實驗室廢氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)
一、項目背景：我們一直都十分關(guān)注對大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的廢氣處理，卻往往忽略實驗室廢氣的排放。后者雖然排放量一般較小，但長期積累，其總和也是極為可怕的。而且，區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)流程，實驗室廢氣中所含污染物的種類和濃度往往更加多樣和難測，更有可能產(chǎn)生一些具有特殊毒性的化學(xué)物質(zhì)，有極為嚴(yán)重的潛在危險存在。因此，必須對實驗室產(chǎn)生的廢氣加以處理，并監(jiān)測保證合格后在進(jìn)行排放，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，減少對環(huán)境的污染。
實驗室產(chǎn)生的廢氣多種多樣，一般來說可分為有機(jī)廢氣和酸堿性廢氣，某些情況會有粉塵產(chǎn)生。一般來說，其來源主要為試驗中使用的有機(jī)溶劑或酸堿溶液，還有揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物等等。實驗室常用的有機(jī)溶劑有許多種，比如有芳香烴類：如苯、甲苯及二甲苯等；脂肪烴類：如戊烷及己烷等；脂環(huán)烴類：如環(huán)己烷等；鹵化烴類：如氯苯及二氯甲烷等；醇類：如甲醇、乙醇及異丙醇等；醚類：如等；酯類：如醋酸甲酯及醋酸乙酯等；酮類：如丙酮等；其它：如乙腈、吡啶及等。其中見且大量使用的有乙腈，二甲苯，乙醇，丙酮等等。這些物質(zhì)有些可溶解于水中，更多的則不能溶于水中，而且溶于水中后，有些物質(zhì)會產(chǎn)生一定的腐蝕性，或是和其他溶于水中的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)等。這些物質(zhì)，其毒性有強(qiáng)有弱，對人體不同系統(tǒng)產(chǎn)生危害，必須在排放到大氣前進(jìn)行監(jiān)測，合格后方可排放。
二、監(jiān)測目的
實驗室在檢驗、鑒定、測試的過程中，由于實驗的需要，會產(chǎn)生各種廢氣，這些廢氣有些會帶有刺激性氣味，根據(jù)國家及各地環(huán)保部門要求，這些廢氣、帶有異味的氣體，需要凈化后排放。而且實驗室種類較多，用途各有不同。主要分布在各類學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)中，分布十分廣泛，有些化學(xué)實驗室由于歷史的原因，或處于市中心，或處于居民稠密處，在進(jìn)行酸處理樣品時不定期排放大量有害氣體，不僅對大氣造成污染，而且對周邊的人群、植被造成嚴(yán)重的危害，并對人群的危害有潛在性。若遇陰雨、低氣壓氣候，排出的廢氣難以及時擴(kuò)散，更加劇了局部環(huán)境的污染程度。三、實驗室廢氣成分來源
實驗室廢氣來源主要為試驗中使用的有機(jī)溶劑或酸堿溶液，還有揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物等。Ø 有芳香烴類：如苯、甲苯及二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物TVOC；
Ø 脂肪烴類：如戊烷及己烷等；
Ø 酯環(huán)烴類：如環(huán)己烷等；
Ø 鹵化烴類：如氯苯及二氯甲烷等；
Ø 醇類：如甲醇、乙醇及異丙醇等。
Ø 醚類：如等；
Ø 酯類：如醋酸甲酯及醋酸乙酯等；
Ø 酮類：如丙酮等；
Ø 其它：氮氧化物、硫化氫、一氧化碳、顆粒物等。
四、設(shè)計依據(jù)
《固定污染源空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB14554-93
《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB16297-1996
《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3095-2012
《環(huán)境數(shù)據(jù)庫設(shè)計與運(yùn)行管理規(guī)范》
《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096-93；
《關(guān)于實施<環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)>（GB3095-2012）的通知》；
