一種開放光程式的惡臭氣體監測溯源裝置和方法與流程
2023-12-07 02:04:46 4
本發明涉及環境監測領域，具體涉及一種開放光程式的惡臭氣體監測溯源裝置和方法。
背景技術：
惡臭是一種令人厭惡、損人健康、室內外空氣中更易常見的汙染物。近幾年來，人們對各種異常氣味造成的不滿情緒和控告事件不斷增加。在美國惡臭事件佔大氣汙染事件的60％，在日本惡臭訴訟案也僅次於噪聲佔據第二。日本1971年就正式制定了世界上的第一部《惡臭防治法》，1992年在土耳其召開的關於農業廢棄物管理問題的國際研討會上，許多傳家一致呼籲：「對於惡臭不必說哪種有害，哪種無害，僅僅因其存在就構成了災害」。各國專家和學者均統一將惡臭汙染從大氣汙染中單獨分離出來，列為世界七大環境公害之一。
在我國，一方面為滿足人們生活水平提高的要求而大力發展生產，「三廢」排放量在增加，其中惡臭問題變得日益嚴重；另一方面，隨著人民生活水平提高，人們對環境，特別是對惡臭帶來的汙染也更加敏感，惡臭擾民事件也已經常發生，因此關於惡臭的研究和治理已經引起了我國政府的高度重視，控制消除惡臭汙染勢在必行。目前中國大地擁有各級化工園區369家，由於城市的不斷擴張及選址問題，化工園區的排放的各種惡臭氣體體量大、隨意性強對公眾健康及生態環境帶來極大的危害。
到2020年中國各地興建的汙水處理廠將達到20000個，城市的垃圾填埋場467座，汙水處理廠與垃圾填埋場大都位於人口密集的城鄉過渡區，他們排放的惡臭氣體對公眾健康產生極大的影響。
國內目前常用的監測手段的依據GB/T14675-93《空氣品質惡臭的測定三點比較式臭袋法》而設計的採樣嗅辨方法：根據工廠和四周居民居住情況，監測採樣時在工廠上風向設一對照點，惡臭源下風向按扇形布設三個廠界測點，並在下風向居民住宅處設置敏感點，用惡臭氣體真空瓶採樣，採樣後將樣品瓶帶回，由6名嗅辨員進行嗅辨，它主要是通過人的鼻子(標準鼻子用標準臭袋檢查)嗅臭，按照臭氣濃度分為五級：0級：無臭味；1級：勉強感到氣味；2級：感到較弱的氣味；3級：感到明顯氣味；4級：較強烈的氣味；5級：強烈的氣味。
三點比較式臭袋法的原理是先將三隻無臭袋中的二隻充入無臭空氣和被測惡臭氣體樣品供嗅辨員嗅辨，當嗅辨員正確識別有臭氣袋後，再逐級進行稀釋、嗅辨，直至稀釋樣品的臭氣濃度低於嗅辨員的嗅覺閾值時停止實驗。每個樣品由若干名嗅辨員同時測定，最後根據嗅辨員的個人閾值和嗅辨小組成員的平時閾值，求得臭氣濃度。
該方法是通過嗅辨員的鼻子進行嗅臭，嗅辨員的身體狀況直接影響監測質量，同時惡臭氣體的複雜成分，直接影響嗅辨員的身體健康。
現有技術採用化學分析方法分析氣態汙染物時，氣體檢測種類有限，僅能檢測苯乙烯、硫化氫和三甲胺類氣體。並且固液相化學分析方法所用儀器體積較大，無法將氣瓶等設備轉移至現場，無法實時檢測，效率低。
並且，現有電化學傳感器惡臭氣體監測儀器，存在氣體相互幹擾及最低檢測限無法滿足監測需求的問題。隨著惡臭氣體擾民事件的不斷增多，環境監測部門迫切需要一種客觀的快速的監測儀器。
化工園區排放的各種惡臭氣體體量大、隨意性強，由於採樣分析的滯後性，從居民投訴到環保部門現場監測大致要四五個小時，使得監管部門難以溯源，最終不能釐清排放主體。
汙水處理廠及垃圾填埋場產生的惡臭氣體雖然不存在溯源問題，但氣體排放的擴散與風速、風向及溫度溼度大氣壓有密切的關係，同樣存在居民投訴問題且難以確認。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種開放光程式的惡臭氣體監測溯源裝置。本發明進一步提供了一種上述裝置的惡臭氣體監測溯源方法。採用本發明裝置配合本發明方法能夠快速監測並獲得惡臭氣體溯源所需數據，方便快捷，並且操作人員工作量小，監測全面靈敏度高，溯源迅速準確。
提供一種開放光程式的惡臭氣體監測溯源裝置，包括主機和反射單元，所述主機包括：紫外光源及控制發射單元、準直收發單元、光路及微調單元、光譜儀、數據處理單元、氣象五參數監測單元、雷射測距單元和GPS測量及數據傳輸單元；
