便携式恶臭气体监测仪

table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="144"p style="line-height: 1.75em "成果名称/p/tdtd width="504" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "恶臭气体在线监测仪器/p/td/trtrtd width="144"p style="line-height: 1.75em "联系人/p/tdtd width="156"p style="line-height: 1.75em "张思祥/p/tdtd width="161"p style="line-height: 1.75em "联系邮箱/p/tdtd width="187"p style="line-height: 1.75em "zhangsx@hebut.edu.cn/p/td/trtrtd width="144"p style="line-height: 1.75em "单位名称/p/tdtd width="504" colspan="3"河北工业大学/td/trtrtd width="144"p style="line-height: 1.75em "成果成熟度/p/tdtd width="504" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "□正在研发 □已有样机 √通过小试 √通过中试 □可以量产/p/td/trtrtd width="144"p style="line-height: 1.75em "合作方式/p/tdtd width="504" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√技术转让 □技术入股 √合作开发 √其他/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong成果简介： /strongbr/ 通过对现有试验室色谱分析仪器性能的研究，研发出在线式的基于微流控芯片技术的在线恶臭气体检测仪器。仪器的检测限可达到ppb浓度等级。可针对不同的恶臭气体进行定量与定性分析，分析物质可以达到10种以上，分析时间根据物质种类的不同可以控制在10-20分钟之内。可以应用到工厂生产排放饿气体浓度实时检测，也可以针对公共场合的环境质量检测。可以进行在线监测与便携式仪器的检测应用。 br/ strong核心器件：/strong微流控芯片气体传感器，PID模块检测，自动进样模块 br/ strong性能指标：/strongppb浓度检测，实时分析，快速检测时间10-20分钟 br/ strong关键技术/strong：微流控芯片的集成技术/ppbr//p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong应用前景： /strongbr/ 主要应用于在线式气体检测与便携式的气体浓度分析。/ppbr//p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong知识产权及项目获奖情况： /strongbr/ strong专利：/strongstrong /strong/pol class=" list-paddingleft-2"lip style="line-height: 1.75em "一种用于气体分离的填充式微流控芯片. 中国. 发明专利. 申请公开，申请公布号: CN 104084248 A /p/li/olp style="line-height: 1.75em "2. 基于微流控芯片的恶臭气体检测装置. 中国. 发明专利. 申请公开，申请公布号: CN 103940939 A./pp style="text-align: left line-height: 1.75em "3. 一种PID传感器气室. 中国. 实用新型专利. 授权，授权公开号：CN 203811576 U./pp style="text-align: left line-height: 1.75em "4.一种多用途光离子化传感器气室. 中国. 实用新型专利. 授权，授权公开号：CN 203838131 U./pp style="text-align:left "br//p/td/tr/tbody/tablepbr//p

