CN106290207A - 一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置和方法，涉及环境监测领域，包括主机和反射单元，所述主机包括：紫外光源及控制发射单元、准直收发单元、光路及微调单元、光谱仪、数据处理单元、气象五参数监测单元、激光测距单元和GPS测量及数据传输单元；能够快速监测并获得恶臭气体溯源所需数据，方便快捷，并且操作人员工作量小，监测全面灵敏度高，溯源迅速准确。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，具体涉及一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置和方法。
背景技术
恶臭是一种令人厌恶、损人健康、室内外空气中更易常见的污染物。近几年来，人们对各种异常气味造成的不满情绪和控告事件不断增加。在美国恶臭事件占大气污染事件的60％，在日本恶臭诉讼案也仅次于噪声占据第二。日本1971年就正式制定了世界上的第一部《恶臭防治法》，1992年在土耳其召开的关于农业废弃物管理问题的国际研讨会上，许多传家一致呼吁：“对于恶臭不必说哪种有害，哪种无害，仅仅因其存在就构成了灾害”。各国专家和学者均统一将恶臭污染从大气污染中单独分离出来，列为世界七大环境公害之一。
在我国，一方面为满足人们生活水平提高的要求而大力发展生产，“三废”排放量在增加，其中恶臭问题变得日益严重；另一方面，随着人民生活水平提高，人们对环境，特别是对恶臭带来的污染也更加敏感，恶臭扰民事件也已经常发生，因此关于恶臭的研究和治理已经引起了我国政府的高度重视，控制消除恶臭污染势在必行。目前中国大地拥有各级化工园区369家，由于城市的不断扩张及选址问题，化工园区的排放的各种恶臭气体体量大、随意性强对公众健康及生态环境带来极大的危害。
到2020年中国各地兴建的污水处理厂将达到20000个，城市的垃圾填埋场467座，污水处理厂与垃圾填埋场大都位于人口密集的城乡过渡区，他们排放的恶臭气体对公众健康产生极大的影响。
国内目前常用的监测手段的依据GB/T14675-93《空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法》而设计的采样嗅辨方法：根据工厂和四周居民居住情况，监测采样时在工厂上风向设一对照点，恶臭源下风向按扇形布设三个厂界测点，并在下风向居民住宅处设置敏感点，用恶臭气体真空瓶采样，采样后将样品瓶带回，由6名嗅辨员进行嗅辨，它主要是通过人的鼻子(标准鼻子用标准臭袋检查)嗅臭，按照臭气浓度分为五级：0级：无臭味；1级：勉强感到气味；2级：感到较弱的气味；3级：感到明显气味；4级：较强烈的气味；5级：强烈的气味。
三点比较式臭袋法的原理是先将三只无臭袋中的二只充入无臭空气和被测恶臭气体样品供嗅辨员嗅辨，当嗅辨员正确识别有臭气袋后，再逐级进行稀释、嗅辨，直至稀释样品的臭气浓度低于嗅辨员的嗅觉阈值时停止实验。每个样品由若干名嗅辨员同时测定，最后根据嗅辨员的个人阈值和嗅辨小组成员的平时阈值，求得臭气浓度。
该方法是通过嗅辨员的鼻子进行嗅臭，嗅辨员的身体状况直接影响监测质量，同时恶臭气体的复杂成分，直接影响嗅辨员的身体健康。
现有技术采用化学分析方法分析气态污染物时，气体检测种类有限，仅能检测苯乙烯、硫化氢和三甲胺类气体。并且固液相化学分析方法所用仪器体积较大，无法将气瓶等设备转移至现场，无法实时检测，效率低。
并且，现有电化学传感器恶臭气体监测仪器，存在气体相互干扰及最低检测限无法满足监测需求的问题。随着恶臭气体扰民事件的不断增多，环境监测部门迫切需要一种客观的快速的监测仪器。
化工园区排放的各种恶臭气体体量大、随意性强，由于采样分析的滞后性，从居民投诉到环保部门现场监测大致要四五个小时，使得监管部门难以溯源，最终不能厘清排放主体。
污水处理厂及垃圾填埋场产生的恶臭气体虽然不存在溯源问题，但气体排放的扩散与风速、风向及温度湿度大气压有密切的关系，同样存在居民投诉问题且难以确认。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置。本发明进一步提供了一种上述装置的恶臭气体监测溯源方法。采用本发明装置配合本发明方法能够快速监测并获得恶臭气体溯源所需数据，方便快捷，并且操作人员工作量小，监测全面灵敏度高，溯源迅速准确。
提供一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置，包括主机和反射单元，所述主机包括：紫外光源及控制发射单元、准直收发单元、光路及微调单元、光谱仪、数据处理单元、气象五参数监测单元、激光测距单元和GPS测量及数据传输单元；
所述紫外光源及控制发射单元位于所述准直发射单元的前方；所述光路及微调单元位于准直收发单元的后方；所述光纤一端与所述光路及微调单元连接，另一端与光谱仪连接；所述数据处理单元分别与所述气象五参数监测单元、所述激光测距单元和所述GPS测量及数据传输单元相电连接。
