CN112649569A - 一种化工园区空气多点采样监测与溯源***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于化工园区空气多点采样监测与溯源***及方法，通过气泵和管线不间断地采集化工园区大量点位的空气到中心站房；进一步的，使用多种高精度检测设备集中分时检测各管线多种污染物；进一步的，通过产生的大量检测数据生成各个污染物每小时的小时污染云图；最后，结合气象参数，将小时污染云图形成污染迁移动画进行播放，根据污染动画对大气污染进行溯源。本发明应用于化工园区的空气监测，能很好地实现大气监测数据准确和精准溯源，而且很好地节约人工和设备成本开支。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种化工园区环境空气自动检测及大气污染溯源***及方法，具体涉及一种化工园区空气多点采样监测与溯源***及方法。
背景技术
在很多化工园区经营发展的历史中，空气质量下降以及其对周边敏感人群健康的严重影响一直是多年存在的痼疾，其主要原因是不能对空气污染有效监测，从而查找源头并进行管理。而传统的化工园区空气监测与溯源一般采用人工采样检测、嗅辨、电化学传感器小型站、超级空气监测站、巡航检测车等方法来实现。
但是人工检测、嗅辨以及电化学传感小型监测站由于存在测量因子不全、点位少、频次低、精度差等因素，一直不能解决污染定位与溯源问题；环境监测超级站虽然监测精度高、监测项目多，但因为投资大、布点少、使用成本高，溯源应用也受到很大限制；巡航车检测也遇到车载设备少、数据实时性差、检测成本高、数据量少以及园区不能充分到达等弊端。
如不能及时溯源与追究污染源头就会产生破窗效应，即便正常治理的企业也会逐步失去治理动力，掉入污染加剧的恶性循环。多年来，一些化工园区投入了大量人力、物力及技术手段，大气污染的监管与治理仍不能取得令人满意的效果。
发明内容
本发明的目的是提出一种化工园区空气多点采样监测与溯源***及方法，以实现大气监测数据准确和精准溯源，同时能够节约人工和设备成本开支。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：由数据处理显示***及多点采样监测***组成，所述多点采样监测***为多个监测采样点以及设置于监测采样点中心的至少一个中心气站构成的面源网格化网络，所述中心气站通过RS-232或RS-485数字量通讯模块连接所述数据处理显示***。
进一步的，所述多点采样监测***包括若干条并联的采样管线及末端的气体分配控制***，通过所述气体分配控制***将各采样管线的气样逐次分时输送至中心气站内；所述采样管线包括进气管路及排气管路，所述进气管路上沿气体流向依次设置有进气口、采样泵及单向阀，且各进气管路并联后汇入气体分配控制***内，所述排气管路与单向阀连接后集中汇入至排出口；所述气体分配控制***由各进气管路集中汇入至进样泵，所述进样泵与多个检测设备连接。
进一步的，当各个采样点进行分时采样时，其对应的各采样管线上的采样泵持续不间断工作，以保证其对应的进气管路内有实时气样；各采样点及其相对应的独立进气管路上的截止阀打开，进样泵开始工作，将该采样点气样输送到中心气站中的多个检测设备中进行气样检测分析；同时，其他采样点对应的采样泵仍在持续工作，将气样通过对应的带有单向阀的排气管路输送到气样集中排出口，且采样点对应的截止阀全部关闭，以保证各个采样点管路不发生窜气。
进一步的，所述采样点的布设覆盖待监测区域的所有边界并呈包围待监测区域内的企业设置，各企业周边布设四个以的上采样点；相邻采样点之间相距400米至500米。
进一步的，所述采样管道采用抗紫外线透明聚四氟乙烯管，依托园区现有桥架、涵洞以及企业围墙等完成架设。
进一步的，所述进气口由外至内依次设有三段预处理层；第一段预处理层为采样口端处理层，包含用于防止雨水进入采样管线的防雨倒立罩及用于过滤直径大于0.3mm以上的大颗粒物的不锈钢防尘网，所述不锈钢防尘网沿采样口端部外壁周向固定，所述防雨倒立罩安装于不锈钢防尘网的外侧；第二段预处理层为过滤器处理层，包括设置于进气口内的用于过滤10微米以上颗粒物的DFU过滤器；第三段预处理层为阻水处理层，包括用于过滤雾状水滴的阻水器，所述阻水器的进口端与DFU过滤器的出口端相连。
进一步的，所述采样泵及进样泵为高性能无油无水真空抽气泵，以保证长时间可靠工作。
