空气污染物连续监测技术练习题

空氣污染物連續監測技術練習題1.空氣污染物連續監測就主要監測對象而言，可分為哪兩類？解答：空氣污染物連續監測就主要監測對象而言，可概分為煙道監測及大氣監測兩類。甲級課本第1頁2.氣狀污染物煙道監測儀依其採樣及分析方法可分為哪三類？解答：氣狀污染物煙道監測儀可分為抽取式系統、現址式系統及遙測系統等三類。甲級課本第1頁圖13.抽取式監測儀依其分析方法可分為哪四類？解答：抽取式煙道監測儀可分為吸收光譜法、激光法、電析法及常磁性法（O2）等四類。甲級課本第2頁表14.激光分析法依其產生激光型態的方式可分為哪三類？解答：激光分析法依其產生激光型態的方式可分為化學激光法（NOX）、螢光法（SO2）及火焰激光法等三類。甲級課本第2頁表15.不透光率監測儀與氣態污染物光學監測儀採用的光源分別為何種光？1解答：不透光率監測儀採用的光源為可見光；氣態污染物光學監測儀採用的光源採用的光源為NDIR或NDUV。甲級課本第2頁表16.NDIR監測儀具有哪兩種氣體容器？（非乙級）解答：典型之NDIR監測儀具有參考氣體和樣品氣體等兩個氣體容器。通常參考氣體多採用乾N2，在分析之光譜範圍內不會吸收光。但樣品氣體會吸收紅外線，使偵測器感受到兩股出射光能量的差異。甲級課本第4頁7.NDUV監測儀必須加入何種氣體才可以量測NO？（非乙級）解答：因NO不在NDUV之可分析光譜範圍內，所以必須注入臭氧（O3）將NO轉變成NO2，使NO完全轉化成NO2（NO2可用436nm之濾光鏡分析之）。甲級課本第7頁8.驟冷效應主要是何種物質將激發態的污染氣體分子能量移走？（非乙級）解答：激發態SO2分子（SO2*）尚未放出能量之前，與H2O、CO2、O2、N2或其他分子碰撞，將能量傳給這些分子，這種現象即稱這些分子對輻射螢光之驟冷效應。2甲級課本第9頁9.NO/NO2化學激光分析儀在何項配件損壞時即無法量測NO2，但仍可量測NO？（非乙級）解答：因NOX監測儀通常只選定一濾光鏡使波長在600至900nm之光譜能作用而偵測出NO之濃度，但NO2必須藉由觸媒轉換設備將NO2還原成NO後，再經過上述步驟被量測出來，故若觸媒轉換器故障時即無法量測NO2。甲級課本第9頁10.何種氣體分子對NOX化學激光分析儀的干擾最大？（非乙級）解答：NH3可以說是對NOX分析干擾最大的分子，因為NH3在不銹鋼觸媒轉化器內會被氧化成NO而影響測值，這種問題在一般燃燒廢氣應用上不會發生，但在其他工業製程廢氣應用上要份外小心。為了避免這問題，採用可在較低溫操作之觸媒Mo，即不會將NH3氧化成NO。甲級課本第10頁11.火焰激光分析儀（FPD）主要可分析何種化合物？（非乙級）解答：火焰激光為化學激光的一種，採用氫焰來激發硫原子，3然後放出尖峰波長約在394nm之放射光譜，這種方法是專門針對硫原子而非SO2，所以硫化物如H2S、SO3、硫醇類等，都可在這種儀器放出紫外光而測得總硫化物。甲級課本第10頁12.極性分析儀以何種原理量測氣態污染物？（非乙級）解答：極性分析儀常被稱為電壓計（VoltametricAnalyzers）或電化學轉化器（ElectrochemicalTransducers）。電化學轉化器為一種自給自足之電池，可將污染性氣體納入其反應系統，依其產生之電壓差別而分辨其為何種污染物。選用不同之電極及電解液，可分別量測SO2、NO2、CO、O2、H2S及他種氣體。甲級課本第11頁13.請簡述O2電觸媒分析儀的原理？（非乙級）解答：O2電觸媒分析儀又被稱為燃料電池O2分析儀，但其實它並非真正的燃料電池，而是使用一種特殊固體觸媒電解質以幫助電子流通之電解液濃度差電池。以這種原理用在O2分析上，O2濃度以其分壓表示，並採用一種多孔隙之二氧化鋯（ZrO2）為電解質且可將4O2氧化成氧離子之高溫觸媒。當分析燃燒廢氣時，樣品部份之O2分壓一般皆比參考部分之O2分壓小，若此系統維持在850°C以上時，參考部份（通常引用空氣）的O2分子會在電解質及電極接觸面上載取電子形成，而ZrO2這種多孔隙之陶瓷對於O2是非常好的導體。