀器價格昂貴,為國產TOC儀器提供了一個發展的契機。
  3.水環境監測常用儀器
  ⑴測汞儀冷原子吸收測汞儀與原子吸收分光光度相比, 具有價格優勢,但靈敏度低,冷原子熒光測汞儀靈敏度高,一般不用富集,但空氣中的氧干擾嚴重,需用高純氮氣,故操作麻煩。
  ⑵氰化物測定儀
  因氰化物有多種形態,所以其前處理涉及到不同的蒸餾方法,相當復雜。國外已有儀器可分別測定不同形態的氰化物。我國對此尚未有研制儀器的報道。
  ⑶測油儀
  礦物油及食用油是多種有機物的混合物,進行定量測定, 存在一些困難。已有的分析方法有:重量法、紅外法、紫外法、 熒光法等。從準確、可靠及與國際接軌的角度來說,應用紅外法。但進口儀器價格昂貴,目前非色散紅外測油儀國內已有廠家生產。
  4.水污染源監測儀器發展現狀
  目前, 我國水污染源監測儀器主要是由污水流量計和比例采樣器構成,該項技術業已成熟,但污水中的污染物濃度仍需采樣后實驗室分析,現在尚談不上實時監測。
  5.水處理過程控制儀器儀表
  在污水處理過程中所涉及的對水的控制指標有水量、濁度、懸浮物、PH、氧化還原電位、電導、BOD、COD、總磷、總氮、氨氮、余氯及與污泥有關的濃度、含水率、重金屬含量等。由于我國傳感器技術的落后與加工工藝的粗糙,及污水處理廠的規模小,造成我國污水處理過程的自動監控技術基本上未能開展,這是與國外的最大差距。
  

      四、環境監測常用的大型分析儀器
  1.原子光譜技術在環境監測中的應用
  目前最先進的是等離子體發射光譜儀(ICP),具有應用面廣且靈敏度高的特點,但其價格十分昂貴,適合于大批量樣品的分析。我國目前應用最多的是原子吸收分光光度計。整體水平與國外相比相差不大,主要是石墨爐原子化器的性能還不夠理想。
  2.氣相色譜儀
  當前的市場主要被進口產品和引進技術的合資產品所占領,國產儀器應在自動化、穩定性、可靠性方面下功夫。
  3.液相色譜儀
  目前國內已有生產,但因精密機械加工水平較差, 流路經常漏液,表面問題不大,但卻使儀器無法工作所以如何提高制造工藝水平,是液相色譜能否快速普及的不可忽略的因素。
  4.離子色譜儀
  專用于測定水中的無機離子,國產儀器從20世紀80 年代中期進行研制,到目前已發展到全微機化自動測試, 前期的流路漏液 問題近幾年已基本解決,從松花江、淮河、 太湖流域的招標項目 來看,經過2~3年的運行證明,可以滿足環境監測工作的需要。
  5.質譜儀
  質譜技術主要用于無機元素的同位素分析, 其與色譜分離技術結合,可以用來作有機物的定性分析,色質聯機(GC-MS)是環境監測中用于有機物分析的重要手段,目前在環境監測系統在用的所有色質聯機,全為進口產品,此項技術我國尚未引進,如何盡快填補這一空白,應引起有關部門的重視。
  

     五、其他環境監測儀器
  其他環境監測儀器包括噪聲測試儀、振動測試儀、 電磁輻射測試儀、放射測試儀等,生物監測除一些分析儀器外, 主要是幾種培養箱和顯微鏡。
  噪聲、振動儀國內產品均能滿足需要, 生物監測儀器除部分高精尖設備需要進口,一般監測國產設備基本滿足監測要求。
  由于我國在例行監測項目中尚未包含電磁輻射,故此類監測儀器在環保領域極少見,現有的電磁輻射測試儀,多為20 世紀70 ~90年代開發的無線電方面的專用儀器。
  放射性監測,以20世紀80年代中期進行全國本底普查時,監測儀器的發展較為興旺,以后由于需要量少,利潤低,即便是以前生產的到目前為止,亦尚未在技術上做多大的改進,目前全國只有2個企業在進行少量生產,處于幾近停產的地步,但隨著國門的開放和放射性元素的使用領域越來越廣及核電廠的建設,需要監測的領域越來越多,因此儀器的滯后發展, 應引起人們的足夠重視。
  

