CN109030737A - 一种污水恶臭气体检测系统及污水恶臭气体检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种污水恶臭气体检测系统，包括样气预处理单元、气体分析单元和主控单元。样气预处理单元连通污水的恶臭气源，用于对样气进行冷凝处理和采样。气体分析单元连接着样气预处理单元和主控单元，用于将样气预处理单元的采样进行分析并将数据信号传输给主控单元。主控单元连接着气体分析单元和样气预处理单元，用于向样气预处理单元发送工作信号，以及向气体分析单元发送工作信号。本发明还提供一种污水恶臭气体检测方法。本发明能实时连续监测污水排放气污染物；根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数。并可以经过数据采集通讯装置，无线将数据传送至环保行政主管部门，使用单位也可以进行远程的监测或接入PLC系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水恶臭气体检测系统及污水恶臭气体检测方法，属于污水气体检测与处理技术领域。
背景技术
工业生产、市政污水、污泥处理及垃圾处置设施等是恶臭气体的主要来源。恶臭气体主要产生在污水处理过程中的排污泵站、进水格栅、嚗气沉沙池、初沉池等处，污泥处理过程中的污泥浓缩、脱水干化、转运等处，垃圾处理过程中的堆肥处理、填埋、焚烧、转运等处，以及化学制药、橡胶塑料、油漆涂料、印染皮革、牲畜养殖和发酵制药等相应的产生源处。恶臭物质分布广，影响大，除了刺激人的嗅觉器官使人觉得不舒服外，还对人的呼吸系统、消化系统、内分泌系统、神经系统和精神系统产生不利影响，高浓度下还会导致急性中毒甚至死亡。
不同的处理设施及过程会产生各种不同的恶臭气体。污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为硫化氢，初沉淀池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其它含硫气体为主，污泥消化稳定过程中会产生氨气和其它易挥发物质。垃圾堆肥过程中会产生氨气、胺、硫化物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等臭气。好氧化及污泥风干过程可能产生很少量的硫化氢，但主要有硫醇和二甲基硫气体产生。污水泵站在运行中产生的大量的恶臭气体，不仅会影响泵站员工的身体健康及工作环境，还会影响周围居民的日常生活。
除臭方法是一个发展的过程，最初时是采用水除法，后来逐步发展到微生物脱臭法，其处理效果较好。除臭氧化法、燃烧法、纯天然植物提取液喷洒技术等。但是，对于恶臭气体的监测和处理不能集合在一起，成为一个智能化自动化的系统，因此处理效率不高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种污水恶臭气体检测系统及污水恶臭气体检测方法，该污水恶臭气体检测系统，包括样气预处理单元、气体分析单元和主控单元；
所述样气预处理单元连通污水的恶臭气源，用于对样气进行冷凝处理和采样；所述气体分析单元连接着样气预处理单元和主控单元，用于将样气预处理单元的采样进行分析并将数据信号传输给主控单元；所述主控单元连接着气体分析单元和样气预处理单元，用于向样气预处理单元发送工作信号，以及向气体分析单元发送工作信号。
本发明进一步设置为，所述样气预处理单元包括冷凝过滤单元和采样泵；冷凝过滤单元包括冷凝器、过滤器和温控器；所述冷凝器连接着温控器，所述冷凝器的进气端连通恶臭气源，所述冷凝器的出气端连通过滤器的进气端，所述过滤器的出气端连接采样泵，所述冷凝器的冷凝液出口连接着排水蠕动泵，所述排水蠕动泵连接着主控单元；所述采样泵连接主控单元和气体分析单元；所述温控器连接着主控单元。
本发明进一步设置为，所述冷凝器和恶臭气源之间的管线上装有换向阀，所述换向阀连接着主控单元。
本发明进一步设置为，所述冷凝过滤单元有1-3个；所述冷凝过滤单元有2个或3个时，后一个冷凝过滤单元的冷凝器的进气端连通前一个冷凝过滤单元的过滤器的出气端。
本发明进一步设置为，所述气体分析单元包括检测腔、控制处理器，所述检测腔连接着采样泵，所述控制处理器连接着信号通讯模块、指示与电源模块和分析模块；所述分析模块设置在检测腔内，对气体进行分析后，将得到的数据通过信号通讯模块传递给主控单元。
本发明进一步设置为，所述分析模块包括温湿度分析模块和气体分析模块。所述气体分析模块包括H2S分析模块、NH3分析模块、可燃气分析模块，VOC气体分析检测模块。
本发明进一步设置为，所述主控单元包括数字量采集模块、泵阀驱动模块、数据通信模块和多路继电器；所述数字量采集模块连接着开/关机控制信号、分析模块和板载温度传感器；所述泵阀驱动模块连接着换向阀和采样泵；所述多路继电器连接着机箱风扇、温控器和蠕动泵；所述数据通信模块连接着声光报警模块、串口、无线和RS-485端口，所述RS-485端口连接着上位机。
