1概述
1.1 VOC定義
有機揮發(fā)物即VOC的定義為熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱。VOC室外主要來自燃料燃燒和交通運輸,室內(nèi)主要來自燃煤和天然氣等燃燒產(chǎn)物、吸煙、采暖和烹調(diào)等得煙霧,建筑和裝飾材料、家具、家用電器、清潔劑和人體本身的排放等。
VOC的來源分析如下:
- 煉油、石化、儲油庫、加油站等油品揮發(fā);
- 污水廠、填埋場等生物作用;
- 油墨、有機溶劑;
- 鞋類制品所用的膠水等;
- 涂改液、香味玩具等;
- 涂料、油漆、膠黏劑等;
- 燃料燃燒、垃圾焚燒、汽車尾氣等;
- 電子電氣產(chǎn)品在較高溫度下使用時會揮發(fā)出VOC、電子五金的清潔溶劑等;
- 洗滌劑、清潔劑、衣物柔順劑、化妝品、辦公用品、壁紙及其他裝飾品。
1.2 VOC危害
在一般的室內(nèi)環(huán)境中存在100種以上的VOC,常見的種類有甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛等,其中苯、甲苯等已被懷疑或確定為致癌物質(zhì)。
VOC對人體健康有巨大影響。VOC在室外太陽光和熱的作用下能參與氧化氮反應(yīng)并形成臭氧,臭氧導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差并且是夏季煙霧主要組分,當(dāng)環(huán)境中的VOC達到一定濃度時,短時間內(nèi)人們會感到頭痛、e心、嘔吐、乏力等,嚴(yán)重時會出現(xiàn)抽搐、昏迷,并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng),造成記憶力減退等嚴(yán)重后果。
VOC的分級控制要求:
- 高毒害,如丙烯腈、苯、環(huán)氧乙烷、1,3-丁二烯、1,2-二氯乙烷、氯乙烯等:控制在5mg/m3以內(nèi);
- 中等毒害,如甲醛、乙醛、酚類、苯胺、硝基苯、氯甲烷等,控制在20mg/m3以內(nèi);
- 低毒害,如甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯、甲醇、丙酮等,控制在100mg/m3以內(nèi)。
1.3 VOC治理
針對VOC的危害性,國家發(fā)布了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行監(jiān)管:
- 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996);
- 惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB14554-1993);
- 煉焦?fàn)t大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16171-1996);
- 飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18483-2001);
- 儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB20950-2007);
- 汽油運輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB20951-2007);
- 加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB20952-2007);
- 合成革與人造革工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB21902-2008);
- 《國wu院關(guān)于加強環(huán)境保護重點工作的意見》(國發(fā)〔2011〕35號);
- 《中華人民共和國環(huán)境保護部公告(2013年第59號)環(huán)境空氣細(xì)顆粒物綜合防治技術(shù)政策》;
- 《省政府關(guān)于印發(fā)江蘇省大氣污染防治行動計劃實施方案的通知》,蘇政發(fā)〔2014〕1號;
- 《揮發(fā)性有機物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》環(huán)境保護部公告【2013】 31號;
- 《環(huán)境保護部關(guān)于加強環(huán)境應(yīng)急管理工作的意見》(環(huán)發(fā)〔2009〕130號)
- 《關(guān)于切實加強風(fēng)險防范嚴(yán)格環(huán)境影響評價管理的通知》環(huán)發(fā)【2012】98號;
- 《大氣污染防治行動計劃》(國發(fā)〔2013〕37號)
- 《關(guān)于印發(fā)江蘇省重點行業(yè)揮發(fā)性有機物污染控制指南的通知》(蘇環(huán)辦【2014】128號);
- 《環(huán)境保護部關(guān)于印發(fā)〈2013年全國環(huán)境應(yīng)急管理工作要點〉的通知》(環(huán)辦〔2013〕10號)
VOC的治理可采用以下方式:
- 活性吸附法
在有機廢氣治理工藝中,吸附是處理效果好、使用較廣的方法之一,吸附劑有活性炭、硅藻土、沸石等,其中活性炭吸附應(yīng)用zui多。通過吸附系統(tǒng),不僅可以使 VOC濃度大大降低,實現(xiàn)廢氣達標(biāo)排放,而且吸附后通過氣提解吸,收集物可回用于生產(chǎn)。
- 引風(fēng)高空排放法
該方式成本低、易操作、效果明顯。但高空排放只是污染的轉(zhuǎn)移,并沒有真正解決污染問題,而引風(fēng)機功力大小和風(fēng)口安裝高度又直接影響引風(fēng)效果。
- 燃燒處理法
