CN111175443A - 一种用于监测恶臭气体的监测车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于监测恶臭气体的监测车，包括：利用正压及密封部件在车体内形成密闭空间的车体；正压防护系统，用于为车体内部提供其压强高于车体外部的正压空气；安装在车体上的恶臭自动采样器，用于将外部空气引入到采样缓冲室内，以便得到用于恶臭气体检测的样本气体；安装在所述采样缓冲室内的用于检测恶臭气体的MOS传感器阵列组合，用于获取恶臭气体地面浓度值；安装在车体内的用于根据所述恶臭气地面浓度，监测恶臭地面浓度扩散范围的恶臭气体检测设备。
Description
技术领域
本发明属于空气恶臭气体检测领域，特别是一种用于监测恶臭气体的监测车。
背景技术
诸多环境问题中，恶臭气体近些年来也逐渐引发人们的关注，由于恶臭气体成分复杂多样，其突发事件发生后对周围环境和居民造成的影响立竿见影，环境监测人员很难在短时间内现场利用检测管、试剂盒、气体检测仪、红外光谱等手段对空气中恶臭组分进行定性定量并溯源。恶臭检测研究可分为嗅觉测定法和仪器测定法，前者因只依赖认得感官系统主观依赖性强一般不用于应急检测，后者主要利用气体色谱仪器或其他便携检测仪器可按成分量化恶臭，其精度较高。在突发恶臭污染应急事件下，不仅需要知道总的恶臭强度，还需要在复杂多变的成分中，分析出单一的主导污染成分，所以在应急恶臭污染环境下，需要快速测定环境中恶臭的大致浓度范围，一旦发现有异常情况，还需要采用精细仪器对单一成分检测分析。
然而，目前国内的主要用于空气质量监测或恶臭气体监测的移动式车载装置大多定位于移动实验室功能，且限于专业人员手动操作，进行现场校准、预处理等，操作程序复杂，时效性与集成性较差。而且更重要的是，环境监测与环境监管脱节的问题较突出，难以满足执法、咨询等市场多样性的需求。
发明内容
针对现有恶臭气体移动监测装置的不足，本发明提供了一种用于监测恶臭气体的监测车。
本发明提供的一种用于监测恶臭气体的监测车包括：
利用正压及密封部件在车体内形成密闭空间的车体；
正压防护系统，用于为车体内部提供其压强高于车体外部的正压空气；
安装在车体上的恶臭自动采样器，用于将外部空气引入到采样缓冲室内，以便得到用于恶臭气体检测的样本气体；
安装在所述采样缓冲室内的用于检测恶臭气体的MOS传感器，用于获取恶臭气体地面浓度值；
安装在车体内的用于根据所述恶臭气地面浓度，监测恶臭地面浓度扩散范围的恶臭气体检测设备。
优选地，所述恶臭自动采样器包括：安装在车体外的防雨采气头；连通所述防雨采样头的并位于设备舱内的进风口风扇；连通所述进风口风扇的采样缓冲室以及伸出到车体外的排气管。
优选地，所述正压防护系统包括：正压防护的新风装置，用于除去引入的外部空气中的恶臭气体并对空气增压，以形成车体内部压强大于车体外部压强的新风；正压防护的空气循环装置，用于将所述新风送入车体空调系统中，使得新风在车体内循环，并从车体内流动到车体外；正压防护的压强控制装置，用于检测车体内的压强，并根据检测到的压强对新风装置进行控制，以便保持车体的压强在规定的范围。
优选地，所述MOS传感器阵列包括：用于检测氨浓度的MOS传感器；用于检测硫化氢浓度的MOS传感器；用于检测甲硫醇浓度的传感器；以及用于检测甲硫醚浓度的传感器。
优选地，所述新风装置包括：设置在车体外侧的进风口，用于将车外空气引入车内；连通所述进风口的风机，用于对引入的空气进行增压；以及连通所述风机出口的多级过滤器，用于滤除引入的空气中的恶臭气体；其中所述压强控制装置在检测到车内压强低于第一阈值时，启动所述风机工作，在所述压强大于第二阈值时，停止所述风机工作；其中所述第一阈值小于第二阈值。