《財政主要污染物減排專項資金國家環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)項目（二期）建設(shè) 方案》；
《關(guān)于推進(jìn)環(huán)境監(jiān)測服務(wù)社會化的指導(dǎo)意見》（環(huán)發(fā)【2015】20 號）；
《計算機(jī)軟件需求說明編制指南》（GB/T9385）；
《計算機(jī)軟件質(zhì)量保證計劃規(guī)范》（GB/T12504）；
《信息處理系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)配置圖符號及約定》（GB/T14085）。
五、監(jiān)測方案概述
本系統(tǒng)采用采用的氣敏半導(dǎo)體，氣敏電化學(xué)和非分散紅外線分析技術(shù)等技術(shù)測量 大氣中4種有害氣體（NOX、H2S、CO、TVOC）,激光散射傳感器測量排氣管道中 顆粒物的濃度；本系統(tǒng)靈敏度高、檢測快速、 可實現(xiàn)樣品無損測試及排放監(jiān)控管理。六、設(shè)計原則
本系統(tǒng)設(shè)計遵守相關(guān)的國家、省市法規(guī)與行業(yè)規(guī)范，符合國家和地方的各種標(biāo)準(zhǔn) 和規(guī)定。遵循以下原則：6.1實用性與*性的統(tǒng)一
在適度超前的原則下，盡量采取目前國際上流行的主流*監(jiān)測技術(shù)。
系統(tǒng)具有使用的靈活性，包括：具有靈活可變的定制功能、提供靈活方便的信息 查詢與數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。
系統(tǒng)運(yùn)行流暢、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)查詢能快速響應(yīng)。
6.2可擴(kuò)展性
系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計必須具有良好的擴(kuò)展性，根據(jù)需要可以增加項目，如噪音，氣象參數(shù)，日照量等。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)既滿足短期內(nèi)的業(yè)務(wù)需要，也要滿足以后業(yè)務(wù)發(fā)展的要求。在網(wǎng)絡(luò)、軟 件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計上要做到接口標(biāo)準(zhǔn)、開放性好，滿足以后與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)及與 其它政府部門或上級機(jī)關(guān)系統(tǒng)縱向與橫向的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)共享的要求。
6.3 安全性、保密性和共享性原則
系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)遵循安全性、保密性和共享性原則，處理好數(shù)據(jù)資源共享與數(shù)據(jù)安全保密的關(guān)系。
信息系統(tǒng)的設(shè)計必須嚴(yán)格按照國家的有關(guān)規(guī)定，采取必要的安全防范措施和手 段，在軟件系統(tǒng)的設(shè)計上將安全性的設(shè)計擺在重要位置，嚴(yán)格的權(quán)限控制和管 理。
6.4標(biāo)準(zhǔn)化原則
符合我國國家標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保部相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求。各種構(gòu)件優(yōu) 選符合國家標(biāo)準(zhǔn)的型材和通用件，以利于系統(tǒng)的維護(hù)和管理。6.4.1執(zhí)行國家相關(guān)環(huán)境保護(hù)政策和有關(guān)法規(guī)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。
6.4.2廢氣監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
6.4.3 采用技術(shù)成熟、工藝*、易于操作管理的測量工藝，系統(tǒng)操作、管理及維護(hù)簡便，工程投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。
6.4.5處理工藝中選用的設(shè)備應(yīng)與該實驗室現(xiàn)有設(shè)備配套，不影響該實驗室現(xiàn)有設(shè)備的正常運(yùn)行，兼顧原有的設(shè)施，應(yīng)地制宜，降低投資成本。