VOC 為有機揮發(fā)性物質(zhì),易燃燒,可采用常溫或催化氧化燃燒處理。氣體由引風(fēng)管道通入鍋爐或焚燒爐燃燒,但對高溫有機氣體還要經(jīng)過安全論證。此法處理比較*,基本可以把VOC 轉(zhuǎn)化為CO2 、H2O。
- 吸收除氣法
因VOC一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有機溶劑,可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC,吸收后的溶劑可用于燃料或稀釋劑。這種方法操作方便、成本低,但吸收處理后一般尚有揮發(fā)氣體殘余,因有機溶劑本身易揮發(fā),因此不能使 VOC 降為零,若遇高溫,則吸收率更低。
- 冷凝收集法
對反應(yīng)釜高溫有機氣體可采用冷凝收集,先用直冷凝再螺旋冷凝,該法除氣效果明顯、易操作、運行成本低,但對低沸點氣體效果不佳。
- 生物處理法
有機廢氣的生物處理是有效的方法,效果好、運行費用低于任何一種處理方法、安全、易操作。VOC的生物凈化法有直接微生物凈化法、間接微生物處理法 ( 先水吸收再廢水生物處理 ) 及植物凈化法等。
2系統(tǒng)方案
2.1 加油站VOC特點
目前國內(nèi)加油站的收發(fā)油多以汽油為主,受汽油等輕質(zhì)油品沸點低(50~200e)、自身容易揮發(fā)等物理特性所決定,加油站烴類VOCs的產(chǎn)生不可避免。通常情況下,加油站正常作業(yè)的VOC主要產(chǎn)生于裝卸和加油作業(yè)2個環(huán)節(jié):在裝卸作業(yè)中,油罐車通過輸油管道向儲罐內(nèi)卸油,罐內(nèi)液面上升,形成正壓,罐內(nèi)飽和油蒸氣由通氣管排向大氣中(這一過程也稱“大呼吸”);在加油作業(yè)環(huán)節(jié)中,由于加油槍與油箱口的非密接,使得大量油氣從油箱口排出進入大氣,此外油品在儲存中,由于環(huán)境溫度的變化,罐內(nèi)飽和油氣也存在著呼吸損失,但是這一部分的排放相對是比較少的。
2.2 總體設(shè)計
有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)針對空氣中存在的VOC氣體,將無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件技術(shù)與傳感檢測技術(shù)結(jié)合,實時監(jiān)測加油站排放氣體中的溫度、濕度、VOC濃度等相關(guān)參數(shù),通過邏輯判斷和智能分析,輸出VOC等級和報警信號,從而達到完善和提升大氣環(huán)境遠程監(jiān)測和預(yù)警能力,在環(huán)境惡化時及時提醒處理。
加油站有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)如下:
2.3 系統(tǒng)架構(gòu)
加油站有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)控中心和監(jiān)測終端組成:
2.4 主要功能
加油站有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、模型計算、數(shù)據(jù)存取、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、報表查詢、報警控制、維護管理等功能,主要包括:
- 監(jiān)測溫度、濕度、VOC等級等,并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)或手機短信傳送到監(jiān)控中心,實時在線,數(shù)據(jù)主動上報(GPRS/CDMA/3G可選);
n 通過傳感器檢測參數(shù)綜合分析城市大氣中VOC的狀況;
n 監(jiān)測探頭斷線報警功能;
- 基于電子地圖或表格實時顯示每個監(jiān)測終端的在線數(shù)據(jù);
- 實時數(shù)據(jù)、事件記錄、操作記錄的長期保存;
- 系統(tǒng)可以針對某一監(jiān)測點顯示趨勢曲線,也可以進行多監(jiān)測點同時顯示趨勢曲線,通過分析和對比實現(xiàn)預(yù)測預(yù)警功能;
- 監(jiān)控中心對于出現(xiàn)的通信故障和數(shù)據(jù)超限產(chǎn)生報警,并將產(chǎn)生報警的時間和原因記錄入數(shù)據(jù)庫,報警方式為窗口提示、聲音報警、短信發(fā)送等;
- 可通過設(shè)置不同的查詢條件(包括時間、用戶、數(shù)據(jù)范圍等)從數(shù)據(jù)庫中獲得各種歷史數(shù)據(jù),也可查詢報警記錄,獲得產(chǎn)生報警的時間和原因,對各種數(shù)據(jù)進行分析,并可在權(quán)限范圍內(nèi)實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享;
- 系統(tǒng)可錄入每個公廁名字、設(shè)備數(shù)量類型等,以及現(xiàn)場的名字和,方便使用;
- 可采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保協(xié)議、通用MODBUS協(xié)議或優(yōu)化自定義通訊協(xié)議,數(shù)據(jù)接受時自動辨別。并可根據(jù)用戶要求增加通信協(xié)議;
- 根據(jù)系統(tǒng)要求,可對各采集終端設(shè)定不同的采集間隔。
3現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備
3.1概述
有機揮發(fā)物現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備安裝在現(xiàn)場,由在線監(jiān)測終端和傳感探頭兩部分組成。在線監(jiān)測終端集成GPRS無線通信模塊,采用實時在線、自動上報的方式工作。在線監(jiān)測終端通過傳感探頭采集大氣溫度、濕度、VOC濃度等原始數(shù)據(jù),并進行綜合分析,zui終得到現(xiàn)場綜合環(huán)境等級。