根据本发明的一个实施例，所述恶臭气体检测设备包括：气象监测装置，用于采集各种气象参数的气象数据；视频采集装置，用于对采集现场的进行全方位拍摄，得到现场的视频图像；环境监测装置，用于利用各种传感器获取各种恶臭气体地面浓度值；大数据平台支持装置，用于根据预存的扩展模型以及所述气象数据及恶臭气体地面浓度，计算恶臭气体的恶臭气体排放量，从而计算恶臭气体扩散范围；数据传输与展示装置，用于展示所得的视频图像及恶臭气体地面浓度值，以及恶臭气体扩散范围。
优选地，本发明的监测车还包括超标判断单元，用于判断当前采集的恶臭气体地面浓度是否超出历史阈值，并在超出历史阈值时进行显示；所述超标判断单元包括：过滤模块，用于对接收的环境监测装置所检测到的恶臭气体地面浓度信号进行过滤，得到去除干扰的各种恶臭气体地面浓度值；比较模块，用于将排出干扰的各种恶臭气体地面浓度值与历史阈值进行比较，若高于历史阈值则将其发送给数据传输与展示装置进行显示。
优选地，本发明的监测车还包括最高污染浓度单元，用于获取并保存最高污染浓度；所述最高污染浓度单元包括：检测模块，用于已知最大恶臭气体地面浓度，对当前环境监测装置输出的恶臭气体地面浓度进行检测，得到检测值；保存模块，用于在所述检测值大于已知最大恶臭气体地面浓度时，保存该检测值，并将该检测值作为下一个已知最大恶臭气体地面浓度。
优选地，大数据平台支持装置利用从气象监测装置得到地面原排放高度处的平均风速U、垂直于平均风向的水平横向扩展参数σy、初始化横向扩展参数σy、铅直扩展参数σz、无组织污染有效高度He，以及从环境监测装置得到的恶臭气体地面浓度值C，计算出恶臭气体排放量Q。
优选地，所述大数据平台支持装置的扩展模型为：
本发明的技术效果在于：1)通过监测设备在城市道路、厂区周边等地对恶臭气体的浓度进行采集、监测与扩散的分析评估，对于防治和采取补救措施等起到了极大的辅助作用；2)利用气压由高压向低压流动的原理，在车厢舱内形成密封空间的正压供气系统；3)可不受地点、时间、季节的限制，在复杂区域，如沼泽、山地等偏远地区的矿区、化工区或展业园区执行空气检测时可迅速进入污染现场。
附图说明
图1是本发明的用于监测恶臭气体的监测车的示意图；
图2是本发明的正压防护系统的示意图；
图3是本发明的正压防护的新风装置的结构图；
图4是本发明的自动进样装置的示意图；
图5是本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车的监测设备的示意图；
图6是本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车的监测设备的实施例一的示意图；
图7是本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车的监测设备的实施例二的示意图；
图8是本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车的监测设备的实施例一的超标判断单元的结构示意图；
图9是本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车的监测设备的实施例二的最高污染浓度单元的结构示意图。
具体实施方式
图1显示了本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车，利用气压由高压向低压流动的原理，在车体5内形成密封空间的正压供气系统，其中通过安装在车体 5外侧的进风口11将外部空气引入车体内进行增压及过滤处理，从而形成去除了恶臭气体的增压空气。