所述紫外光源及控制發射單元位於所述準直發射單元的前方；所述光路及微調單元位於準直收發單元的後方；所述光纖一端與所述光路及微調單元連接，另一端與光譜儀連接；所述數據處理單元分別與所述氣象五參數監測單元、所述雷射測距單元和所述GPS測量及數據傳輸單元相電連接。
其光的傳播流轉過程包括：所述紫外光源及控制發射單元控制並發出紫外光；經所述準直收發單元接收，並將所述紫外光反射準直發出；然後經所述反射單元接收，所述反射單元反射後形成回返光；所述回返光經準直收發單元接收後再經所述光路及微調單元傳播微調，通過所述光纖傳導至光譜儀。
所述光譜儀為紫外差分吸收光譜。優選所述光譜儀的吸收光譜有效區為180nm-400nm。所述惡臭氣體包括硫化氫、氨氣、三甲胺、甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳、苯、甲苯和二甲苯。
反射單元設置有全反鏡或三稜錐。
優選所述反射單元設置有垂直升降定位剪刀梯。其能夠使反射單元快速完成不同高度快速定位。所述主機設置有雲臺，所述雲臺優選為六維手動調整雲臺或自動六維調整雲臺。其能夠方便主機進行不同高度及不同方位的開發路徑上的惡臭氣體快速監測。
所述紫外光源為氘燈、脈衝氙燈或LED光源。
還提供一種上述裝置的惡臭氣體監測溯源方法。其監測包括如下流程：
配置所述主機中的所述氣象五參數監測單元和所述GPS測量及數據傳輸單元，監測風速、風向、溫度、溼度、大氣壓和經緯度；將多個所述反射單元分別設置於不同高度不同距離的至少三點，配合所述主機監測惡臭氣體濃度。
所述方法的溯源包括如下流程：
所述主機設置處為F點，所述反射單元設置有六個，並且分別設置於相對於F點不同垂直高度的A點、B點和C點，以及相對於F點不同水平距離的C點、D點和E點；根據FA、FB、FC和FC、FD、FE六條路徑上的惡臭氣體濃度，經所述數據處理單元運算得到空間濃度分布，結合風速、風向參數、地形、大氣擴散模型和經緯度，反演獲得惡臭氣體排放源位置。所述反演的數據處理方法優選採用中國專利201310427057.5所公開方法進行數據處理。
本發明所帶來的綜合效果包括：
1)快速完成石化、化工、製藥、醫藥、焦化、塗裝、印刷、食品、畜牧養殖、垃圾填埋、汙水處理等行業無組織排放的惡臭氣體快速檢測；
2)完成特徵汙染物的排放調查，鑑別排放主體，釐清汙染責任主體位置，便於環保監察；
3)避免嗅辨法之操作人員人工嗅辯時接觸惡臭氣體，操作人員能夠遠距離操作所述主機監測追溯惡臭氣體源；
4)無需氣相色譜法(GC)或氣相色譜-質譜法(GC-MS)之大量氫氣、氮氣及壓縮空氣，降低運營維護成本；
5)無需將氣瓶類設備帶至現場，便於攜帶，快速完成惡臭氣體無組織排放源的溯源工作。
附圖說明
圖1為本發明實施例1主機及反射單元的光路原理圖。
圖2為本發明實施例1惡臭氣體溯源方法示意圖。
圖3為本發明實施例2的主機內部結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例及附圖對本發明做進一步解釋說明，但應理解，本發明的範圍不限於此。
實施例1
一種開放光程式的惡臭氣體監測溯源裝置，包括主機和反射單元，所述主機包括：紫外光源及控制發射單元、準直收發單元、光路及微調單元、光譜儀、數據處理單元、氣象五參數監測單元、雷射測距單元和GPS測量及數據傳輸單元；
所述紫外光源及控制發射單元位於所述準直發射單元的前方；所述光路及微調單元位於準直收發單元的後方；所述光纖一端與所述光路及微調單元連接，另一端與光譜儀連接；所述數據處理單元分別與所述氣象五參數監測單元、所述雷射測距單元和所述GPS測量及數據傳輸單元相電連接。
如圖1所示，本實施例光的傳播流轉過程包括：所述紫外光源及控制發射單元控制並發出紫外光；經所述準直收發單元接收，並將所述紫外光反射準直發出；然後經所述反射單元接收，所述反射單元反射後形成回返光；所述回返光經準直收發單元接收後再經所述光路及微調單元傳播微調，通過所述光纖傳導至光譜儀。