3.2 原理介紹
PID是一種光離子化檢測器,主要用來檢測濃度在1ppb-15000ppm數(shù)量級的低濃度揮發(fā)性有機化合物和其它的有毒氣體。PID是一個高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器。
PID使用了一個紫外燈(UV)光源將有機物分子電離成可被檢測器檢測到的正負(fù)離子(離子化)。檢測器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷并將其轉(zhuǎn)化為電流信號實現(xiàn)氣體濃度的測量。當(dāng)待測氣體吸收高能量的紫外光時,氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測器的電極上被檢測后,很快與電子結(jié)合重新組成原來的氣體和蒸氣分子。PID是一種非破壞性檢測器,它不會”燃燒”或*性改變待測氣體分子,經(jīng)過PID檢測的氣體仍可被收集做進一步的測定。
理論上,所有的化學(xué)物質(zhì)都能被離子化,但是它們被電離所需要的能量是不同的。能夠轉(zhuǎn)移一個電子和電離一個化合物的能量叫電離能,用電子伏特(eV)作為計量單位。紫外燈所發(fā)出的能量也可以用電子伏特來計量。如果某種氣體的電離能低于燈發(fā)出的能量那么這種氣體將被電離。可以被PID檢測的zui主要的氣體或揮發(fā)物是大量的含碳原子的有機化合物(VOC)。包括:
•芳香類:含有苯環(huán)的系列化合物,比如:苯、甲苯、乙苯、二甲苯等;
• 酮類和醛類:含有C=O鍵的化合物。比如:丙酮、丁酮、甲醛、乙醛等;
• 胺類和氨基化合物:含N的碳?xì)浠衔?。比如:二乙胺等?/span>
• 鹵代烴類:如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等;
• 含硫有機物:甲硫醇、硫化物等;
• 不飽和烴類:丁二烯、異丁烯等;
• 飽和烴類:丁烷、辛烷等;
• 醇類:異丙醇(IPA)、乙醇等。
除了上述有機物,PID還可以測量一些不含碳的無機化合物氣體,如:
•氨;
•半導(dǎo)體氣體:AsH(砷烷)、磷化氫(磷烷)等;
•硫化氫;
•氮氧化物;
•溴和碘;
3.3 在線監(jiān)測終端
3.2.1功能特點
1)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線:根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求提供完整的配置系統(tǒng);
2)優(yōu)質(zhì)的軟件平臺:通過中心端軟件平臺,實現(xiàn)多站點數(shù)據(jù)集成、分析、上報和發(fā)布。
3)科學(xué)的算法技術(shù):采用高斯煙羽模型,分布式冗余節(jié)點判斷算法實現(xiàn)對VOCs排放區(qū)域布點、整體監(jiān)控,污染物擴散趨勢推算,VOCs排放源解析等功能。
4)精確的監(jiān)測數(shù)據(jù):可同時監(jiān)測多種污染氣體,具有很高的時間、空間分辨能力和探測靈敏度;
5)先進的配套軟件:采用數(shù)據(jù)采集、分析及可視化軟件,大大提高監(jiān)測效率。
6)PID發(fā)展趨勢:采用自主研發(fā)的、擁有多項的第三代本安型PID傳感器,響應(yīng)時間更快,抗?jié)裥阅芨鼜?,測量范圍大;無需工具可實現(xiàn)傳感器互換,支持離線標(biāo)定;
7)PID自清洗技術(shù):確保儀表的長期穩(wěn)定工作,延長傳感器使用壽命;
8)*的泵吸式采樣:內(nèi)置強力采樣泵,監(jiān)測范圍大,響應(yīng)、恢復(fù)時間短,使儀器具有敏銳嗅覺:
9)超寬測量范圍,量程自由設(shè)定:測量精度達到ppb級:
10)3G開放式氣路結(jié)構(gòu):使檢測范圍擴大2倍,響應(yīng)時間加快10s,免維護時間有效延長;
11)智能的溫度和零點補償算法:使儀器表現(xiàn)出更加優(yōu)良的性能;
12)可檢測數(shù)千種氣體:廣譜性檢測,內(nèi)置氣體庫,方便用戶選擇;
13)多種信號輸出:可微調(diào)標(biāo)準(zhǔn)4~20mA(三線制)、RS485 Modbus、三級開關(guān)量輸出(常開/常閉可選);
3.2.2技術(shù)參數(shù)
3.2.3技術(shù)實現(xiàn)
在線監(jiān)測終端核心部件采用單片機,設(shè)置有RS232和GPRS通訊接口,自帶液晶顯示和參數(shù)設(shè)置按鍵,具備強大的人機界面功能,保證良好的交互性。數(shù)字液晶顯示表頭能顯示各種測量參數(shù)和配置菜單。
在線監(jiān)測終端結(jié)構(gòu)框圖如下:
3.2.4 TVOC在線檢測儀傳感器(PID)
此款傳感器采用不銹鋼防爆外殼,*的泵吸式采樣,將氣體吸入氣室,經(jīng)過紫外燈離子化后通過傳感器檢測,測量范圍寬廣,量程可自由設(shè)定,3G式開放氣路結(jié)構(gòu),智能的溫度和零點補償算法,可檢測數(shù)千種氣體,內(nèi)置氣體庫,可多信號輸出,友好清晰的人機界面,既方便操作又方便觀察,傳感器響應(yīng)時間快,恢復(fù)時間短;支持離線標(biāo)定,壽命長。
4 軟件應(yīng)用平臺
4.1概述
有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用平臺體系結(jié)構(gòu)如下:
- 采集服務(wù)實現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)平臺管理、監(jiān)控數(shù)據(jù)遠程實時采集等軟件的集成,并為數(shù)據(jù)服務(wù)層提供數(shù)據(jù)支持。