图2显示了本发明的正压防护系统的结构，参见图1和图2，本发明的一种用于监测恶臭气体的监测车包括：利用正压防止外部恶臭气体进入监测车内部的车体5；正压防护的新风装置1，用于除去引入的外部空气中的恶臭气体并对空气增压，以形成车体内部压强大于车体外部压强的新风；正压防护的空气循环装置2，用于将所述新风送入车体空调系统中，使得新风在车体内循环，并从车体内流动到车体外；正压防护的压强控制装置3，用于检测车体内的压强，并根据检测到的压强对新风装置1进行控制，以便保持车体的压强在规定的范围；安装在车体内的用于监测恶臭气体浓度及扩散范围的检测设备。
本发明的空气循环装置2包括：连接所述新风装置1的循环管道(图中未显示)；连通所述循环管道的车体空调风道(图中未显示)；以及连通所述车体空调风道的车体空调系统(图中未显示)。利用车体空调系统将进行增压或者加压和过滤后的新鲜空气在车体内扩散是本发明的特点之一。本发明的车体空调系统可以有一个控制开关，在其作为正压防护系统的一部分时，该空调系统仅仅进行用于控制扩散，而不进行温度调控；或者在进行温度调控时，继续进行通风操作。
压强控制装置3可以安装在空调系统的进风管道上或者安装在其出风管道上。此外，本发明可以有一个空气检测装置4，用于对车内空气的质量进行检测。
图3显示了本发明的新风装置1的具体结构，该新风装置可以去除空气中 PM2.5、甲醛、烟尘、CO、NOx、碳氢化合物、硫氧化物、二氧化硫等恶臭气体。另外，车内可以保持一个5-15pa的正压。
新风装置1包括：设置在车体外侧的进风口11，用于将车外空气引入车内；连通所述进风口11的风机12，用于对引入的空气进行增压；以及连通所述风机 12出口的多级过滤器13，用于滤除引入的空气中的恶臭气体。
在实际工作中，压强控制装置3在检测到车内压强低于低阈值时，启动所述风机12工作，在所述压强大于高阈值时，停止所述风机12工作。
多级过滤器13分别通过去除颗粒物、二级吸附恶臭气体，最终实现空气净化。该多级过滤器由一级无纺布过滤和二、三级碳过滤组成。
此外，本发明的监测车还配备有防空气泄漏保护措施。车身防护主要利用高弹性密封条和高强度密封胶对车厢内部分机构间隙进行密封处理，保证内舱的密封性。
图4显示了安装在车体上的恶臭气体自动采样器，包括安装在车体5外的防雨采气头81，连通所述防雨采样头的并位于设备舱内的进风口风扇82、连通所述进风口风扇的采样缓冲室83以及伸出到车体外的排气管84，用于将外部恶臭气体引入到采样缓冲室内，并将废气排出车体。
本发明还包括安装在采样缓冲室内的各种传感器，用于获取各种恶臭气体地面浓度值。
安装在采样缓冲室内的各种传感器可以包括检测氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯8种恶臭典型特征污染物的传感器阵列组合，解析精度为1ppb。可对恶臭气体的组分进行深入分析以及对恶臭气体的浓度进行“溯源分析”。
如图1所述，本发明的视频采集模块6由安装在车顶的高清摄像机和工作照明灯组成，可进行360°无死角连续拍摄，夜视距离可达300m以上，可为偏远地区执法或应急事故留存一手照片、视频依据。
如图1所述，在车顶上还安装有下面提到的气象监测装置7。
上述视频采集模块6和气象监测装置7由于安装在车体之外，因而可以通过无线数据传输模块将视频数据和气象数据传输到车内；当然也可以通过有线方式将数据传输到车内。
本发明的恶臭气体监测车工作时的步骤如下：