其光的传播流转过程包括：所述紫外光源及控制发射单元控制并发出紫外光；经所述准直收发单元接收，并将所述紫外光反射准直发出；然后经所述反射单元接收，所述反射单元反射后形成回返光；所述回返光经准直收发单元接收后再经所述光路及微调单元传播微调，通过所述光纤传导至光谱仪。
所述光谱仪为紫外差分吸收光谱。优选所述光谱仪的吸收光谱有效区为180nm-400nm。所述恶臭气体包括硫化氢、氨气、三甲胺、甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳、苯、甲苯和二甲苯。
反射单元设置有全反镜或三棱锥。
优选所述反射单元设置有垂直升降定位剪刀梯。其能够使反射单元快速完成不同高度快速定位。所述主机设置有云台，所述云台优选为六维手动调整云台或自动六维调整云台。其能够方便主机进行不同高度及不同方位的开发路径上的恶臭气体快速监测。
所述紫外光源为氘灯、脉冲氙灯或LED光源。
还提供一种上述装置的恶臭气体监测溯源方法。其监测包括如下流程：
配置所述主机中的所述气象五参数监测单元和所述GPS测量及数据传输单元，监测风速、风向、温度、湿度、大气压和经纬度；将多个所述反射单元分别设置于不同高度不同距离的至少三点，配合所述主机监测恶臭气体浓度。
所述方法的溯源包括如下流程：
所述主机设置处为F点，所述反射单元设置有六个，并且分别设置于相对于F点不同垂直高度的A点、B点和C点，以及相对于F点不同水平距离的C点、D点和E点；根据FA、FB、FC和FC、FD、FE六条路径上的恶臭气体浓度，经所述数据处理单元运算得到空间浓度分布，结合风速、风向参数、地形、大气扩散模型和经纬度，反演获得恶臭气体排放源位置。所述反演的数据处理方法优选采用中国专利201310427057.5所公开方法进行数据处理。
本发明所带来的综合效果包括：
1)快速完成石化、化工、制药、医药、焦化、涂装、印刷、食品、畜牧养殖、垃圾填埋、污水处理等行业无组织排放的恶臭气体快速检测；
2)完成特征污染物的排放调查，鉴别排放主体，厘清污染责任主体位置，便于环保监察；
3)避免嗅辨法之操作人员人工嗅辩时接触恶臭气体，操作人员能够远距离操作所述主机监测追溯恶臭气体源；
4)无需气相色谱法(GC)或气相色谱-质谱法(GC-MS)之大量氢气、氮气及压缩空气，降低运营维护成本；
5)无需将气瓶类设备带至现场，便于携带，快速完成恶臭气体无组织排放源的溯源工作。
附图说明
图1为本发明实施例1主机及反射单元的光路原理图。
图2为本发明实施例1恶臭气体溯源方法示意图。
图3为本发明实施例2的主机内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步解释说明，但应理解，本发明的范围不限于此。
实施例1
一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置，包括主机和反射单元，所述主机包括：紫外光源及控制发射单元、准直收发单元、光路及微调单元、光谱仪、数据处理单元、气象五参数监测单元、激光测距单元和GPS测量及数据传输单元；
所述紫外光源及控制发射单元位于所述准直发射单元的前方；所述光路及微调单元位于准直收发单元的后方；所述光纤一端与所述光路及微调单元连接，另一端与光谱仪连接；所述数据处理单元分别与所述气象五参数监测单元、所述激光测距单元和所述GPS测量及数据传输单元相电连接。
如图1所示，本实施例光的传播流转过程包括：所述紫外光源及控制发射单元控制并发出紫外光；经所述准直收发单元接收，并将所述紫外光反射准直发出；然后经所述反射单元接收，所述反射单元反射后形成回返光；所述回返光经准直收发单元接收后再经所述光路及微调单元传播微调，通过所述光纤传导至光谱仪。
所述光谱仪为紫外差分吸收光谱。优选所述光谱仪的吸收光谱有效区为180nm-400nm。所述恶臭气体包括硫化氢、氨气、三甲胺、甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳、苯、甲苯和二甲苯。
所述反射单元设置有全反镜。
所述反射单元设置有长光程多级反射式气体吸收池，其包括紫外光入射口、紫外光出射口、气体入口及出口、多块凹面镀紫外增强膜反射镜和入射光调整装置。所述凹面镀紫外增强膜反射镜优选设置有三块。其能够有效增大反射光强，并减少所述光谱仪获得有效光谱积分的时间，进一步确保光谱吸收有效区间，从而提高检测灵敏度。
所述反射单元设置有垂直升降定位剪刀梯。其能够使反射单元快速完成不同高度快速定位。所述主机设置有云台，所述云台为自动六维调整云台。其能够方便主机进行不同高度及不同方位的开发路径上的恶臭气体快速监测。
所述紫外光源为氘灯。
上述装置的恶臭气体监测及溯源方法。其监测包括如下流程：
配置所述主机中的所述气象五参数监测单元和所述GPS测量及数据传输单元，监测风速、风向、温度、湿度、大气压和经纬度；将多个所述反射单元分别设置于不同高度不同距离的六点，配合所述主机监测恶臭气体浓度。
