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环境检测

时间:2020-01-15 06:38来源:环境检测
原国家环保总局颁布的《环境监测质量管理规定》(环发[2006]第114号文)指出,必须将监测数据质量管理实施到影响监测数据误差的所有环节。空气自动监测站采集的空气样品需经采样

  原国家环保总局颁布的《环境监测质量管理规定》(环发[2006]第114号文)指出,必须将监测数据质量管理实施到影响监测数据误差的所有环节。空气自动监测站采集的空气样品需经采样头、采样总管输送至监测分析仪,在用标气对分析仪器进行量程校准和线性、重现性、环境检测零跨漂移等性能检查时,应尽量使标气按空气样品相同的通路和流向、压力等指标输送到分析仪器,即同路同效输送。实践表明,空气样品输送通路条件不良可引起监测结果严重偏差[1]。若标气不能实现与空气样品同路同效输送,则不能全面掌握采样总管通路状况,难以对监测数据质量进行有效、可靠的控制。然而,目前国内外空气自动监测站采用的采样总管集成技术中,标气与空气样品尚未做到同路同效输送。现有总管集成技术主要可分为以下两类:①标气与样气完全分开,工作原理见图1。输送空气样品时,三通选通阀开启空气样品通路,空气样品沿采样管、多支路管、三通选通阀、粉尘过滤器被抽入分析仪器;空气样品压力相对大气压力为负压。输送标气时,三通选通阀开启标气通路,标气沿三通选通阀被吹入分析仪器;标气压力相对大气压力为正压。②标气与样气部分同路:在粉尘过滤器入口或多支路管中开始同路。这类采样总管中标气压力相对大气压力为正压。采用这两种采样总管时,难以全面监控空气样品输送各环节出现的不良状况,及其造成的监测数据偏差。如:①当采样总管出现密封不良(特别是在粉尘过滤器及其后的通路),输送空气样品时会因相对大气压力为负压而“漏入”站房空气,使样气监测浓度变化较大;输送标气时,则因相对大气压力为正压且标气输送路径未通过泄漏处,通入的标气检查值正常,未发现泄漏,导致监测数据质量控制失效。②当采样总管中标气没有流过的部分出现清洁不良或材料不良、发生了造成空气样品浓度改变的吸附和(或)化学反应时,标气检查校准结果不受影响。由此可见,采用已有两种采样总管时,监测数据质量管理的作用和成效难以提高,监测数据准确性、可比性、可靠性可能存在问题[1]。因此,需要通过对空气自动监测采样总管的设计与试验,以求实现标气与空气样品同路同效输送的新型采样总管集成技术,提高监测数据质量。

  2.1工作原理标气与空气样品同路同效输送的新型采样总管集成技术工作原理见图2。采集空气样品时,采样管进口电控球阀开启,标气管通路关闭,抽气部件开动抽气并关闭附属泄放通路,空气样品沿采样管、多支路管、粉尘过滤器被抽入分析仪器,剩余空气样品沿排气管、抽气器件排出。输送标气时,采样管进口电控球阀关闭,标气管通路开通输出所需浓度标气(包括零气),抽气部件停止抽气并打开附属泄放通路,标气经三通管进入后,与空气样品同路,沿采样管、多支路管、粉尘过滤器被抽入分析仪器,剩余标气与剩余空气样品同路沿排气管、可泄放抽气部件排出。

  2.2实验结果由于配备SO2、NO、NO2、NOx、O3和CO等气体分析仪器的空气自动监测站的空气样品总取用流量小于5L/min,为实现标气与空气样品同路同效输送,在本采样总管集成技术实验中设定标气输出流量为8.5L/min。实验中所使用器材与零件通常为标准件,其规格与尺寸配置清单见表1。实验中,采样管进口处的标气压力相对大气压力的正压不超过5mmH2O,比输送空气样品时仅增加5mmH2O以下;多支路管中空气样品压力相对于大气压力的负压不超过-10mmH2O(香港特别行政区执行技术标准要求不超过-50.8mmH2O),标气压力相对大气压力的正压不超过3mmH2O,比输送空气样品时仅增加13mmH2O以下。在此新型采样总管中输送空气样品和标气时的压力差异很小,基本属于同路同效输送。