(1)将车辆开至恶臭污染源处，气象监测装置(2)、视频采集与警报装置(3)和微型空气站装置(4)对现场环境和建模必要参数进行监测，并收集基础信息，开启特征污染物监测装置(5)、样品采集装置(6)和电子鼻(7)，在不同类型的传感器作用下对特定污染物进行定性定量的测量分析，经过设计搭配后传感器可响应臭气浓度包括氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯8种国标要求的恶臭污染物，每个传感器通过独立的气室模块，检测时在样品采集装置(6)的作用下，采用气体直吹传感器反应面的形式，由隔膜泵提供空气流动动力，并通过信号调理传输至电子鼻(7)的高灵敏度MOS 传感器阵列，分析后通过软件界面显示在控制指挥舱。根据不同的测量地段，由 GPS定位系统和GIS信息系统进行测量点位记录，将一系列参数输入恶臭污染物扩散模型或者进行计算，快速准确得出污染物扩散浓度水平。将最终得到的污染扩散数据可在监测车内进行现场发布，也可通过无线传输系统呈现给监测部门或应急指挥中心。
图5显示了本发明的一种用于监测恶臭气体的监测设备，包括：安装在监测车上的气象监测装置7，用于采集各种气象参数的气象数据，例如地面原排放高度处的平均风速U、垂直于平均风向的水平横向扩展参数σy、初始化横向扩展参数σy、铅直扩展参数σz、无组织污染有效高度He等等；安装在监测车上的视频采集装置，用于对采集现场的进行全方位拍摄，得到现场的视频图像，，以便得到污染的视频证据；安装在监测车上的环境监测装置，用于利用各种传感器获取各种恶臭气体地面浓度值；安装在监测车上的大数据平台支持装置，用于根据预存的扩展模型以及所述气象数据及恶臭气体地面浓度，计算恶臭气体的恶臭气体排放量，从而计算恶臭气体扩散范围；安装在监测车上的数据传输与展示装置，用于展示所得的视频图像及恶臭气体地面浓度值，以及恶臭气体扩散范围。
在第一实施例中，本发明的环境监测装置首先将传感器得到恶臭气体地面浓度的模拟信号模数转换处理后，得到恶臭气体地面浓度的数据；然后在大数据平台装置中，将其输入到扩散模型中，从而计算出恶臭气体排放量；然后通过在不同位置进行测量，即可以得到恶臭气体扩散范围。
此外，大数据平台装置中还设有合成模块，用于将测量的恶臭气体地面浓度数据与视频装置拍摄的视频图像合成在一起，即将恶臭气体地面浓度数据模拟到发生污染的视频图像中，以便作为追究责任的证据。
图6显示了本发明的一种用于监测恶臭气体的监测设备的第一实施例，在该实施例中，环境监测装置输出两种数据，一种是与第一实施例相同的恶臭气体地面浓度数据；一种是传感器输出经由超标判断单元处理的数据，超标判断单元用历史阈值作为标准对当前采集的恶臭气体地面浓度进行衡量，以便判断是否超出历史阈值，并在超出历史阈值时进行显示。
图8显示了该超标判断单元的电路结构，可以包括过滤模块，用于对接收的环境监测装置所检测到的恶臭气体地面浓度信号进行过滤，得到去除干扰的各种恶臭气体地面浓度值；比较模块，用于将排出干扰的各种恶臭气体地面浓度值与历史阈值进行比较，若高于历史阈值则将其发送给数据传输与展示装置进行显示。
一般来说，过滤模块通过对恶臭气体地面浓度信号进行平滑处理，过滤到瞬时峰值，得到所述去除干扰的各种恶臭气体地面浓度值。
图7显示了本申请的一种用于监测恶臭气体的监测设备的第二实施例，该实施例除了可以有超标判断电路之外，还可以有最高污染浓度单元；前者用于将稳定的恶臭气体地面浓度与标准值进行比较，以判断是否超标，并在超标时进行报警处理；后者则是记录最大值，而不是记录超标值，只有当浓度值大于历史最高值时，才进行记录。
图9显示了最高污染浓度单元的结构，其包括：检测模块，用于已知最大恶臭气体地面浓度，对当前环境监测装置输出的恶臭气体地面浓度进行检测，得到检测值；保存模块，用于在所述检测值大于已知最大恶臭气体地面浓度时，保存该检测值，并将该检测值作为下一个已知最大恶臭气体地面浓度。