這是因為一般金屬離子可形成整齊之結晶構造而O2不會，於是在結晶體上形成空隙，若加熱ZrO2，則孔隙及O2即含在結晶體內移動，當=2O=O2到達樣品部份之電極表面時，會放出電子而變成O2分子，其電動勢（EMF）以O2分壓表示如下：)O(P)P(PlnF4RTEMF2sample2ref=其中R：氣體常數，T：絕對溫度，F：Faraday常數電動勢經量測後，且Pref（O2）已知，則可換算出樣品之O2分壓。甲級課本第12-13頁14.何類氣體分子可用常磁性分析法量測？（非乙級）解答：氧氣（O2）在磁場裡分子的表現將和其他地區大異其趣，這種磁性表現可能是反磁性的也可能是常磁性的。大部份的物質為反磁性的，將其放入磁場時會被5磁力彈出去。O2有兩個不成對的電子在同一個方向轉，這兩個電子使得O2分子有常磁性。故當O2分子靠近磁場時，O2分子會被吸向磁場且電子之動量順著磁場，這種現象最早由Faraday發現，其可用來量測O2濃度。甲級課本第13頁15.取樣系統必須具備哪些功能才能使抽取式監測儀的數據讓人相信？解答：抽取式監測儀的數據若欲讓人相信，其取樣系統必須具備下列功能：(1)連續地由排放源將具代表性的樣品氣體抽出。(2)在取樣系統中保持樣品氣體原有的特質不變。(3)將樣品氣體調配成適合監測儀測試的狀態。(4)能容許存在一種可信賴的取樣系統校正方法。甲級課本第14-15頁16.監測儀取樣點的選擇基準為何？解答：取樣點的選擇可分為污染物監測儀及稀釋氣體監測儀而決定：(1)污染物監測儀：取樣時最重要的是能否取得具有代6表性的樣品，通常具有代表性的氣體樣品必須在氣體不是呈層流狀況下取得。非層流的意義表示煙道管內任一點之氣體濃度與量測出來之平均濃度差別小於10%，一般煙道管在分叉或合流處下游超過8倍管道直徑處之流動氣體我們通常假設其為非層流。不過在發電廠的空氣預熱器上游取樣時，無法找到上述之取樣點。任何一種在分叉或合流處下游8倍管道直徑內取樣的工作都必須保證連續取樣的過程中氣體的濃度沒有大變化，或是多點取樣取平均值。(2)O2/CO2監測儀：O2/CO2之取樣點也應該如同污染性氣體之選擇基準，但煙道管中若有多處取樣點符合上述的要求，O2/CO2的取樣點也可以獨立設置。當O2/CO2取樣點與其他污染性氣體取樣點間有層流發生時，則多點之取樣管必須被採用，尤其在O2/CO2監測儀和其他污染性氣體監測儀型態不同時（如一種為抽取式，一種為現址式）(3)其他注意事項：除了以上，還有一些原則在選擇取樣點時必須要考慮，如是否方便與監測儀連接，系7統反應周期及取樣系統之整體規畫。通常監測儀最好盡量靠近取樣點，不過這在實際應用上常有困難，一般工廠多會將監測儀設在控制室內，再由取樣點引很長的管線將樣品氣體引來，這種情況通常要設計較複雜的取樣系統，且系統的反應週期要被拉長。甲級課本第15-16頁17.監測儀前之細濾器可分為哪兩種？解答：細濾器可分為兩種：表面過濾器及深度過濾器。甲級課本第17頁18.選擇氣體導管時要考慮的因素為何？解答：氣體導管的作用在連接本節所說明之取樣系統的各單元，在選擇氣體導管時要考慮以下諸項：(1)導管之內、外徑。(2)導管之抗腐蝕性。(3)導管之耐溫性。(4)導管是否會影響取樣氣體的濃度（如吸附或反應）。(5)價錢。甲級課本第18頁819.常用之氣體導管材料有哪些？解答：常用的氣體導管材質包括不銹鋼，Teflon®、PP、及PE管。Teflon®或不銹鋼管都有極高的耐腐蝕性及耐高溫性，並且對取樣氣體不會反應而造成影響。甲級課本第18-19頁20.取樣泵連著一段迴路之目的何在？解答：取樣泵連著一段迴路之目的在於，當在處理小風量時可避免取樣泵因為將取風口縮小造成高壓差而使其壽命縮短的困擾，因此其主要目的和作用在控制迴路之通道大小而使取樣泵之取風口維持固定的開度。甲級課本第19頁21.常用的除水設備有哪些？