进一步的，所述检测设备由无机物检测设备和有机物监测设备组成，所述无机物检测设备包括但不限于PM2.5检测设备、硫化氢检测设备、傅里叶红外检测设备，所述有机物监测设备包括但不限于非甲烷总烃检测设备、磁质谱检测设备。
进一步的，所述检测设备由无机物检测设备和有机物监测设备组成，所述无机物检测设备包括但不限于PM2.5检测设备、硫化氢检测设备、傅里叶红外检测设备，所述有机物监测设备包括但不限于非甲烷总烃检测设备、磁质谱检测设备。
一种用于化工园区空气多点采样监测与溯源***的方法，包括如下步骤，
步骤1，将待监测区域网格化划分，由此分批布设多点采样监测***，以不间断地采集化待监测区域内各个采样点位的气样，并输送至中心气站；
步骤2，通过进气控制***使各采样点的气样分批次进入多种高精度检测设备，进行分时检测各采样点气样中的多种污染物；
步骤3，通过产生的大量检测数据生成各个污染物每小时的小时污染云图；检测完各个采样点气样的一个循环时间是按小时计算的，所以得到的数据叫做小时数据；
步骤4，结合气象参数将小时污染云图形成污染迁移动画进行播放，根据污染动画对大气污染进行溯源；所述气象参数包括但不限于风向、温湿度等数据。
本发明的有益效果在于：
1、本发明涉及化工园区空气自动监测领域，创造性的提出一种多点采样、集中检测，进而对大气污染溯源的方法，可以把有限的资金用于一个中心站建设，同时通过一个中线站分时检测大量现场点，以解决对大气污染能够“测得出”、“用得起”、“可溯源”等问题。
2、本发明的多点采样管线布设方法，通过气泵、阀门和相关管线的综合运用，可以不间断地采集化工园区大量点位的空气到中心站房，并运用自研采样和气样分配控制***，结合相应管线和检测设备，可以逐次采集和分时检测各采样点管线的多种污染物；由此可以覆盖绝大多数已知污染物并检测精度满足管理要求，实现“测得出”的要求。同时，园区的自动监测网络一次性投资合理，且运行成本低廉，以实现“用得起”的要求。
3、本发明运用自研数据处理显示***，可将检测数据生成各个污染物的每小时的污染云图；并结合气象参数，将小时污染云图形成污染迁移动画进行播放，根据污染动画对大气污染进行溯源。这样一旦出现环境空气质量异常，能够立即发现并溯源，而‘溯源’的关键在于采样测点要足够、检测频次要足够、检测精度要足够。
附图说明
图1为本发明提出的某化工园区空气多点采样***的采样点及管线布局示意图。
图2为本发明提出的某化工园区空气多点采样***的管线设备运行原理示意图。
图3为本发明提出的某化工园区空气多点采样***的最新小时数据示意图。
图4为本发明提出的某化工园区空气多点采样***的污染云图动态显示图。
图5为本发明提出的某化工园区空气多点采样***的监测溯源方法的流程框图。
图6为本发明出的某化工园区空气多点采样***的进气口结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本实施例提供的一种用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，如图1、图2所示，包含采样点2及其架设管路3（包括进气管路5和排气管路8）、中心气站4以及将这些设备设施串联运行起来的控制***。其中，采样点2应按如下原则布设：一是覆盖园区所有边界；二是企业周边应布设4个以上采样点；三是采样点分布尽可能均匀，且相邻采样点一般相距400米左右，最大不超过500米；四是采样管道一般采用抗紫外线透明聚四氟乙烯管；采样点2的进气口6要有三段预处理层；第一段预处理层是采样口端，包含防雨倒立罩（用于防止雨水进入采样管线）以及不锈钢防尘网（用于过滤直径大于0.3mm以上的大颗粒物）；第二段预处理层是在DFU过滤器，用于过滤10微米以上的颗粒物；第三段预处理层是阻水器，用于过滤雾状水滴。
基于用于化工园区空气多点采样监测与溯源***的方法包括如下步骤，
步骤1，将待监测区域网格化划分，由此分批布设多点采样监测***，以不间断地采集化待监测区域内各个采样点位的气样，并输送至中心气站；运用自研气体分配控制***14，将各个采样点的气样逐次分时输送向中心气站4；当各个采样点2进行分时采样时，其对应采样泵7持续不间断工作，保证其对应的进气管路5内有实时气样；对于单个采样点2及其相对应的独立进气管路5而言，其对应的截止阀11打开，进样泵10开始工作，将该采样点气样输送到中心气站4中的多个检测设备9中进行气样检测分析；同时，其他采样点对应的采样泵7仍在持续工作，将气样通过对应的带有单向阀12的排气管路8输送到气样集中排出口13；但这些采样点对应的截止阀11全部关闭，保证各个采样点管路不窜气；如此逐次做完所有采样点的时间为一个循环时间（一般以小时计算）。