本发明还提供一种利用上述的污水恶臭气体检测系统进行气体检测的方法，包括以下步骤：
(1)上电待机，给出开机信号，启动系统；如果板载温度传感器测得的温度设定值，则启动机箱风扇；并打开冷凝器，设定好冷凝温度；
(2)清洗采样气路与气室；
(3)连通恶臭气源，采样，检测H2S、NH3、可燃气、VOC等气体和温湿度；如果超过阈值，则上传PLC，启动制动处理系统；如果不超过阈值，则上传PLC，显示实时数据；
(4)如果冷凝器有水产生，启动蠕动泵自动抽取管路中的积存水分，自动排出；如果冷凝器温度超过设定值或者气室湿度超过设定值，则报警，上传PLC；；
(5)在步骤(3)和步骤(4)之后，给出关机信号，清洗采样气路与气室后，系统关机。
本发明进一步设置为，恶臭气源的入口流量为1L/min-10L/min；进入气体分析单元的流量在0.3L/min-2L/min。
本发明进一步设置为，冷凝器温度的设定值为0℃-6℃，气室温度的设定值为不大于50RH。
本发明能实时连续监测污水排放气污染物；根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数，如：NH3、H2S、燃烧气、VOC、湿度等参数。并可以经过数据采集通讯装置，无线将数据传送至环保行政主管部门，使用单位也可以进行远程的监测或接入PLC系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作原理框图；
图2为气体分析单元的结构原理图；
图3为主控单元的结构原理图；
图4为本发明的工作流程图。
其中，1、换向阀；2、冷凝器；3、过滤器；4、采样泵；5、温控器；6、蠕动泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种污水恶臭气体检测系统，包括样气预处理单元、气体分析单元和主控单元。所述样气预处理单元连通污水的恶臭气源，用于对样气进行冷凝处理和采样；所述气体分析单元连接着样气预处理单元和主控单元，用于将样气预处理单元的采样进行分析并将数据信号传输给主控单元；所述主控单元连接着气体分析单元和样气预处理单元，用于向样气预处理单元发送工作信号，以及向气体分析单元发送工作信号。
所述样气预处理单元包括冷凝过滤单元和采样泵；冷凝过滤单元包括冷凝器、过滤器和温控器；所述冷凝器连接着温控器，所述冷凝器的进气端连通恶臭气源，所述冷凝器的出气端连通过滤器的进气端，所述过滤器的出气端连接采样泵，所述冷凝器的冷凝液出口连接着排水蠕动泵，所述排水蠕动泵连接着主控单元；所述采样泵连接主控单元和气体分析单元；所述温控器连接着主控单元。用蠕动泵把冷凝水排出的方式，该方式的结构原理都比较简单，维护量也少。参见图1。
其中，冷凝器由压缩机或半导体制冷器、冷凝器、冷腔及温度控制器等核心部件构成。由于气体成分的精度测量要求样气，即使在恶劣的环境下也能保持衡定露点，压缩机或半导体制冷器、冷凝器、风机等，提供冷源，主要用于各种气体分析前的预处理过程，除去样气中的冷凝物，使样气超净、恒温、稳流、起到提高分析测定精度的作用。冷凝物可以通过蠕动泵排出，也可以通过自动流水器排放。冷凝器中使用玻璃冷凝管较佳，当发现过滤器污染比较严重时，要及时更换否则将影响预处理的效果，甚至阻塞气路。
所述冷凝器和恶臭气源之间的管线上装有换向阀，所述换向阀连接着主控单元。
所述冷凝过滤单元有1-3个；所述冷凝过滤单元有2个或3个时，后一个冷凝过滤单元的冷凝器的进气端连通前一个冷凝过滤单元的过滤器的出气端。冷凝过滤单元有2个时，样气进入预处理后，先由一级冷凝器使胶体、水分等从样气中分离出去，并使样气温度降低到室温以下，然后经过一级过滤。进入采样泵并调节气流的大小。正压的样气再经过二级冷凝，二级过滤，使样气和水分很好分离，得到比较洁净的样气。
参见图2，所述气体分析单元包括检测腔、控制处理器，所述检测腔连接着采样泵，所述控制处理器包括ARM核心处理板和接口驱动板，所述ARM核心处理板连接着接口驱动板；所述接口驱动板连接着信号通讯模块、指示与电源模块，所述ARM核心处理板连接着分析模块；所述分析模块设置在检测腔内，所述分析模块对气体进行分析后，将得到的数据通过信号通讯模块传递给主控单元。
所述气体分析单元自带自带过滤装置，用于滤除粉尘和去除水分；采用485数据口，方便；ARM7内置操作系统，可实现气体流量，数据采集等进行控制，可操作性强，操作简单灵活；连续监测气体浓度及检测腔内的温湿度信息可通过RS485接口上传主机。
所述分析模块包括温湿度分析模块和气体分析模块。所述气体分析模块包括H2S分析模块、NH3分析模块、可燃气分析模块和VOC气体分析检测模块；H2S分析模块、NH3分析模块、可燃气分析模块和VOC气体分析检测模块设置成可拔插形式，使用和安装简单方便。H2S和NH3的测量可依据电化学法进行检测，可燃气的测量可依据非色散红外吸收(NDIR)原理或催化燃烧原理进行检测；VOC气的测量可依据光离子(PID)或半导体氧化物传感器原理进行检测。