恶臭气体污染是目前环境治理工作中遇到的难题之一，但目前臭与不臭的鉴别竟然还是主要靠“闻臭师”的鼻子!昨日在广州举行的恶臭气体在线监控技术研讨会上，来自国家和广东省的监测专家们都对目前恶臭气体监测手段的“落后”感到着急，并认为亟须从国家层面完善恶臭气体的监测标准和分析方法，一定要实现24小时在线自动监测。　　臭不臭?“闻臭师”鼻子说了算　　所谓的恶臭污染物，是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质，广泛存在于化工、垃圾、污水、制药、酿酒、印染、印刷、能源、电力、纺织、养殖等一切有废气排放的企业以及一些居民区，严重危害员工以及周边居民健康。　　省环保基金会常务副理事长袁征在研讨会上表示，近年来广东地区对恶臭的投诉已占环境投诉的三成以上，成为公众感受所不能容忍的污染热点问题之一。　　面对恶臭污染，首先要解决恶臭污染监测和评价的问题。恶臭物质众多，据统计有4000多种，特别是化工、制药、食品加工、垃圾处理等行业排放的恶臭物质少则十几种，多达上百种，远远超过现行国标的控制范围，其中部分恶臭气体的浓度和嗅阈值极低，需要特别的、灵敏的专业设备和检测方法。　　目前，我国评价综合臭气强度的国标方法是GB14675-93三点比较式嗅袋法(一种人工官能法)。　　冤不冤?闻不出臭味被告上法庭　　那么目前完整的“闻臭”工作是如何进行的呢?记者了解到，首先是要工作人员到污水厂、垃圾填埋场或者其他类型的工厂进行采样。采样器是一个玻璃瓶子，抽真空后就带到需要取样的现场，打开瓶塞，能听到“呲呲”的声音，空气就被吸入瓶子里。样本取回后，用经过活性炭净化的空气对其进行稀释，然后“闻臭师”对味道进行辨别。据悉，每次对臭味进行鉴定需要6个闻臭师进行多轮嗅辨，最终才能得出有法定效力的检测报告。　　不过，这种方法依赖于气体稀释和人工嗅辨，存在局限性。不仅做一次试验成本很高，而且不同“闻臭师”嗅辨的结果不一样。对此，广东省环境监测中心高级工程师肖文深有感触，他在论坛上说：“我本人和监测中心在内都是恶臭的受害者，深圳、惠州交界处的垃圾填埋场臭味扰民遭到周边老百姓频繁投诉，去年开始每个月我们都要监测一次，每次都很头大，采样要5个人，实验室分析要8个人。但结果很难说清楚，有时现场很臭，但实验室测不出来 有时反之。现在老百姓把我们告上法庭，政府部门对我们也不满意，真是两头受气。”　　肖文还表示，鼻子闻的方法存在不少问题，很多臭气都是偶发的，一阵风过去，现场采样有时采不到 实验室闻的结果也因人而异。　　改进：在线监测系统可监测可预警　　那么，未来对恶臭气体的监测和治理应该如何改进呢?国家环保部前总工程师万本太在研讨会上说：“监测恶臭气体不能再靠鼻子去闻，就像有无毒害靠舌头舔?这不是要命吗?要研究在线自动仪器监测方法，监测出来的强度与人体监测的准确度差多少，这是核心问题。”他同时透露，环保部监测司正在考虑把恶臭在线监测的方法作为下个年度的研究课题，推出配套的标准和评价方法，以及恶臭等级、对人体危害程度等。　　记者在研讨会上同时了解到，一种国产品牌的恶臭气体在线监测仪已在国内多个化工园区运行了几年。仪器制造商北京拓扑智鑫环境科技股份有限公司的有关负责人告诉记者，这是一种通过物联网技术、大数据平台，采样方便快捷的监测仪器，建立三位一体动态实时的自动预报预警体系，实现及时监控发现并控制恶臭气体，减少恶臭扰民问题。　　该负责人介绍说，这种恶臭气体在线监测系统可以进行区域综合布点，利用不同监测点浓度变化情况，并结合气象参数，有效确认恶臭污染气体排放源头和扩散规律，并支持与嗅辨员的三点比较式嗅袋法数据校准，实时监测计算出恶臭强度值，利用物联网和大数据中心系统，全面把握区域恶臭在线变化和趋势分析。　　可用于化工厂监测、污水治理、垃圾填埋场、石油炼化、水泥肥料等企业或部门内部自控，对其他突发事件引起的恶臭气体泄漏进行快速有效的监测和信息预警。针对各种环境恶臭污染执法提供数据辅助性支持，监控日常的企业运作及排放，并记录突然的气味臭气来源。　　而对于加强恶臭气体的治理问题，万本太建议，要将恶臭气体排放列入收费项目，“恶臭气体也包括VOCs(可挥发性有机物)，要像治理VOCs一样，向排放恶臭气体的企业征收排污费。尽管国家还没有收费标准，但广东可以先行先试，要求发出恶臭的企业一定要治理”。

p　　说起大气监测，公众首先想起的是PMsub2.5/sub，环境监测从业人员可能会想到二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、挥发性有机物等等，但是关注恶臭监测的人员还相对较少。而据不完全统计，在我国环境投诉中，恶臭投诉约占30%~40%，其数量仅次于噪声居第二位。/pp　　在投诉率如此高的情况下，为什么恶臭监测没有得到大家的重视?我国的恶臭监测现状如何?恶臭监测的未来需求在哪?还有哪些工作需要开展?近日，仪器信息网编辑专门采访了河北工业大学张思祥教授，张教授是国家重大科学仪器设备开发专项“恶臭自动在线监测预警仪器开发及应用示范”中仪器研发的主要负责人，主要开发基于传感器原理的在线恶臭监测仪器。