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关于大气污染问题的环境检测及对策研究

更新时间 2010-7-26 22:41:28 点击数:

关于大气污染问题的环境检测及对策研究
◆刘明慧 王永飞 山东省临沭县环保局
【摘 要】面对日益严峻的环境污染,对环境质量及变化趋势进行实时、准确的大量监测,对污染源及其治理进行监督监测,是摆在全国环境保护工作者面前最艰巨的任务之一。
    【关键词】大气污染 环境检测 对策研究
  一、引言
我国是大气污染非常严重的国家之一, so2排放量的增加使我国的酸雨发展迅速,目前已占国土面积40%。1997年,我国年均降水pH <5. 6的城市有44个,占统计城市数的47. 8%。由于水体污染和缺少供水设施,全世界大约有10亿多人口无法得到安全的饮用水,中国的江河湖泊的污染状况更令人堪忧。1997年,全国日污水排放1. 3亿吨,其中80%以上未经任何处理直接排放, 80%流经城市的河段已不适合作饮用水,城市地下水的50%受到污染。
    面对日益严峻的环境污染,对环境质量及变化趋势进行实时、准确的大量监测,对污染源及其治理进行监督监测,是摆在全国环境保护工作者面前最艰巨的任务之一。传统的环境监测仪器仪表功能单一、人机交互差、灵活性差。环境监测中最常用的各种光学、光谱学分析检测仪器,不但价格昂贵、体积庞大,对使用环境条件要求也十分苛刻,不能用于环境领域里条件复杂现场野外分析监测。环境监测的智能仪器虽然能很好地解决单参量或部分多参量的测量问题,但由于其内部固化结构的局限性、面板显示的不直观性,对于许多多任务及多参量测量仍不能很好解决。
    随着环境监测要求的日益提高,环境监测仪器不仅要能完成在线实时分析监测,还要能够适应多任务及多参量测量,随时变换监测对象,完成不同的监测任务.分析监测仪器之间应实现数据传输、交换,便于实现实时测控。对于某些工作环境恶劣、不适合人员现场操作的场所需要异地或远程遥控、遥测。
      二、电化学免疫传感器在环境污染物检测中的应用
环境污染物种类多,危害大,作用时间持久。根据这些物质的特点,国际环保组织先后制定了优先污染物,持久性有机污染物,内分泌干扰物等名单。这些难降解污染物在痕量时仍具有高危害性,难以用综合指标(如COD)反映,所以需要一种精确快速的检测技术。
    电化学免疫传感器是以特异性的亲和反应为基础,通过检测平衡状态时抗原-抗体复合物,实现待测物的分析测定。免疫化学反应发生在传感器表面,特异性好,灵敏度高,能在较短时间内进行痕量物质检测。与常规免疫分析仪器相比,电化学免疫传感器技术成本低,容易实现仪器化,适于现场检测。基于这些特点,电化学免疫传感器适合环境监测中现场定量检测痕量污染物的要求,在有机农药、毒素、病源微生物等方面的检测上具有重要的应用价值。
    研究表明,采用电流型免疫传感器,以竞争机制为基础,改善电子传递途径,结合流动分析,对于提高小分子半抗原(如有机磷农药)的检测灵敏度是有益处的。其他重要的应用研究还包括环境雌激素,如孕酮、雌二醇等。2002年P.Kreuzer等人采用电化学免疫传感器分析研究海洋食物毒素。
    与以上检测目标类似,工业废水中的有机污染物(如多氯联苯,多环芳烃等)也具有分布广、危害大的特点。2003年K.A. Faehnrich等采用一次性免疫电极检测多环芳烃,分析不同免疫反应过程对灵敏度的影响,在实际水样的测量中达到0. 8ng/mL精度。
      三、基于无线传感器网络的环境监测系统在线监测方法
利用传感器对被监测参数进行测量,然后通过网络发送到控制中心来实现监测,其数据传输主要利用公共有线电话网(PSTN)或移动电话网( GSM,GPRS)进行。PSTN由于布线困难、费用较高,因此应用范围有限,而利用移动电话网进行数据传输可以克服布线困难的缺点,但在大范围测量时,成本较高且数据采集精度较差。另外,由于能耗较大,每隔较短时间便需要更换电池,这样在危险区域和大面积监测区域应用时非常不方便。无线传感器网络由低功耗微小网络节点通过自组织方式构成无线通信网络,能够通过密集的节点布置,协作地实时感知、监测和采集网络分布区域内的各种微观环境信息,并对这些信息进行处理,从而获得详尽而准确的信息。