如图2所述，所述方法的溯源包括如下流程：
排放源为S点，所述主机设置处为F点，所述反射单元设置有六个，并且分别设置于相对于F点不同垂直高度的A点、B点和C点，以及相对于F点不同水平距离的C点、D点和E点；根据FA、FB、FC和FC、FD、FE六条路径上的恶臭气体浓度，经所述数据处理单元运算得到空间浓度分布，结合风速、风向W参数、地形、大气扩散模型和经纬度，反演获得恶臭气体排放源位置。所述反演的数据处理方法采用中国专利201310427057.5所公开方法进行数据处理。
本实施例所带来的综合效果包括：
1)快速完成石化、化工、制药、医药、焦化、涂装、印刷、食品、畜牧养殖、垃圾填埋、污水处理等行业无组织排放的恶臭气体快速检测；
2)完成特征污染物的排放调查，鉴别排放主体，厘清污染责任主体位置，便于环保监察；
3)避免嗅辨法之操作人员人工嗅辩时接触恶臭气体，操作人员能够远距离操作所述主机监测追溯恶臭气体排放源；
4)无需气相色谱法(GC)或气相色谱-质谱法(GC-MS)之大量氢气、氮气及压缩空气，降低运营维护成本；
5)无需将气瓶类设备带至现场，便于携带，快速完成恶臭气体无组织排放源的溯源工作。
实施例2
本实施例采用实施例1中所述恶臭气体监测溯源装置及所述方法进行实施，不同之处在于，
如图3所示，所述主机内部的装置包括，单板机21、显示屏22、M1反射镜23、M2反射镜24、光源25、透镜26、窗片27、三维调整架28、光谱仪29、激光测距仪210、气象五参数测定仪211和无线发送模块212。
所述装置操作流程包括：
开启主机电源，单板机21和显示屏22开始工作；激光测距仪210工作，测量主机到全反镜213的距离，并记录。根据提示操作，光源25发光，经透镜26汇聚后照射到M1反射镜23上，经M1反射镜23准直后发射到全反镜上，光线经过全反镜的反射，再返回到M1反射镜23上，光线被M1反射镜23反射到M2反射镜24上，经过M2反射镜24汇聚到三维调整架28的光纤接口，经光纤将光线导入到光谱仪29中。
光纤经光谱仪29分光得到经过气体吸收的光谱图，单板机21根据内置的各种恶臭气体的标准谱图，经计算得到从主机到全反镜中间的各种气体平均浓度。
同时，气象五参数测定仪211，实时测定测量过程中的风速、风向W、温度、湿度、大气压等参数，并与主机测定的各种恶臭气体浓度汇总保存，或经数据无线发送模块212发送至监控中心。
虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。
Claims (6)
1.一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置，包括主机和反射单元，其特征在于，所述主机包括：紫外光源及控制发射单元、准直收发单元、光路及微调单元、光谱仪、数据处理单元、气象五参数监测单元、激光测距单元和GPS测量及数据传输单元；
所述紫外光源及控制发射单元位于所述准直发射单元的前方；所述光路及微调单元位于准直收发单元的后方；所述光纤一端与所述光路及微调单元连接，另一端与光谱仪连接；所述数据处理单元分别与所述气象五参数监测单元、所述激光测距单元和所述GPS测量及数据传输单元相电连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其光的传播流转过程包括：所述紫外光源及控制发射单元控制并发出紫外光；经所述准直收发单元接收，并将所述紫外光反射准直发出；然后经所述反射单元接收，所述反射单元反射后形成回返光；所述回返光经准直收发单元接收后再经所述光路及微调单元传播微调，通过所述光纤传导至光谱仪。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述反射单元设置有全反镜或三棱锥。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述紫外光源为氘灯、脉冲氙灯或LED光源。
5.一种采用如权利要求1-4中任一项所述装置的恶臭气体监测溯源方法，其特征在于，监测包括如下流程：
配置所述主机中的所述气象五参数监测单元和所述GPS测量及数据传输单元，监测风速、风向、温度、湿度、大气压和经纬度；将多个所述反射单元分别设置于不同高度不同距离的至少三点，配合所述主机监测恶臭气体浓度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，溯源包括如下流程：
所述主机设置处为F点，所述反射单元设置有六个，并且分别设置于相对于F点不同垂直高度的A点、B点和C点，以及相对于F点不同水平距离的C点、D点和E点；根据FA、FB、FC和FC、FD、FE六条路径上的恶臭气体浓度，经所述数据处理单元运算得到空间浓度分布，结合风速、风向参数、地形、大气扩散模型和经纬度，反演获得恶臭气体排放源位置。
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