该最高污染浓度单元的检测模块利用已知最大恶臭气体地面浓度对当前的恶臭气体地面浓度进行检测，并且不断的更新已知最大恶臭气体地面浓度，即用最新的最大恶臭气体地面浓度来替代过去的值，从而总是保存最高的恶臭气体地面浓度。
通常，大数据平台支持装置利用从气象监测装置得到地面原排放高度处的平均风速U、垂直于平均风向的水平横向扩展参数σy、初始化横向扩展参数σy、铅直扩展参数σz、无组织污染有效高度He，以及从环境监测装置得到的恶臭气体地面浓度值C，计算出恶臭气体排放量Q。
此外，大数据平台支持装置的扩展模型为：
这样，就可以利用传感器检测的恶臭气体浓度计算出恶臭气体排放量Q。
另一方面，也可以建立预先建立恶臭气体地面浓度值C与恶臭气体排放量Q 的对应关系，形成查找列表，通过查找得到恶臭气体排放量Q。
此外，大数据平台支持装置包括合成单元，用于将视频采集装置采集的视频图像和环境监测装置获取的恶臭气体地面浓度值合成在一起。合成单元将从环境监测装置提取的恶臭气体地面浓度值以及地理数据添加到视频采集装置采集的视频图像中。
本发明集多种功能和优点于一体，相比于现市面上在用的监测装置，本发明可进行应急监测、也可作为常规巡查监测，并根据监测结果和扩散模型来计算恶臭气体的扩散情况，在污染事故中准确找到污染源，并提供相应解决方法。特种车作为所有移动设备的载体，可根据需求及时抵达任何指定监测地点，而且为监测设备提供电源，并设有会议桌和视频设备，必要时可做指挥车使用。
本发明内置的算法模块可对恶臭气体扩散进行溯源分析，通过对模型进行反推，得出恶臭气体扩散基础条件等信息，以高斯扩撒模型为例进行说明：
高斯扩散模式是目前应用得最为广泛、验证得最为充分、拓展得最为深入的大气恶臭气体扩散模式。其核心思想是大气恶臭气体沿风向传输的过程中，在垂直与水平方向上均服从高斯统计分布。根据高斯模式的基本形式，在有风气象条件下，面源下风向地面恶臭气体浓度可按下式计算：
将(1)式进行反推，即以浓度C为自变量，恶臭气体排放量Q为因变量；同时，认为浓度C均在平均风向轴线上，即Y＝0。得到高斯反推模式如下：
式中：C——恶臭气体地面浓度，mg/m3；
Q——单位时间恶臭气体排放量，mg/s；
Y——地面浓度点与通过污染源的平均风向轴线在水平面上的垂直距离，m；
U——污染源排放高度处的平均风速，m/s；
σy——垂直于平均风向的水平横向扩散参数，m；
σy0——初始化横向扩散参数，m，可选取σy0＝Ly/4，Ly为无组织源在Y方向的长度；
σz——铅直扩散参数，m；
He——无组织污染源有效高度，m。
而扩散参数σy、σz可表达为：
式中，α1——横向扩散参数回归指数；α2——铅直扩散参数回归指数；γ1——横向扩散参数回归系数；γ2——铅直扩散参数回归系数；X——距大气污染源下风方向水平距离，m。
本发明与传统的移动式车载监测装置的不同之处在于集成性与时效性强、可实时定点或移动采集、监测、显示并预测恶臭气体浓度水平与扩散范围，操作方便。而且本发明采用定型成熟的新能源车体，节能环保，更符合大气环境监测的实际需求，并创新性的将强大的开放式数据库接入服务，装备环保大数据决策支持平台及会议指挥通讯装置，具备实时监测、监控预警、预测模拟、溯源分析及应急指挥等功能。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于监测恶臭气体的监测车，包括：
利用正压及密封部件在车体内形成密闭空间的车体；
正压防护系统，用于为车体内部提供其压强高于车体外部的正压空气；