    目前,无线传感器网络已成为国内外的研究热点,并取得了可喜的进展,如Intel研究中心伯克利实验室的研究人员在Greatduck island上使用无线传感器网络来研究岛上鸟类活动,该系统将传感器获取的温度、湿度和气压等环境信息以多跳路由的方式发送到监测管理中心,管理中心使用这些信息可以在不干扰野生动植物正常生活的情况下监视其活动和生存环境。国内一些科研院所和高校也开展了无线传感器网络理论和应用的研究。
      四、区域环境噪声在线自动监测的初步研究
我国环境监测的目标是实现自动连续监测,环境噪声监测作为整个环境监测体系的一个重要组成部分,亦是如此伴随着我国技术的发展进步和国外先进技术的不断涌入,开展在线自动噪声监测已成为我国噪声监测发展的必然趋势。但由于我国在环境噪声在线自动监测系统项目上的欠缺,且国外仪器造价昂贵,广泛推广使用不切合实际,因此环境噪声在线自动监测是我国环境监测部门亟待深入开展的工作。
    由于环境噪声在线自动监测系统的前端部分造价很高,如果在区域网格内所有点位上安装,不仅在资金投入上是一种浪费而且给仪器维护人员带来诸多不便,因此完全没有必要全部点位进行安装利用数理统计中的抽样理论,对噪声监测点位进行优化筛选,尽量让所选点位的测量结果具代表性。
      五、森林环境因子的自动监测和无线传输森林环境因子的即时监测
对森林生态环境的研究和森林防火的预报、预测是非常重要的。在进行环境因子监测和传输时,往往要对多种立地条件下的环境因子进行同时测量。
    利用传统的模拟信号传感器,实现远距离多点环境因子数据传输,需要解决引线误差补偿、多点切换误差、放大电路零点漂移误差、信号的传输距离等问题,并且需要模数转换器等复杂的程序。
    本系统由AT89C51单片机和无线接收发射模块组成。该系统主要通过森林中的各个不同位置上的传感器将被测的环境因子参量转换,再经信号调试、量化、编码等步骤,无线传输送到主机,再由主机将数据传输到控制中心。
    它可以实现的功能如下:①主机、分机均用太阳能板供电。分机采集器(监测点)平时处于休眠状态,分机的各传感器处于断电状态,只有主机的无线通讯命令,才能唤醒分机,并供电传感器,进行数据采集和传输;②系统可按指定时间间隔自动对各个监测点进行数据采集和传输;③可以根据用户的要求随时对某些监测点的某些数据进行采集并传输,以便观察比较;④采用低发射功率,高接收灵敏度集成芯片,满足无线电管制要求,无需使用许可证,一次性投人费用较低,系统易于安装,而且工作稳定。在数据可靠情况下,最大传输距离可达8 km;⑤无线收发模块采用超外差二次变频调频制式、36 MHz短波频率。收发模块均采用金属壳体进行电磁屏蔽,具有抗杂波干扰强、保密性好、遥控距离远、工作稳定可靠等优点。该系统非常适用于系统庞大、架设线路不方便的区域。
      六、结语
农业生产等原因造成的环境污染,对自然界和人类社会的危害日益严重,因此需要拓展污染物监测范围和加强监测力度,为污染控制和环境管理提供科学根据。环境污染物检测需要现场快速分析大量的样本,才能全面反映污染物的分布与迁移规律。因此低成本、现场自动化分析手段是必然要求。这样可以减少环境试样在传输过程中的污染,简化检测手续,及时掌握环境污染的动态变化趋势。
    大气环境质量监测系统的优势在于用户自定义仪器的功能和结构,专用硬件板卡和接口相搭配,并通过网络进行远程监测。本文的研究工作为在当今环境下进行大气环境质量监测提供了一些新的途径。 返回栏目页:环境工程论文

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