七、 技術(shù)路線
本系統(tǒng)儀器主體結(jié)構(gòu)如下圖，可分為主體和用戶界面，兩個部分可以分開放置， 也可裝在一起。
系統(tǒng)儀器主要由測量部分與控制器部分組成。氣體測量部分主要為有害氣體監(jiān)測 模塊、顆粒物監(jiān)測模塊；控制器部分分為功能層、軟件層、中間層和硬件層四部分。
八、系統(tǒng)組成
廢氣在線監(jiān)測系統(tǒng)由氣體在線監(jiān)測模塊、顆粒物在線監(jiān)測模塊及數(shù)據(jù)采集處理與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)等組成。通過對環(huán)境氣體、顆粒物現(xiàn)場進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析等方式處理后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心儲平臺滿足了環(huán)境監(jiān)管部門實時性與精細(xì)化監(jiān)管的長效管理需求。8.1氣體監(jiān)測模塊
8.1.1 原理：用氣敏半導(dǎo)體技術(shù)，氣敏電化學(xué)和非分散紅外線分析技術(shù)來實現(xiàn)氣體監(jiān)測。光離子傳感器（PID）測量技術(shù)用于 TVOC 的測量；
8.1.2 結(jié)構(gòu)圖：
氣體監(jiān)測模塊主要由測量因子對應(yīng)的氣體傳感器和一個安裝板組成。傳感器以螺絲固定在安裝板上，中間用橡膠圈密閉，本項目默認(rèn)測量的氣體因子是NOX、H2S、TVOC、CO、顆粒物五參數(shù)，測量因子可以根據(jù)客戶需求或現(xiàn)場情況，通過更換氣體傳感器， 替換或增減。
本系統(tǒng)針對此設(shè)計了一個傳感器安裝板，每個安裝板有5個傳感器安裝位，每個位置由一個小氣室，氣室大小和樣氣流量、流速有關(guān)，太大影響氣室內(nèi)濃度與樣氣的 濃度一致性；太小會產(chǎn)生高氣壓，影響傳感器測量結(jié)果。5個氣室由底下的氣路連接，安裝板兩側(cè)有進(jìn)出氣口。
每個氣體傳感器都配有一個前置放大板，傳感器的針腳就固定在前置放大板的針 套里，傳感器信號經(jīng)過前置放大板信號的 IV 轉(zhuǎn)換、信號放大、低通濾波后輸出模擬信 號，再經(jīng)過 24 位高精度 ADC 采集，軟件算法處理等，最終界面顯示出濃度值。
8.1.3 技術(shù)參數(shù)：
| 測量項目 | 測量方法 | 測量范圍 | 分辨率 | 精度 |
| （標(biāo)配）H2S | 電化學(xué) | 0-100PPM | 0.1ppm | <±3% |
| （標(biāo)配）NOX | 電化學(xué) | 0-100ppm | 0.1ppm | <±3% |
| （標(biāo)配）顆粒物 | 激光法 | 0-1000ug/m3 | 1ug/m3 | <±3% |
| （標(biāo)配）CO | 電化學(xué) | 0-100ppm | 0.1ppm | <±3% |
| （選配）TVOC | PID 光離子化檢測 | 0-200ppm | 0.1ppm | <±3% |
8.2 主機(jī)參數(shù)
| 供電方式 | 外接交流電供電(AC220V 50Hz 1.0A) |
| 采樣方式 | 泵吸式 |
| 工作溫度 | -10～60ºC |
| 工作濕度 | 15%～85%RH 非冷凝 |
| 供電方式 | 外接交流電供電(AC220V 50Hz 1.0A) |
| 通訊接口 | 4G,RS485 或 GPRS 無線傳輸，4-20mA 輸出（非標(biāo)） |
| 零漂 | ±3%F.S |
| 線性 | ±1%F.S |
8.3數(shù)據(jù)采集處理與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集處理與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的主要功能，是實時接收來自各測量部分的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)、分析、處理，標(biāo)注錯誤。根據(jù)信息的不同類型采用相 應(yīng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，再經(jīng)過分類后將其存入數(shù)據(jù)庫中，并可以根據(jù)相關(guān)信息生成各種信息、統(tǒng)計報表。如監(jiān)測站點數(shù)據(jù)超標(biāo)或異常，會進(jìn)行聲光報警提示預(yù)警。