- 數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫軟件平臺、數(shù)據(jù)服務(wù)(Web Services、DCOM組件、數(shù)據(jù)接口服務(wù)、中間件等)軟件的集成,并為應(yīng)用軟件層提供數(shù)據(jù)支持。
- WEB應(yīng)用實現(xiàn)對組態(tài)應(yīng)用軟件、工具軟件、各類人機界面軟件、WEB發(fā)布軟件的集成,從而zui終滿足用戶對系統(tǒng)的需求。
4.2軟件架構(gòu)
有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)管理軟件、WEB發(fā)布軟件等,軟件框架示意如下:
4.3技術(shù)實現(xiàn)
有機揮發(fā)物在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用平臺軟件主要包括實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集存儲、預(yù)警報警、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)設(shè)置等模塊。
4.3.1實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)
實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)主要實現(xiàn)監(jiān)測點所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)實時存到監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)存儲中心,可以對接不同類型的監(jiān)測因子。
4.3.2數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)
原始監(jiān)測數(shù)據(jù),將全部存儲在監(jiān)測平臺分布式文件系統(tǒng),用于存儲海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了滿足和適應(yīng)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特征和查詢處理的不同需求,部分存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。
4.3.3實時預(yù)警系統(tǒng)
對監(jiān)測指標(biāo)設(shè)置對應(yīng)的閥值,超過該值超過一分鐘在*時間通過郵件,App推送,或者短信等形式通知行政zhi法人員,給管理部門迅速出動,及時阻止破壞環(huán)境保護的行為。
4.3.4數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)
VOCs數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用提供包括實時監(jiān)控數(shù)據(jù)分析、總量核算、源解析及源強計算、區(qū)域排放監(jiān)測與預(yù)警、污染源擴散預(yù)測及分析等,同時可查看歷史記錄和分析數(shù)據(jù)等功能。VOCs歷史數(shù)據(jù)查詢處理時,由于數(shù)據(jù)量巨大,需要調(diào)度使用云計算技術(shù)管理多臺服務(wù)器節(jié)點進行并行處理。
4.3.5數(shù)據(jù)管理
查看系統(tǒng)內(nèi)超標(biāo)數(shù)據(jù),并配置短信設(shè)置,可進行超標(biāo)預(yù)警等,提高工作效率。
4.3.6數(shù)據(jù)接口
系統(tǒng)提供Web Service和Json格式數(shù)據(jù)接口,供外部系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù),方便和第三方平臺對接。
4.3.7監(jiān)測設(shè)備自動校準(zhǔn)
采用物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù),建立監(jiān)測數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的自動校準(zhǔn),降低設(shè)備運維費用,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
5 工作分解
5.1 前期準(zhǔn)備
硬件采購
軟硬件平臺搭建
開發(fā)方案確定
5.2 現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備開發(fā)
硬件開發(fā)
嵌入軟件開發(fā)
單機測試
設(shè)備接口調(diào)試
5.3 管控平臺開發(fā)
數(shù)據(jù)庫表設(shè)計
數(shù)據(jù)庫表建立
數(shù)據(jù)庫操作功能測試
報表格式設(shè)計
報表功能開發(fā)
設(shè)備管理功能開發(fā)
用戶管理功能開發(fā)
WEB發(fā)布及遠程監(jiān)控
6 資質(zhì)證書
環(huán)境管理體系認(rèn)證證書
質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書
智易時代voc在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件產(chǎn)品登記證書