     六、應急監測技術與裝備
  所謂應急監測,主要指突發性核泄漏事故和化學危險品泄漏事故。
  突發性的核化事故,來勢兇猛,短時內難以控制,防不勝防,在一個廣泛的范圍內,突然造成巨大的環境破壞,導致大量人、財、物的損失,并可能引起社會動亂。
  隨著我國核電站建設的數量增加, 應急輻射監測儀器與設備 的研制與生產,基本上有一個比較完整的體系,但因規模小、利潤低,故加工粗糙、可靠性差、故障率高,急待改進。
  總之,核化事故的預測、防范、應急救援的時空尺度變化幅度很大,這給應急監測技術與監測儀器、設備提出了很多新課題,同時說明應急監測系統極具發展潛力。
  

     七、國內環境監測儀器設備與國際水平的差距及對策措施
  國內外監測儀器、設備水平的差距因儀器不同, 差距大小不一。其原因來自多個方面,既有客觀因素,亦有主觀因素, 下面就其主要原因敘述如下:
  1.眾所周知,環境監測儀器的發展具有將實驗室搬到現場的趨勢,逐漸向數據直讀,實時監測連續監測發展,這需要高、精、尖的光電、電化學傳感器以及相應附加的其他壓力、溫度、濕度傳感器等,然而傳感器的研制,不僅需要高深的理論,而且需要大量的設備投資,人、物、財耗量大,見效周期長,這也是我國傳感器行業比國外發達國家落后的主要原因。傳感器技術的落后,必然導致儀器、設備整機水平的落后,可慶幸的是國內目前幾乎能買到所有監測需要的各種進口傳感器,雖然價格不菲,畢竟比整個系統買進要便宜許多, 也縮短了國內外監測儀器相對落后的周期。
  2.二次儀表的開發,就其整體設計水平來說, 國內外差距水平相近,而就功能設置與軟件編輯來說,更適合我國的國情。對此我們也應有一個充分的認識。
  3.歷史的原因
  我國早、中期一些環境監測儀器、設備的研發項目,多由國家分配給一些大的研究機構完成,而完成后研究單位又不生產,因其批量少,綜合技術多,技術要求高,一般具有規模效益的企業不愿接產,個別企業接產后也是僅找幾個人做,有的小企業接產,往往因為人員水平低、資金力量薄、 制造工藝差造成用戶意見大,市場打不開的局面,致使我國環境監測儀器、設備水平長期徘徊不前,發展極慢。
  從20世紀90年代初期,我國早期涉足環境監測儀器、設備生產的四~五家企業,因種種原因,均逐漸淡出了環境監測領域。隨之而來的產生一批形形色色、大小不一、 水平參差不齊的環境監測儀器、設備專業生產企業,進入了無序競爭的階段,從市場和用戶的角度來看,這固然不是一個好事,但從環境監測技術的發展來說,20世紀末期,是我國環境監測儀器、設備技術發展最快的時期。
  目前,經過近10年的淘汰、競爭與發展,監測儀器、 設備領 域正在逐漸走向規范有序,但應該指出,監測儀器,設備的生產企業由于起步晚、規模少、缺乏國家財政和地方財政的支持, 靠自有利潤滾動發展,短期內難有起色,另一方面,這些企業因工資水平較其他領域低,新的高新技術人才難以引進,這很可能制約我國監測儀器、設備技術的進一步發展,應引起人們的足夠重視。
  綜合上述說明我國監測儀器、設備與國外先進水平的根本差距是制造工藝粗糙,表現形式即為可靠性、穩定性差, 就其底源,是我國整體制造水平低、工藝差、產品利潤空間少(目前尚可與家電產品相比,然而其產品規模不可同日而語),希望所有廠家注意提高工藝水平。
  4.今后重點發展的環境監測儀器
  ⑴空氣和廢氣監測儀器:
  ①污染源煙塵(粉塵)在線監測儀
  用于在線監測污染源煙塵、 工藝粉塵排放量(濃度或總量),包括測量相關參數:流量、O2、含濕量、溫度等,是實現污染源排入總量監測的必備監測儀器。
  ②煙氣SO2、NOx在線監測儀
  用于在線監測煙氣中SO2、NOx含量,通過流量測量,實現總量監測。
  ③環境空氣地面自動監測系統
  該系統用于空氣質量周報、日報監測,主要監測項目有: SO2、NOx、CO、O3、PM10等。
  ④酸雨自動采樣器
  自動采集降水樣品,以便測定降水的PH值。
  ⑤PM10采樣器
  用于采集環境空氣中空氣動力學當量直徑10μm以下的顆粒物。
  ⑥固定和便攜式機動車尾氣監測儀