安装在车体上的恶臭自动采样器，用于将外部空气引入到采样缓冲室内，以便得到用于恶臭气体检测的样本气体；
安装在所述采样缓冲室内的用于检测恶臭气体的MOS传感器，用于获取恶臭气体地面浓度值；
安装在车体内的用于根据所述恶臭气地面浓度，监测恶臭地面浓度扩散范围的恶臭气体检测设备。
2.根据权利要求1所述的监测车，其中，所述恶臭自动采样器包括：安装在车体外的防雨采气头；连通所述防雨采样头的并位于设备舱内的进风口风扇；连通所述进风口风扇的采样缓冲室以及伸出到车体外的排气管。
3.根据权利要求2所述的监测车，其中，正压防护系统包括：
正压防护的新风装置，用于除去引入的外部空气中的恶臭气体并对空气增压，以形成车体内部压强大于车体外部压强的新风；
正压防护的空气循环装置，用于将所述新风送入车体空调系统中，使得新风在车体内循环，并从车体内流动到车体外；
正压防护的压强控制装置，用于检测车体内的压强，并根据检测到的压强对新风装置进行控制，以便保持车体的压强在规定的范围。
4.根据权利要求1所述的监测车，其中，MOS传感器至少包括：
用于检测氨浓度的MOS传感器；
用于检测硫化氢浓度的MOS传感器；
用于检测甲硫醇浓度的传感器；以及
用于检测甲硫醚浓度的传感器。
5.根据权利要求1或2所述的监测车，其中，所述新风装置包括：
设置在车体外侧的进风口，用于将车外空气引入车内；
连通所述进风口的风机，用于对引入的空气进行增压；以及
连通所述风机出口的多级过滤器，用于滤除引入的空气中的恶臭气体；
其中所述压强控制装置在检测到车内压强低于第一阈值时，启动所述风机工作，在所述压强大于第二阈值时，停止所述风机工作；
其中所述第一阈值小于第二阈值。
6.根据上述权利要求1-5任一项所述的监测车，其中，恶臭气体检测设备包括：
气象监测装置，用于采集各种气象参数的气象数据；
视频采集装置，用于对采集现场的进行全方位拍摄，得到现场的视频图像；
环境监测装置，用于利用所述各种传感器获取各种恶臭气体地面浓度值；
大数据平台支持装置，用于根据预存的扩展模型以及所述气象数据及恶臭气体地面浓度，计算恶臭气体的恶臭气体排放量，从而计算恶臭气体扩散范围；
数据传输与展示装置，用于展示所得的视频图像及恶臭气体地面浓度值，以及恶臭气体扩散范围。
7.根据权利要求6所述的监测车，其中，还包括超标判断单元，用于判断当前采集的恶臭气体地面浓度是否超出历史阈值，并在超出历史阈值时进行显示；所述超标判断单元包括：
过滤模块，用于对接收的环境监测装置所检测到的恶臭气体地面浓度信号进行过滤，得到去除干扰的各种恶臭气体地面浓度值；
比较模块，用于将排出干扰的各种恶臭气体地面浓度值与历史阈值进行比较，若高于历史阈值则将其发送给数据传输与展示装置进行显示。
8.根据权利要求7所述的监测车，其中，还包括最高污染浓度单元，用于获取并保存最高污染浓度；所述最高污染浓度单元包括：
检测模块，用于已知最大恶臭气体地面浓度，对当前环境监测装置输出的恶臭气体地面浓度进行检测，得到检测值；
保存模块，用于在所述检测值大于已知最大恶臭气体地面浓度时，保存该检测值，并将该检测值作为下一个已知最大恶臭气体地面浓度。
9.根据权利要求8所述的监测车，其中，大数据平台支持装置利用从气象监测装置得到地面原排放高度处的平均风速U、垂直于平均风向的水平横向扩展参数σy、初始化横向扩展参数σy、铅直扩展参数σz、无组织污染有效高度He，以及从环境监测装置得到的恶臭气体地面浓度值C，计算出恶臭气体排放量Q。
10.根据权利要求8所述的监测车，其中，所述大数据平台支持装置的扩展模型为：
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