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/38308eda-7e5e-4029-967f-e4a8c8826889.jpg" title="张思祥教授.jpg"//pp style="text-align: center "strong河北工业大学 张思祥教授/strong/pp　　strong发现需求 专注于恶臭在线仪器开发/strong/pp　　谈到为什么选择了做恶臭监测仪器开发，张教授如是说：“求学期间，我学习的是光学仪器和分析仪器专业。1999年在河北工业大学参加工作，接到的第一个任务就是研发水质COD分析仪，研发的仪器后来成功地实现了产业化。自此以后开始关注环境监测类仪器，我们与天津环科院国家环境保护恶臭污染控制重点实验室一直有合作，后来发现我国的恶臭气体检测还有很多薄弱环节，因此开始计划对此领域进行系统研究。”/pp　　目前，我国的恶臭检测主要依赖人工嗅辨，需要人员多、耗时长、对测试环境条件要求高。而我国恶臭投诉在不断增多，人工嗅辨技术已远远不能满足实际应用的需求。除人工嗅辨外，基于传感器阵列的恶臭在线监测系统是国际上比较成熟的一种恶臭在线监测技术。但在我国，这种技术的发展还不能满足实际应用。/pp　　首先是传感器的选择。气体传感器主要有金属氧化物传感器、电化学传感器和PID传感器三种，单一传感器只能检测特定类的气体且对气体的选择性都较差。而恶臭气体含硫化氢、氨气、挥发性有机物等4000多种成分，单一传感器无法满足检测需求，故一般都采取传感器阵列。/pp　　传感器阵列采取的是将不同传感器集成到一个模块上或者在一个芯片上沉积不同的传感器材料，故基于传感器阵列的恶臭在线监测仪器开发的首要任务就是开发出合适我国的传感器组合，满足恶臭气体种类和浓度的检测需求。虽然气体传感器种类众多，在食品、医药、安全等领域应用广泛，但恶臭气体的一大特点是气体组分未知，这就对传感器的选择和组合造成了很大困难。/pp　　其次是恶臭气体组分分析问题。传感器对气体的选择性较差，在混合气检测中，很难检测出气体组分。张教授就想到了色谱分离，将恶臭气体先进行分离再检测。经过慎重考虑，张教授最终选择了微流控技术，一是微流控技术可以做成固态元件，二是可以与热导检测器、PID检测器或电化学传感器等集成到一个芯片上，从而便于将来进行在线和小型化设计。/pp　　微流控芯片大部分是做液体分离，为了实现气体分离，张教授团队主要进行了两种设计。一种是填充式，即在微流控芯片的沟道里填充吸附性物质，如经过修饰处理的硅藻土，利用吸附脱附原理实现气体分离。另外一种是表面涂覆，涂覆之后利用毛细原理对气体进行溶解和析出的分离。目前已经可以实现100ppb范围内的气体分离，基本达到当初预期的指标。/pp　　strong不断深入 建立恶臭在线监测预警系统/strong/pp　　虽然微流控芯片与传感器阵列的组合可以实现恶臭气体成分和浓度的检测，但是张教授认为恶臭在线检测系统要想满足实际应用需求，如与现行的国家标准方法相对应、接到投诉后如何快速锁定污染源等，还需要进一步的研究。/pp　　首先是低嗅阈值气体传感器的开发。有些恶臭气体的嗅阈值非常低，达到亚ppb级别，但目前气相色谱上常用传感器对此类的检测还存在问题。由于张教授所在单位河北工业大学在新材料方面有很多研究，故张教授想在此基础上，对传感器材质进行一些研究。如碳化硼材料对气体的吸附、富集和析出性能良好，可以考虑其在恶臭气体的吸附和富集方面的应用 石墨烯也是一种新型材料，可以研究一下其在提高气体传感器的气敏性和精度方面的作用。/pp　　其次是气体辨别模型的建立。虽然经过了前端的分离，但是由于气体组分过于复杂， 传感器对特定恶臭气体的检测，仍可能会受到其它气体的干扰。此时就需要增加一种传感器，通过信息融合和数据分析(如模式识别、神经网络分析等)来排除干扰，即通过建立模型来实现气体辨别。/pp　　检测结果与国家标准的对接也是一个值得研究的课题。按照现行国家标准，恶臭检测的最终结果应该为恶臭等级，而此系统的分析结果为恶臭成分和浓度。因此需要建立一个恶臭成分浓度与恶臭等级对应的模型，包括单一物质，物质浓度与恶臭等级的关系 两种或者多种物质混合之后，物质浓度和混合比例与恶臭等级的关系。最终的目标是需要建立一个仪器检测代替人工方法的标准来进行恶臭评价。/pp　　还有一个工作就是恶臭的溯源。一个是恶臭来源区域判断，如果检测到恶臭浓度超标，需要能根据风力、风向、大气压以及恶臭浓度的梯度变化等相关参数，来推断恶臭可能的排放来源。另一个就是建立恶臭气体指纹，根据工厂的生产情况调查其恶臭气体的基本组分，当检测到恶臭气体时，根据气体成分可以快速初判出污染源。/pp　　strong把握时机 促进国产仪器发展/strong/pp　　仪器开发的最终目的是实现应用，对于恶臭仪器的产业化和我国恶臭监测市场发展，张教授也谈了自己的看法。