电化学法即定电位电解法，由电解槽、电解液和电极组成，电极有三个：敏感电极、对电极和参比电极。待测气体通过传感器表面的选择性渗透膜进入电解槽，扩散到敏感电极表面，在敏感电极、电解液和对电极之间进行氧化还原反应，参比电极不与待测气体接触，只为电解液中的工作电极提供恒定的电化学电位。待测气体在电解液中，产生氧化-还原反应，该反应的电流与待测气体的浓度成正比。通过检测反应的电流就可以测量出气体的浓度。
根据选择性渗透膜的不同，可以测量H2S、NOX、CO、HCl、NH3、O2等不同的待测气体。
催化燃烧式气体传感器是利用催化燃烧的热效应，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，在一定温度条件下，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。通过测量铂丝的电阻变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。主要用于可燃性气体的检测，具有输出信号线性好，指数可靠，不会与其他非可燃性气体发生交叉感染。目前主要用于可燃气体的检测。
NDIR(非色散红外吸收)原理，NDIR红外气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。其主要由红外光源、光路、红外探测器、电路和软件算法组成的光学传感器，主要用于测化合物，例如：CH4、CO2、N2O、CO、SO2、NH3、乙醇、苯等，并包含绝大多数有机物。
PID使用了一个紫外灯(UV)光源将有机物打成可被检测器检测到的正负离子(离子化)。检测器测量离子化了的气体的电荷并将其转化为电流信号，电流被放大并显示出“PPM”浓度值。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸气。PID是一种非破坏性检测器，它不会“燃烧”或永久性改变待测气体，可以检测极低浓度(0-1000ppm)的挥发性有机化合物和其它有毒气体，对VOC检测具有极高灵敏度。
参见图3，所述主控单元主要用于控制系统的整体工作流程，可接入各种数字与模拟量的模块化传感器，通过通信端口采集，转化它们系统中各部件的运行数据、故障报警，并发送到上位PLC、总控服务器或预设的手机上，实现信息共享。
主控单元采用32Bit或者64位以上处理器，控制功能主要以多传感器监控系统的逻辑为核心，同时能否采集其他设备的通信信息，按照预设的程序进行数据交换和控制。系统具有16路开关量输出接口，其中8路继电器输出，16路开关量输入接口，可以直接控制样气的采样预处理、数据采集、数据上传和校准功能等。主控单元集成多个通信端口，将多种设备的通信控制集成到本控制器里。具有I/O输入输出口控制，支持扩展板功能。
所述主控单元包括数字量采集模块、泵阀驱动模块、数据通信模块和多路继电器；所述数字量采集模块连接着开/关机控制信号、分析模块和板载温度传感器；所述泵阀驱动模块连接着换向阀和采样泵；所述多路继电器连接着机箱风扇、温控器和蠕动泵；所述数据通信模块连接着声光报警模块、串口、无线和RS-485端口，所述RS-485端口连接着上位机，能将气体监测数据(H2S、NH3和可燃气浓度与温度、湿度)处理与数据实时RS-485串行总线上传PLC。
上述部件构成了污水恶臭气体检测系统的核心，其功能是对样气降温脱水及再次精细除水尘后送检，并在控制及数据处理单元的控制下进行自动清洗、校准。对泵站气体排放连续监测系统的所有数据进行处理，对系统进行实时监控，并根据需要通过有线或无线模式进行数据传输。
本发明还提供一种利用上述的污水恶臭气体检测系统进行气体检测的方法，整体工作流程如图4所示：上电待机-启动冷凝器-吹扫采样气路-采样-数据采集与上传-再到吹扫采样气路等的往复循环的工作流程，具体包括以下步骤：
(1)上电待机，给出开机信号，启动系统；如果板载温度传感器测得的温度设定值，适宜温度35℃左右，则启动机箱风扇；并打开冷凝器，设定好冷凝温度，通过气体在冷凝管的循环下有效去除气体中的水分，适宜温度4℃，系统预热3min；
(2)清洗采样气路与气室；
(3)连通恶臭气源，采样，检测H2S、NH3、可燃气、VOC等气体和温湿度；如果超过阈值，则上传PLC，启动制动处理系统；如果不超过阈值，则上传PLC，显示实时数据；
(4)如果冷凝器有水产生，启动蠕动泵自动抽取管路中的积存水分，自动排出；如果冷凝器温度超过设定值(适宜设定值为0℃-6℃)或者气室湿度超过设定值(适宜设定值为不大于50RH)，则报警，上传PLC；
冷凝器失效超出设定的时间或温度、可通过联锁控制采样泵，停止工作，同时向PLC上传报警信号；
