Một số công nghệ mới trong quan trắc môi trường không khí và nước theo hướng tự động hóa - Bản tin KHCN&HTQT Quý III năm 2020

Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới đang áp dụng nhiều phương pháp quan trắc mới ứng dụng công nghệ tự động hóa cho ta chuỗi số liệu liên tục với độ chính xác cao. Bài viết, giới thiệu một số tính ưu việt mới của công nghệ quan trắc môi trường không khí và nước với các tính năng kỹ thuật đảm bảo phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.

1. Đối với quan trắc môi trường không khí

Hiện tại, công nghệ quan trắc môi trường không khí tự động như công nghệ quan trắc bằng các Module phân tích khí, công nghệ Diod quang, Lazer quang.v.v.. đang từng bước được ứng dụng vào thực tiễn phục vụ hoạt động quan trắc môi trường.

a. Hệ thống quan trắc sử dụng công nghệ Module phân tích khí

Loại công nghệ này thường được sử dụng tại những trạm quan trắc môi trường nền cơ bản, đòi hỏi giám sát thường xuyên liên tục trong một thời gian dài.

Hệ thống này gồm các hợp phần như sau:

- Các Module phân tích không khí tự động (SO2, CO, NOx, O3, PM10/PM2.5, ...) có công nghệ đo mới nhất (có thể quan trắc được giá trị thấp cỡ ppb đối với chất khí và dưới 1 µg/m3 đối với bụi) và đang được các nước phát triển áp dụng hiện nay.

- Công nghệ truyền dữ liệu bằng được truyền internet hoặc 3G/4G, có cổng kết nối USB và có thể điều khiển thiết bị từ xa qua TCP/IP với giao diện sống động, đa ngôn ngữ.

- Hệ thống quản lý dữ liệu mới:

+ Bao gồm truy hồi dữ liệu, cơ sở dữ liệu, công cụ trình bày dữ liệu, mô hình hóa, ước tính phơi nhiễm và đánh giá như một hệ thống quản lý chất lượng không khí hoàn chỉnh;

+ Tự động so sánh với các giá trị giới hạn bắt buộc;

+ Tự động nạp dữ liệu về môi trường trên các trang web của khách hàng;

+ Tích hợp hệ thống bản đồ AQMS cung cấp công cụ để hình dung, khám phá và truy vấn dữ liệu, địa lý;

+ Báo động hiển thị dữ liệu thô, trung bình, dự đoán, bảo trì ...;

+ Chuẩn đoán từ xa và hỗ trợ, đường dây nóng và dữ liệu bảo đảm lưu trữ.

Hệ thống này có ưu điểm độ chính xác rất cao, có thể đo được nồng độ khí rất nhỏ, dữ liệu được truyền liên tục về trung tâm bằng công nghệ truyền tin mới, có giao diện hiển thị kết quả quan trắc bằng biểu đồ. Tuy nhiên hệ thống này có giá thành cao, cần phải có diện tích để xây dựng nhà trạm hoặc đặt thùng Contener việc bảo trì bảo dưỡng hệ thống khá tốn kém và mất nhiều thời gian, đòi hỏi phải có nguồn điện lưới ổn định, quan trắc viên cần có kiến thức tổng hợp về môi trường, điện tử, tự động hóa...

b. Hệ thống quan trắc sử dụng công nghệ Diod quang và Lazer quang

Hệ thống đo bụi tự động PM1/PM2.5/PM10 bằng công nghệ Lazer, Diod quang. Loại công nghệ này phù hợp với những vị trí quan trắc môi trường tác động, có mức độ ô nhiễm cao, độ chính xác tương đối cao, thiết bị gọn nhẹ không tốn diện tích (chỉ cần gắn toàn bộ hệ thống trên cột), có thể sử dụng năng lượng pin mặt trời.

Một số tính năng kỹ thuật chính của hệ thống: đơn vị tính nồng độ bụi µg/m3; giới hạn phát hiện 0.3μm/m3, tần suất cập nhật mỗi 5 phút, nguồn điện: 5V, 100mA / AC100~240V (DC5V 3A), tiêu hao điện năng 2,5W, kích thước đầu đo: 37x37x12 mm, kích thước: hộp chống nước 300x200x180mm, trọng lượng 1kg, nhiệt độ làm việc: từ 0⁰C ÷ 50⁰C.

2. Đối với quan trắc môi trường nước

a. Hệ thống quan trắc tự động bằng phao nổi đo trực tiếp dòng chảy (QLYT-3S)

Bộ điều khiển thu nhận xử lý dữ liệu (Dataloger) và các đầu đo được gắn trực tiếp trên phao. Các đầu đo được thả xuống nước ở một độ sâu nhất định và đo các thông số pH, nhiệt độ, DO, độ dẫn điện, độ mặn… Số liệu đo được truyền vào Dataloger được xử lý và sau đó truyền về trung tâm giám sát hoặc máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh.

Hệ thống quan trắc này phù hợp với những trạm nước sông có dòng chảy yếu, trạm nước hồ và trạm nước biển.

b). Hệ thống thiết bị quan trắc tự động cố định bằng phương pháp đo gián tiếp trong nhà trạm

Nước sông được bơm liên tục tới bể điều hòa trong nhà trạm thông qua bơm hút nước, hệ phao nổi và đường ống, vị trí bơm hút lấy mẫu luôn cách mặt nước sông là 0,5m. Đầu đo các thông số quan trắc được đặt trong bể điều hòa chứa mẫu nước sông được bơm lên. Các giá trị đo được phần mềm quan trắc tự động cập nhật liên tục với tần suất 5 phút/1 kết quả đo và truyền về Cơ sở dữ liệu của Trung tâm điều hành.

Hệ thống này có cấu trúc như sau:

- Bộ đầu đo (Sensor) đo các thông số cơ bản: pH, nhiệt độ, độ dẫn điện/độ mặn/tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ mặn, DO, độ đục, nitrat. Ngoài ra còn có thể đo một số yếu tố khác như BODeq, CODeq...

- Bộ truyền tín hiệu qua mạng 3G/4G hoặc internet (kèm bộ pin mặt trời và bộ xạc pin dự phòng) kết nối với bộ đầu đo 6 thông số nói trên. Thông số độ mặn và TDS đổi bằng phần mềm.

- Cập nhật các thông số môi trường đồng thời khoảng 5 – 10 phút/lần. Có thể điều khiển thu nhận dữ liệu từ trung tâm điều hành.

- Hệ thống báo động chống trộm.

- Chuyển giao công nghệ, hướng dẫn sử dụng, truyền số liệu và bảo trì bảo dưỡng.

- Xây dựng trạm quan trắc, hệ thống giá đỡ và lồng bảo vệ (chưa bao gồm hệ thống lưới điện cung cấp cho hoạt động của trạm).

Kết luận: Việc áp dụng các Hệ thống quan trắc tự động mới trên mạng lưới quan trắc môi trường của ngành KTTV là hoàn toàn khả thi và có tính thiết thực. Để có thể triển khai trên thực tế cần có thêm các thử nghiệm để đưa ra lựa chọn giải pháp tối ưu nhất phù hợp với hiện trạng của mạng lưới trạm quan trắc môi trường của ngành KTTV.

Bài: Trung tâm Quan trắc KTTV

Tổng hợp: Vụ KHQT