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兰江水
为更好推动科技成果转化和产业化应用,落实《关于构建市场导向的绿色技术创新体系的指导意见》,加速绿色低碳技术升级,科技部社发司委托中国环境保护产业协会组织编制了《国家绿色低碳先进技术成果目录》,并于2023年9月11日正式公布。为持续宣传推广《国家绿色低碳先进技术成果目录》成果,引导绿色低碳技术发展,中国环保产业协会将陆续在官微推送目录成果信息,敬请关注。
环境监测与监控领域
01.技术名称
工业集中区大气污染物立体监测系统
02.适用范围
工业集中区大气污染物的时空分布研究、溯源和精准管控。
03.技术内容
技术原理
系统包括无人机大气成分与气象参数监测系统(以下简称“无人机大气监测仪”)、开放光路多组分气体分析仪(以下简称“开放光路分析仪”)、微型空气质量监测站及质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)走航车为一体的大气立体监测系统。无人机大气监测仪主要通过无人机搭载微型大气监测仪对H2S、NH3、TVOCs、O3、CO、CO2、NO2、NO、SO2、CH4、PM1.0、PM2.5、PM10等10多项大气污染物进行检测, 检出限为μg/L级(CO2除外,为mg/L级);同时可对大气温度、湿度、大气压、风向、风速气象参数进行实时监测,对重点污染区域进行精准溯源,同时针对突发污染事件,可精准溯源检测污染物浓度并快速采集气体样品,实时拍摄并传输污染区域的现场视频;开放光路分析仪采用对射式光路结构设计,利用傅里叶红外吸收光谱技术对重点企业的有毒有害气体进行在线监测以及排放通量的走航监测,能够达到对园区现场多种VOCs实时监测的要求;微型空气质量监测站具有体积小、耗电量低、运维需求小的特点,便于大规模布点,可应用于工业园区及城市网格化布点,探究大气污染物的分布特征和来源分析;PTR-TOF-MS走航车实现了对园区VOCs重点污染企业和区域进行走航监测,实现实时快速测量监测重点企业和区域的大气VOCs,识别VOCs的排放特征和二次污染物的形成潜势。
图1 工业集中区大气立体监测系统工作示意图
主要创新点
(1)研发了无人机大气监测仪,与高精度、高时间分辨率的环境监测相结合,当发生突发污染事件时,能及时解决污染源“最后一公里”定位难的问题,该套仪器有效弥补了高空污染物监测技术缺失的现状。
(2)研发了开放光路分析仪,创建了有毒有害气体高温光谱数据库和排放通量解析算法,实现了以太阳为光源,通过移动平台搭载红外光谱仪测量整层大气太阳红外吸收光谱,定量反演有毒有害气体垂直柱浓度。
(3)研发了适用于高密度网格化监测的微型环境空气质量监测站,可实现 10 种主要大气污染物浓度以及气象参数的快速监测,并实时上传到云端监控平台,可实时掌握园区污染物浓度的动态变化特征。
(4)研发了PTR-TOF-MS 走航车,具有高灵敏度,检出限低至 ppt 量级,并可检测痕量污染物;响应速度快,可在(50~100)ms内快速甄别污染物;伴热进样系统及钝化处理,可直接分析 SVOCs;无需载气,耗材用量少和维护成本低;采用独特设计,减少离子损失,所需样品量少,适合微环境监测。
04.污染治理或环境修复效果
该系统可提高当地生态环境管理部门工作效率,节省大量人力物力。根据对上虞园区大气污染物排放企业的筛选与调查,筛选出重点排放企业143家,形成了基于企业—污染物—技术—减排量的“一企一策”大气污染控制技术工程清单。
05.技术示范情况
浙江上虞工业园区面积约21km2(3km×7km),该系统园区建设了32个微型空气质量监测站点,并配备了无人机监测系统、开放光路监测系统和车载VOCs在线监测系统。无人机大气监测仪主要针对高空环境大气污染物进行监测,并根据地面端平台实时显示的浓度数据摸排重污染物区域,及时进行拍照取证。开放光路分析仪主要针对园区内重污染企业排放的有毒有害气体进行实时监测;环境走航监测包括有毒有害气体排放通量(开放光路分析仪)走航和动态VOCs实时溯源分析走航(PTR-TOF-MS);微型空气质量监测站形成了多点位网格化的大气质量监测。
06.投资估算
上虞工业园区立体监测系统所需主要设备包括六旋翼无人机、微型大气检测仪、苏玛罐采样装置、开放光路分析仪、微型空气质量监测站、掩日红外车载VOCs排放通量遥测走航车、PTR-TOF-MS车载VOCs在线监测走航车等,投资共计1110万元。
07. 技术成果转化推广前景
我国工业园区的环境风险预警体系建设刚刚起步,对园区大气环境综合监测有强烈的技术需求。该工业集中区大气污染物立体监测系统可有效针对复杂的工业园区进行污染物溯源和分析,具有较好的发展前景。
原标题：国家绿色低碳先进技术成果 |(七十一)工业集中区大气污染物立体监测系统