解答：常用的兩種除水設備包括冷凝設備或滲透乾燥器兩種。甲級課本第20頁22.依現址式監測儀的排放方式可分為哪參類？解答：現址式監測儀的組合有單程式（Single-Pass）、雙程式（Double-Pass），及短距雙程式（Double-Pass，Pointorshortpathsystems）等三種。甲級課本第21頁923.請簡略說明光深度？（非乙級）解答：光深度為氣體濃度和光量測距離的乘積。（比方說某儀器之光深度適用範圍為0到20,000ppm-m，則將此監測儀設在直徑為10m之煙囪上可量測到之氣體濃度為0到20,000/10=2,000ppm。（單程系統））甲級課本第23頁24.現址式監測儀與抽取式監測儀相較之優缺點為何？（非乙級）解答：穿越型監測儀如前述有多項優勢比抽取式監測儀好，比方說其設置地點較有彈性蓋其監測之路徑較長，且較不用擔心煙道氣層流的問題。不過煙道氣的層流通常都是二維方向而非單方向，所以在層流非常嚴重的情況下，其與抽取式系統一樣要採用多點式才能代表整體的煙道氣。此外，穿越型系統採用石英或玻璃製成之光學設置可大幅縮短儀器之校正時間，並因其不需使用標準氣體及抽取之管線系統可節省許多經費，且無須如標準氣體必須每隔一段時間查驗一次。此種系統因可同時監測數種污染性氣體，有時甚至可用作不透光儀，其初設成本大約和數台不同氣體之抽取式監測儀相當，但其操作成本則降低許多，因其不10用每24小時查驗各標準氣體之校正曲線。另外，因其不像抽取式監測儀，故冷凝設備、保溫帶、閥門、及抽氣泵都可省略。雖然穿越型監測儀有以上很多優點，但其缺點也不可避免。因為其只能監測一個煙道，當有許多煙道要同時監測時，採用多項採樣管並導入同一抽取式監測儀會比較經濟可行。此外，如光源不小心偏向、振動、及一些電子零件的損壞是其常遭遇的問題。甲級課本第25頁25.二次微分分光計監測儀的優點為何？（非乙級）解答：二次微分之煙道內分光計監測儀之接收訊號強度（S）與入射光強度（I）之關係依二次微分推導後如下式：S/I=KCl其中，K=常數、C=氣體濃度、l=光通過氣體之總路徑由上式得知，其公式係將接收訊號強度除以入射光強度。因此，原本可能因入射光強度不穩定、光源入射角度偏向及其他氣體或粒狀物的吸收干擾等因素造成的問題都可迎刃而解，這也是此系統之優點。甲級課本第25-26頁1126.請列出兩種大氣粒狀物連續監測儀。解答：貝它射線量測儀和錐形元件微量天平。甲級課本第27頁27.稀釋氣體之量測項目主要為哪兩種氣體？解答：氧氣（O2）和二氧化碳（CO2）。甲級課本第30頁28.常見之排放流率監測儀有哪參種？解答：常見的排放流率監測儀有皮托管式、熱電偶式及超音波式等三種。甲級課本第30頁29.超音波流率監測儀之量測原理為何？解答：超音波式監測儀有點類似現址式監測儀器，是將監測儀分別裝置於煙道約兩端。由兩端分別發射超音波，再由另一端偵測器接收，在氣流帶動或阻礙下，使得超音波由A端到達B端或由B端到達A端所產生的時間差計算出煙流的流率。甲級課本第31頁30.熱電偶式流率監測儀之量測原理為何？解答：熱電偶式流率監測儀的量測原理是利用一加熱的金屬12體，因流動的氣體造成金屬溫度改變，利用加熱以維持定溫所需之電流，同時再以另一未加熱同質金屬體測量煙道內之溫度，比較其所造成之電壓差來計算氣體流率。甲級課本第31頁31.皮拖管式流率監測儀之量測原理為何？解答：皮托管式流率監測儀的量測原理是利用煙道內流率所造成的壓差來計算流率。量測時將皮托管置於煙道內，由皮托管上兩個管道分別量測總壓及靜壓，這兩壓力差即為因流率造成的壓力，再依氣體密度、溫度及濕度等計算出流率。甲級課本第30-31頁32.大氣監測除了污染物外尚須監測哪些項目？解答：風向、風速、溫度和其他經中央主管機指定之監測項目。甲級課本第32-33頁33.量測溫度之溫度計主要有哪參類？解答：一般可應用於溫度量測之溫度計有電阻式溫度計，熱電偶式溫度計及半導體式溫度計等三類。13甲級課本第33頁34.電阻式溫度計之原理為