  2.3关键技术研发的标气与空气样品同路同效输送的新型采样总管集成技术简单,且所采用的器械器材均已有工业产品供应。设计的关键在于标气管使用了12.7mm(1/2英寸)聚四氟乙烯管。此前的集成技术中均采用较小通径(如1/4英寸)聚四氟乙烯管作标气管。传统技术认为,向分析仪器输送标气,需尽量减小标气与通路材料的接触面积并尽量缩短标气送达时间。实验发现,使用1/4英寸聚四氟乙烯管作标气管将动态校准仪器产生的标气输送到站房外的采样管进口时,管路越长,分析仪器检测的标气浓度低于配制目标浓度的偏差越大,而且此偏差的严重程度将导致标气不能通过该气管远距离输送到采样管进口。分析发现,对于需要高温燃烧制造其零气的CO标气,浓度如此大幅度降低,不是管路材料吸附、(清洁不良)消耗或者被零气稀释后不稳定所致;对于SO2、O3和NO等标气,分析仪器响应读数记录也不符合化学反应动力模型,没有出现逐渐接近配制目标浓度的过程。动态校准仪器输出端口测得的相对大气压力的正压变化表明,标气管路输送阻力与标气浓度下降相关,管路输送阻力越小,标气浓度降低越少。检查国内外常用品牌动态校准仪器的功能结构和工装工艺后认为,引起前述偏差的技术局限在于动态校准仪器的测控条件、气路密封和设计指标都不适合在较大的标气输出阻力条件下(特别是O3标气配置)操作。因此,研发的新型采样总管集成技术摒弃了传统看法,不是为了缩短送达时间采用直径较小的标气输送管路,而是以低阻力输送为目标,采用直径较大的标气输送管路。例如,实验中标气管使用12.7mm(1/2英寸)聚四氟乙烯管,使动态校准仪器输出端口的相对大气压力的正压降低至15mmH2O以下,环境检测从而使校准时的标气浓度降至可接受范围。

  2.4采样管路问题诊断与识别针对采样管路中容易存在的问题(如管路泄漏和前端管路清洁不良),实验中对通入标气后用现有采样管路系统和新型同路同效采样总管系统监测仪器的响应进行比较,结果见图3。当管路系统出现漏气时,新型采样总管系统中的CO和SO2等标气浓度将难以上升至标气浓度设定值;但是在现有管路中,由于通标气时管路为正压,且气体输送路径未经过泄漏处,仪器响应浓度仍然接近或等于标气浓度,不能识别管路泄漏。当多支路管之前的管路清洁不良时,新型采样总管系统的响应为CO浓度变化不大,但其他标气(如SO2)浓度明显下降;但是在现有管路中,由于通标气时标气并未通过前端清洁不良段,因此CO和SO2等标气浓度基本没有变化,不能反映采样管路中存在的清洁不良问题。

  目前国际上采用的空气自动监测站数据质量管理成效的评价方法是由所隶属系统或邻居系统的质量保证(QA)权威实验室机构到站点现场进行的。环境检测审核人员携带动态校准仪器、标气源(钢瓶)等成套标气动态稀释装备到被评价站点现场,按步产生所需成分、浓度的标气,直接输入到采样管路(在安装研发的新型采样总管之前,顶多输入到多支路管)分析仪器的响应读数统计,核定成绩。目前国内的空气自动监测站空气与标气进样气路只能达到在分析仪器前配置的粉尘过滤器入口开始同路。由于没有实现空气与标气样品从采样口同路同效输送,日常的分析仪器校准检查不能反映空气样品气路存在的问题,不能体现整个自动监测采样管路状况,因而难以开展和应对空气自动监测站数据质量管理成效的评价。我们对“粤港珠江三角洲区域空气质量监控系统”的部分站点配备了实现标气与空气样品同路同效输送的采样总管[2],2010年3月被抽选接收由香港特别行政区环保署空气科学组QA实验室的“成效审核”,实验方法与空气自动监测站数据质量管理成效评价相同。结果表明,这些站点被审核监测项目SO2、NO、NO2、NOx、O3和CO的各项数据误差指标均没有超过系统规定的警告限(±10%)[3],证明本研究研发的标气与空气样品同路同效输送的采样总管技术符合现行的质量保证要求。

  由于该新型采样总管的运行控制动作仅与动态校准仪器联动即可,结构简单,易于现有空气自动监测站安装或改装,且总管中通零气和臭氧标气的过程也是对该总管的清洁过程。因此,该新型采样总管特别适用于混合标气,有效减少了分析仪器定期检查校准任务占用的时间。

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