/pp　　恶臭仪器产业化应尽早。我国PMsub2.5/sub监测最初受到关注是某国公布了监测结果，之后我国政府公布的监测数据受到很多的质疑，这是因为先入为主。因此我国应该尽早发展自己的比较权威的仪器，并将监测数据发布，从而掌握主动权。而且从仪器使用上来说，用户习惯一种仪器之后，再接受新的仪器就需要一个过程，这也需要我国厂商应尽早推出有自主知识产权的仪器。/pp　　从国产仪器产业发展角度来看，目前我国的恶臭监测还不适宜大规模推广。全球范围内，法国和韩国的恶臭监测技术发展较早，而我国的恶臭监测仪器还不成熟。如果国家现在推广恶臭监测的话，那么市场上的仪器肯定是国外厂商为主，对国产仪器发展将是一个很大的打击。/pp　　从推广形式来看，恶臭监测可以考虑与挥发性有机物监测结合来推广。目前VOCs监测已经受到了国家的重视并开始布局，而恶臭气体包括氨气、硫化氢和多种VOCs，因此可以在某些应用上将恶臭监测和VOCs监测统筹考虑。而且可以根据不同的应用场合开发特定的恶臭监测仪器，如用于公共卫生间的以硫化氢和氨气检测为主的恶臭监测仪。/pp　　在采访最后，张教授表示，非常愿意与企业合作，实现恶臭在线监测预警仪器的产业化，为我国的恶臭监测尽一份力。/pp　　strongspan style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "后记：/span/strongspan style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "以前我国的环境治理以减少污染物的排放为约束性指标，而环保“十三五”规划以改善环境质量为核心，更加注重公众认同感，从雾霾、黑臭水体等词语的频繁出现即可略见一二。就譬如恶臭问题是与公众感受直接相关的环境问题，可能因其局域性、瞬时性和阵发性而没有受到广泛关注，但是在特定区域已成为困扰居民的严重环境问题。/span/ppspan style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "　　随着环境治理的不断深入，恶臭受到关注仅是一个早晚的问题，而恶臭监测预警系统可以为恶臭治理提供很好的监管依据。故我国恶臭监测系统需要更多像张思祥教授这样的专家以及仪器厂商的努力，加强技术储备，从而在未来的恶臭问题中把握先机，掌握主动权。/span/pp style="text-align: right "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "　　采访编辑：李学雷/span/pp style="text-align: right "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "/span/pp　　strongspan style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "附录：张思祥教授个人简介/span/strong/pp style="text-align: left "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "　　河北工业大学机械工程学院教授，机械工程学科博士生导师，河北工业大学国家大学科技园管理中心主任，全国高校互换性委员会常务理事， 中国仪器仪表学会分析仪器学会常务理事。主要教育经历：1993/09-1996/06，天津大学，精密仪器与光电子工程学院，获得博士学位 2010/10—2011/05，美国克莱姆森大学 访问学者 1990/09-1993/06，浙江大学，光学与电子科学仪器系，获得硕士学位 1978/09-1982/06，天津大学，精密仪器系，获得学士学位/span/pp style="text-align: left "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312,SimKai "　　主要从事机械几何量测量理论与技术、光电检测方法、计算机图象处理技术研究。主持和完成国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金重点项目、河北省自然科学基金、天津市自然科学基金、河北省高教委博士科研资助基金、国家“十五”科技攻关重大项目子项、总装备部预研项目等国家、省部级纵向课题。完成“污水COD在线检测设备开发研制”等十余项企事业委托的横向课题。在国际、国内重要学术会议和学术刊物上发表学术论文100多篇。获得河北省科技进步二等奖、天津市科技进步三等奖各一项，各项专利30余项。目前有国家重大科学仪器设备开发专项、总装备部预研项目、企业委托项目在研。/spanbr//p