  用于測定機動車排放尾氣中CH、CO等含量。
  ⑵污染源和環境水質監測儀器:
  ①污染源在線監測儀器
  污染物排放的總量監測要求濃度與流量同步連續監測, 在線 測流和比例采樣是總量監測的基本技術手段, 對于重點污染源還 需要配備在線監測儀器。
  ②流量計
  用于規范化的明渠污水排放口流量的在線連續監測儀器。
  ③自動采樣器
  用于污染源排放口具有流量比例和時間比例兩種方式的在線自動采樣裝置。
  ④在線監測儀器
  用于工業污染源或污水排放口的在線監測分析儀器。監測主要項目有:COD、TOC、UV、NH4、-N、NO3、-N、氰化物、揮發酚、礦物油、PH等,應具有自動校正和自動沖洗管路功能。
  ⑤環境水質自動監測儀器
  用于地表水環境質量指標的在線自動監測儀器。 水質自動監測項目分為水質常規五參數和其它項目,水質常規五參數包括溫度、PH、溶解氧(DO)、電導率和濁度,其它項目包括高錳酸鹽指數、總有機碳(TOC)、總氮(TN)、總磷(TP )及氨氮(NH3 -N)。
  ⑥總有機碳(TOC)測定儀
  總有機碳(TOC)是反應水體有機物含量的指標,可用于污染源或地表水的監測。
  ⑶便攜式現場應急監測儀器
  便攜式現場應急監測儀器,用于突發性環境污染事故監測,其主要特點為小型、便于攜帶及快速監測。
  ①便攜式分光光度計
  用于現場監測的便攜式分光光度計, 測試組件一般包括氰化物、氨氮、酚類、苯胺類、砷、汞及鋇等毒性強的項目。
  ②小型有毒有害氣體監測儀
  用于現場有害氣體監測的小型便攜式儀器, 主要監測項目有CO、Cl2、H2S、SO2及可燃氣監測等。
  ③簡易快速檢測管
  用于快速定量或半定量檢測水中或空氣中有害成分的現場用簡易裝置,主要監測項目有CO、Cl2、H2S、SO2、可燃氣、氨氮、酚、六價鉻、氟、硫化物及COD等。
  ⑷電磁輻射和放射性監測儀器
  ①全向寬帶場強儀
  用于測量某頻率范圍內的綜合電磁場強。
  ②頻譜儀
  用于測量不同頻率電磁輻射的場強及頻譜分布
  ③工頻場強儀
  用于測量50HZ工頻電磁場強度。
  ④大面積屏柵電離室α譜儀
  測量環境介質中α放射性核素的濃度。
  ⑤全身計數器
  用于監測職業工作者或公眾的全身污染情況。
  ⑥環境輻射劑量率儀
  用于監測環境貫穿輻射水平。
  ⑸提高我國監測儀器設備水平的對策和措施
  ①應該提倡在相近技術水平的情況下,首先采用國產監測儀器設備,因目前除極個別高、精、尖儀器外,國產儀器基本上能滿足監測要求。
  ②隨著技術水平的提高,適當的提高國產儀器、設備的價格,提高利潤空間使企業有足夠的資金提高制造水平,使產品的可靠性和穩定性接近國際水平,國內曾有單位將國外成套儀器買進,棄其主機不用,而用國產主機,進口輔助設備工作的模式,浪費了大量的外匯,更有甚者,花幾十萬人民幣進口的儀器棄之不用,又重新買一套國產同類儀器來用,說明國產儀器水平并非想像那么差。但價格卻往往是同類進口產品的十幾分之一, 甚至幾十分一。
  ③監測儀器屬強制性鑒定計量器具,在許可證的發放上技術 監督局有具體、詳細地規定。但前幾年許多環保部門組織比對或者是測試,其過程根本無法與型式試驗的嚴格程度相比,勞民傷財且容易產生不正當競爭,今后是否應該避免,應由權威部門進行協調。
  ④國家有關部門,應盡快制定有發展前途的環境監測儀器技術規范或技術指南,盡量避免廠家在開發過程中各行其是,待需要規范時,不免要產生一些損失。
  ⑤對一些市場容量大、綜合技術強, 價值高的高新技術項目,由國家進行招標,由企業或企業加研究單位(或學院)聯合投標的方式進行,盡可能少走項目分給研究單位研究,成功后再轉讓,企業接受轉讓后再吸收、消化的模式,人為的加長了成果轉化的周期。
  ⑥對于重大項目或課題,國家盡可能給予資金上的支持,可利用少量撥款,無息貸款或資本金注入等形式,促使項目技術加快產業化的步伐。

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