所述光譜儀為紫外差分吸收光譜。優選所述光譜儀的吸收光譜有效區為180nm-400nm。所述惡臭氣體包括硫化氫、氨氣、三甲胺、甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳、苯、甲苯和二甲苯。
所述反射單元設置有全反鏡。
所述反射單元設置有長光程多級反射式氣體吸收池，其包括紫外光入射口、紫外光出射口、氣體入口及出口、多塊凹面鍍紫外增強膜反射鏡和入射光調整裝置。所述凹面鍍紫外增強膜反射鏡優選設置有三塊。其能夠有效增大反射光強，並減少所述光譜儀獲得有效光譜積分的時間，進一步確保光譜吸收有效區間，從而提高檢測靈敏度。
所述反射單元設置有垂直升降定位剪刀梯。其能夠使反射單元快速完成不同高度快速定位。所述主機設置有雲臺，所述雲臺為自動六維調整雲臺。其能夠方便主機進行不同高度及不同方位的開發路徑上的惡臭氣體快速監測。
所述紫外光源為氘燈。
上述裝置的惡臭氣體監測及溯源方法。其監測包括如下流程：
配置所述主機中的所述氣象五參數監測單元和所述GPS測量及數據傳輸單元，監測風速、風向、溫度、溼度、大氣壓和經緯度；將多個所述反射單元分別設置於不同高度不同距離的六點，配合所述主機監測惡臭氣體濃度。
如圖2所述，所述方法的溯源包括如下流程：
排放源為S點，所述主機設置處為F點，所述反射單元設置有六個，並且分別設置於相對於F點不同垂直高度的A點、B點和C點，以及相對於F點不同水平距離的C點、D點和E點；根據FA、FB、FC和FC、FD、FE六條路徑上的惡臭氣體濃度，經所述數據處理單元運算得到空間濃度分布，結合風速、風向W參數、地形、大氣擴散模型和經緯度，反演獲得惡臭氣體排放源位置。所述反演的數據處理方法採用中國專利201310427057.5所公開方法進行數據處理。
本實施例所帶來的綜合效果包括：
1)快速完成石化、化工、製藥、醫藥、焦化、塗裝、印刷、食品、畜牧養殖、垃圾填埋、汙水處理等行業無組織排放的惡臭氣體快速檢測；
2)完成特徵汙染物的排放調查，鑑別排放主體，釐清汙染責任主體位置，便於環保監察；
3)避免嗅辨法之操作人員人工嗅辯時接觸惡臭氣體，操作人員能夠遠距離操作所述主機監測追溯惡臭氣體排放源；
4)無需氣相色譜法(GC)或氣相色譜-質譜法(GC-MS)之大量氫氣、氮氣及壓縮空氣，降低運營維護成本；
5)無需將氣瓶類設備帶至現場，便於攜帶，快速完成惡臭氣體無組織排放源的溯源工作。
實施例2
本實施例採用實施例1中所述惡臭氣體監測溯源裝置及所述方法進行實施，不同之處在於，
如圖3所示，所述主機內部的裝置包括，單板機21、顯示屏22、M1反射鏡23、M2反射鏡24、光源25、透鏡26、窗片27、三維調整架28、光譜儀29、雷射測距儀210、氣象五參數測定儀211和無線發送模塊212。
所述裝置操作流程包括：
開啟主機電源，單板機21和顯示屏22開始工作；雷射測距儀210工作，測量主機到全反鏡213的距離，並記錄。根據提示操作，光源25發光，經透鏡26匯聚後照射到M1反射鏡23上，經M1反射鏡23準直後發射到全反鏡上，光線經過全反鏡的反射，再返回到M1反射鏡23上，光線被M1反射鏡23反射到M2反射鏡24上，經過M2反射鏡24匯聚到三維調整架28的光纖接口，經光纖將光線導入到光譜儀29中。
光纖經光譜儀29分光得到經過氣體吸收的光譜圖，單板機21根據內置的各種惡臭氣體的標準譜圖，經計算得到從主機到全反鏡中間的各種氣體平均濃度。
同時，氣象五參數測定儀211，實時測定測量過程中的風速、風向W、溫度、溼度、大氣壓等參數，並與主機測定的各種惡臭氣體濃度匯總保存，或經數據無線發送模塊212發送至監控中心。
雖然本發明已作了詳細描述，但對本領域技術人員來說，在本發明精神和範圍內的修改將是顯而易見的。此外，應當理解的是，本發明記載的各方面、不同具體實施方式的各部分、和列舉的各種特徵可被組合或全部或部分互換。在上述的各個具體實施方式中，那些參考另一個具體實施方式的實施方式可適當地與其它實施方式組合，這是將由本領域技術人員所能理解的。此外，本領域技術人員將會理解，前面的描述僅是示例的方式，並不旨在限制本發明。