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光谱法污染气体监测系统设计及实验研究

杨秀艳  
【摘要】:由于工业的发展使得环境污染日益严重,对人类生存环境造成严重的危害,保护环境实现可持续发展成为新世纪经济发展的主题。大气中痕量气体和污染源的监测技术和仪器开发是环境治理的重要前提。本文根据光谱法测量大气中痕量气体的原理和技术,论述了差分光学吸收光谱技术(DOAS)在大气痕量气体监测系统和烟气排放监测系统中的应用。 本文主要内容如下: 1.提出了自行研制的DOAS污染气体监测系统的数据处理方法。数据分析的步骤为:数据分析前准备1-标准吸收截面的处理→数据分析前准备2-背景光谱→提高测量光谱质量-滤波处理→计算光学厚度→计算差分吸收-高通滤波→浓度反演-多元线性回归。DOAS的数据处理过程归结为两条主线,即各待测气体的标准谱处理和采样光谱的处理。 2.第二部分为仪器的系统设计,着重于系统控制软件的设计与实现。利用先进的面向对象程序设计方法,文中详述了DOAS监测系统的光谱数据获取、与PM10监测仪和气象仪之间的串口通讯、气体浓度的反演以及数据库设计。采用VB中的MSComm控件实现与PM10监测仪之间基于RS485的串口通讯,以及同气象仪之间基于RS232C的串口通讯,实现作为大气监测系统必不可少的部分-PM10监测仪和气象仪与DOAS系统的集成。在数据库设计上,本文提出了面向对象的设计方法,同时建立了基于存储过程的数据库访问方法,提高了软件的效率。控制软件还实现了国家环境监测要求的年报、月报和日报功能。 3.进行了样品池中的标准气实验和大气条件下与俄罗斯仪器的比对实验,对仪器的准确性、重复性、线性度做了评价。实验结果表明仪器的测量误差控制在2%以内,且具有很好的重复性和线性度。而与俄罗斯仪器的比对实验结果表明,两台仪器的SO2和NO2的测量相对误差分别为5.46%和3.12%,其中SO2和NO2的相关系数分别为0.9947和0.9666。可见,我们的仪器测量结果可信度高,已达国际先进水平。 4.最后,本文对DOAS技术在烟道污染源排放在线监测系统(CEMS)中的应用做了初步研究,对影响CEMS测量结果的两个主要问题-高温对气体吸收截面的影响和Lambert-Beer定律非线性偏离问题进行了原理性研究,并根据现有的研究水平,提出了一套温度问题解决方案,为下一步研究打下坚实的基础。


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