在检测腔内装上湿度监测装置，如果样气中有水份，影响到探测器则产生报警信号，并通过联锁控制采样泵，停止工作，并向PLC上传报警信号。
(5)在步骤(3)和步骤(4)之后，给出关机信号，清洗采样气路与气室后，系统关机。
采样时切换阀切到采样状态，采样泵工作，换向阀不工作。为了对检测腔进行清洗，换向阀自动转换，清洗检测腔，保证监测的准确性，防止各个分析模块的探测器中毒，提高探头寿命。
恶臭气源的入口流量为1L/min-10L/min；经过净化处理后，进入气体分析单元的流量在0.3L/min-2L/min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种污水恶臭气体检测系统，其特征在于，包括样气预处理单元、气体分析单元和主控单元；
所述样气预处理单元连通污水的恶臭气源，用于对样气进行冷凝处理和采样；所述气体分析单元连接着样气预处理单元和主控单元，用于将样气预处理单元的采样进行分析并将数据信号传输给主控单元；所述主控单元连接着气体分析单元和样气预处理单元，用于向样气预处理单元发送工作信号，以及向气体分析单元发送工作信号。
2.根据权利要求1所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，所述样气预处理单元包括冷凝过滤单元和采样泵；冷凝过滤单元包括冷凝器、过滤器和温控器；所述冷凝器连接着温控器，所述冷凝器的进气端连通恶臭气源，所述冷凝器的出气端连通过滤器的进气端，所述过滤器的出气端连接采样泵，所述冷凝器的冷凝液出口连接着排水蠕动泵，所述排水蠕动泵连接着主控单元；所述采样泵连接主控单元和气体分析单元；所述温控器连接着主控单元。
3.根据权利要求2所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，所述冷凝器和恶臭气源之间的管线上装有换向阀，所述换向阀连接着主控单元。
4.根据权利要求2或3所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，所述冷凝过滤单元有1-3个；所述冷凝过滤单元有2个或3个时，后一个冷凝过滤单元的冷凝器的进气端连通前一个冷凝过滤单元的过滤器的出气端。
5.根据权利要求4所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，所述气体分析单元包括检测腔、控制处理器，所述检测腔连接着采样泵，所述控制处理器连接着信号通讯模块、指示与电源模块和分析模块；所述分析模块设置在检测腔内，对气体进行分析后，将得到的数据通过信号通讯模块传递给主控单元。
6.根据权利要求5所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，所述分析模块包括温湿度分析模块和气体分析模块。所述气体分析模块包括H2S分析模块、NH3分析模块、可燃气分析模块，VOC气体分析检测模块。
7.根据权利要求6所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，所述主控单元包括数字量采集模块、泵阀驱动模块、数据通信模块和多路继电器；所述数字量采集模块连接着开/关机控制信号、分析模块和板载温度传感器；所述泵阀驱动模块连接着换向阀和采样泵；所述多路继电器连接着机箱风扇、温控器和蠕动泵；所述数据通信模块连接着声光报警模块、串口、无线和RS-485端口，所述RS-485端口连接着上位机。
8.根据权利要求7所述的污水恶臭气体检测系统进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)上电待机，给出开机信号，启动系统；如果板载温度传感器测得的温度设定值，则启动机箱风扇；并打开冷凝器，设定好冷凝温度；
(2)清洗采样气路与气室；
(3)连通恶臭气源，采样，检测H2S、NH3、可燃气、VOC等气体和温湿度；如果超过阈值，则上传PLC，启动制动处理系统；如果不超过阈值，则上传PLC，显示实时数据；
(4)如果冷凝器有水产生，启动蠕动泵自动抽取管路中的积存水分，自动排出；如果冷凝器温度超过设定值或者气室湿度超过设定值，则报警，上传PLC；；
(5)在步骤(3)和步骤(4)之后，给出关机信号，清洗采样气路与气室后，系统关机。
9.根据权利要求8所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，恶臭气源的入口流量为1L/min-10L/min；进入气体分析单元的流量在0.3L/min-2L/min。
10.根据权利要求8所述的污水恶臭气体检测系统，其特征在于，冷凝器温度的设定值为0℃-6℃，气室温度的设定值为不大于50RH。
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