8.4廢氣在線監(jiān)測終端特點
u 用料充足，結(jié)構(gòu)扎實：采用 1.2mm 厚的工程級冷軋?zhí)间摪?，主箱體采用無縫焊接， 結(jié)構(gòu)穩(wěn)固牢固；
u 安裝方便，配件齊全：壁掛式、立桿式安裝方便可選；
u 模塊化設(shè)計，方便隨時增加監(jiān)測參數(shù)；
u AC220V 供電系統(tǒng)+太陽能供電系統(tǒng)可選配置，推薦使用 AC220V 供電；
u RS485 Modbus、4G LTE 通信方式可選；
u 采用動態(tài)加熱除濕系統(tǒng)和 PID 控制方式，有效解決濕度對監(jiān)測物的影響；
u 工業(yè)級顆粒物檢測傳感器，測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
數(shù)據(jù)采集處理與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的主要功能，是實時接收來自各測量部分的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)、分析、處理，標(biāo)注錯誤。根據(jù)信息的不同類型采用相 應(yīng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，再經(jīng)過分類后將其存入數(shù)據(jù)庫中，并可以根據(jù)相關(guān)信息生成各種信息、統(tǒng)計報表。如監(jiān)測站點數(shù)據(jù)超標(biāo)或異常，會進(jìn)行聲光報警提示預(yù)警。
8.4廢氣在線監(jiān)測終端特點
u 用料充足，結(jié)構(gòu)扎實：采用 1.2mm 厚的工程級冷軋?zhí)间摪?，主箱體采用無縫焊接， 結(jié)構(gòu)穩(wěn)固牢固；
u 安裝方便，配件齊全：壁掛式、立桿式安裝方便可選；
u 模塊化設(shè)計，方便隨時增加監(jiān)測參數(shù)；
u AC220V 供電系統(tǒng)+太陽能供電系統(tǒng)可選配置，推薦使用 AC220V 供電；
u RS485 Modbus、4G LTE 通信方式可選；
u 采用動態(tài)加熱除濕系統(tǒng)和 PID 控制方式，有效解決濕度對監(jiān)測物的影響；
u 工業(yè)級顆粒物檢測傳感器，測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
九、設(shè)備安裝：
9.1安裝示意圖
采樣監(jiān)測
9.2設(shè)備安裝現(xiàn)場
9.3安裝清單。
表1 裝箱清單
| 序號 | 名稱 | 規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 1 | 主機(jī) | 500*400*150mm | 1 | |
| 2 | 顯示屏 | 6寸 | 1 | |
| 3 | 氣體傳感器 | 1 | ||
| 4 | 顆粒物傳感器 | 1 | ||
| 5 | 8層百葉箱 | 1 | ||
| 6 | 安裝固定板 | 1 | ||
| 7 | 安裝螺絲 | 1 | ||
| 8 | 三芯電源線一根 | 約2.5m，一邊為航空插頭，另一邊鍍錫裸線 | 1 |
十、設(shè)備維護(hù)
主機(jī)被設(shè)計為可以長期連續(xù)運(yùn)行，通常不需要特別維護(hù)。僅光學(xué)元件緩慢污染情況，需要定期清潔處理。注意：
所有內(nèi)部的光學(xué)器件出廠前經(jīng)專用工具調(diào)整安裝，用戶不得自行進(jìn)行調(diào)整。
十一、故障處理
下表列出了可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象、原因及處理方法：| 現(xiàn)象 | 可能原因及處理辦法 | |
| 1 | 風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動 | 檢測電源線連接是否正常，確認(rèn)電源線的連通 |
| 2 | 主控板“工作狀態(tài)”指示燈不亮 | 主控板電源線連接是否正常，確認(rèn)電源線的連通 |
| 3 | 服務(wù)器接收不到數(shù)據(jù) | 天線是否接好，SIM卡是否安裝 |
| 4 | 主板屏幕無顯示 | 1.主板供電是否有電 2.液晶顯示器線是否連接正常 |
| 5 | PM2.5/PM10數(shù)值恒定且恒小 | 傳感器故障（聯(lián)系） |
| 6 | PM2.5/PM10數(shù)值有變化持續(xù)很大 | 傳感器內(nèi)部污染，拆下傳感器對其氣路進(jìn)行吹掃 |