步骤2，通过进气控制***使各采样点的气样分批次进入多种高精度检测设备，进行分时检测各采样点气样中的多种污染物；所述检测设备由无机物检测设备和有机物监测设备组成，所述无机物检测设备包括但不限于PM2.5检测设备、硫化氢检测设备、傅里叶红外检测设备，所述有机物监测设备包括但不限于非甲烷总烃检测设备、磁质谱检测设备。
多种污染物如表1所示
| 序号 | 污染特征因子 | 序号 | 污染特征因子 |
| 1 | SO<sub>2</sub> | 12 | 二氯乙烷 |
| 2 | NO<sub>2</sub> | 13 | 四氯化碳 |
| 3 | NO<sub>1</sub> | 14 | 苯 |
| 4 | CO | 15 | 甲苯 |
| 5 | O<sub>3</sub> | 16 | 二甲苯 |
| 6 | 氯化氢 | 17 | 丙酮 |
| 7 | 氨 | 18 | 氯苯 |
| 8 | 硫化氢 | 19 | 丁酮 |
| 9 | 总烃 | 20 | 二氯甲烷 |
| 10 | 非甲烷总烃 | 21 | 甲醇 |
| 11 | 三氯甲烷 | 22 | 乙苯 |
表1
步骤3，通过产生的大量检测数据生成各个污染物每小时的小时污染云图；检测完各个采样点气样的一个循环时间是按小时计算的，所以得到的数据叫做小时数据；数据处理显示***通过数字通讯的方式读取各个检测数据与信号，按照采集时间将“监测污染物项目、采样点、监测值”等数据存入Mysql数据库，同时会将最近时间的数据放入Redis缓存，从而完成数据的存储（其中，数据库中存储所有历史数据且不会被删除，而缓存中只存储最新数据）；
如图3所示，数据处理显示***根据需要的数据类型（最新实时数据和历史数据）完成数据应答；最新实时数据的应答过程为：***返回Redis缓存中存储的数据，该数据为当前所有监测点最近时间的所有数据（但它们并不是同一个时间点的数据，因为各采样点是分时检测的，且数据传输也有先后，比如A1监测点最新的数据是19:09的，而B2监测点最新的数据可能是18:56的）；历史数据的应答，***返回Mysql数据库中存储的数据，根据需求可以传输每日平均数据（一般是24条的平均数据）、每小时的平均数据（如果该小时有多余1条的话）；
步骤4，结合气象参数将小时污染云图形成污染迁移动画进行播放，根据污染动画对大气污染进行溯源；所述气象参数包括但不限于风向、温湿度等数据。如图4所示，通过选择某种污染物质与该污染物的数据类型（小时数据或日数据），可从数据库内读取相应数据，结合气象数据便可生成动态变迁的污染云图；背景为红色表示落地浓度较高的点，背景为黄色表示落地浓度处于中值的点，背景为绿色表示落地浓度安全的点；通过云图结合风速风向，就可以观察污染物的变迁，从而对上风向的污染源进行溯源。数据处理显示***根据需求完成数据动态显示，具体进行如下处理：1)首先将园区检测区域整体分为100*100的网格坐标绘制区；2)按照各采样监测点的坐标位置，将该采样监测点的数据填写到对应的网格坐标里，如：采样监测点坐标(92,34）代表该点位于第92行34列，将该采样检测点的数据填入该网格坐标；3)按照就近辐射的方法，将每个采样监测点的数值填写到距离自己最近的其他网格里，直到遇到其他的监测点的辐射边缘;4）整个网格中所有采样监测点都有值后，对比国家标准对网格区域进行着色：未超标-绿色、超标-黄色、严重超标-红。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：由数据处理显示***及多点采样监测***组成，所述多点采样监测***为多个监测采样点以及设置于监测采样点中心的至少一个中心气站构成的面源网格化网络，所述中心气站通过RS-232或RS-485数字量通讯模块连接所述数据处理显示***。
2.根据权利要求1所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述多点采样监测***包括若干条并联的采样管线及末端的气体分配控制***，通过所述气体分配控制***将各采样管线的气样逐次分时输送至中心气站内；
所述采样管线包括进气管路及排气管路，所述进气管路上沿气体流向依次设置有进气口、采样泵及单向阀，且各进气管路并联后汇入气体分配控制***内，所述排气管路与单向阀连接后集中汇入至排出口；
所述气体分配控制***由各进气管路集中汇入至进样泵，所述进样泵与多个检测设备连接。
3.根据权利要求2所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：当各个采样点进行分时采样时，其对应的各采样管线上的采样泵持续不间断工作，以保证其对应的进气管路内有实时气样；各采样点及其相对应的独立进气管路上的截止阀打开，进样泵开始工作，将该采样点气样输送到中心气站中的多个检测设备中进行气样检测分析；同时，其他采样点对应的采样泵仍在持续工作，将气样通过对应的带有单向阀的排气管路输送到气样集中排出口，且采样点对应的截止阀全部关闭，以保证各个采样点管路不发生窜气。
4.根据权利要求2所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述采样点的布设覆盖待监测区域的所有边界并呈包围待监测区域内的企业设置，各企业周边布设四个以的上采样点；相邻采样点之间相距400米至500米。
5.根据权利要求2所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述采样管道采用抗紫外线透明聚四氟乙烯管，依托园区现有桥架、涵洞以及企业围墙等完成架设。
6.根据权利要求2所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述进气口由外至内依次设有三段预处理层；第一段预处理层为采样口端处理层，包含用于防止雨水进入采样管线的防雨倒立罩及用于过滤直径大于0.3mm以上的大颗粒物的不锈钢防尘网，所述不锈钢防尘网沿采样口端部外壁周向固定，所述防雨倒立罩安装于不锈钢防尘网的外侧；第二段预处理层为过滤器处理层，包括设置于进气口内的用于过滤10微米以上颗粒物的DFU过滤器；第三段预处理层为阻水处理层，包括用于过滤雾状水滴的阻水器，所述阻水器的进口端与DFU过滤器的出口端相连。
7.根据权利要求2所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述采样泵及进样泵为高性能无油无水真空抽气泵，以保证长时间可靠工作。
8.根据权利要求2所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述检测设备由无机物检测设备和有机物监测设备组成，所述无机物检测设备包括但不限于PM2.5检测设备、硫化氢检测设备、傅里叶红外检测设备，所述有机物监测设备包括但不限于非甲烷总烃检测设备、磁质谱检测设备。
9.根据权利要求1所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***，其特征在于：所述数据处理显示***包括数据采集仪、无线数据传输模块以及联网显示平台等
所述数据采集仪作用采集、处理与传输监测的数据；
所述无线数据传输模块作用是读取与传输无线数据，这些数据传输基于移动、电信或联通等运营商实现无线数据远距离传输；
所述联网显示平台是指联网的计算机或其他联网平台，通过输入对应特定数据库服务器的特定网址，就可访问监测显示界面。
10.一种如权利要求1-9所述的用于化工园区空气多点采样监测与溯源***的方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1，将待监测区域网格化划分，由此分批布设多点采样监测***，以不间断地采集化待监测区域内各个采样点位的气样，并输送至中心气站；
步骤2，通过进气控制***使各采样点的气样分批次进入多种高精度检测设备，进行分时检测各采样点气样中的多种污染物；
步骤3，通过产生的大量检测数据生成各个污染物每小时的小时污染云图；检测完各个采样点气样的一个循环时间是按小时计算的，所以得到的数据叫做小时数据；
步骤4，结合气象参数将小时污染云图形成污染迁移动画进行播放，根据污染动画对大气污染进行溯源；所述气象参数包括但不限于风向、温湿度等数据。
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