實驗室廢氣排放在線監測系統
一、項目背景：我們一直都十分關注對大規模工業生產的廢氣處理，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，區別于標準化的工業流程，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，更有可能產生一些具有特殊毒性的化學物質，有極為嚴重的潛在危險存在。因此，必須對實驗室產生的廢氣加以處理，并監測保證合格后在進行排放，以達到排放標準，減少對環境的污染。
實驗室產生的廢氣多種多樣，一般來說可分為有機廢氣和酸堿性廢氣，某些情況會有粉塵產生。一般來說，其來源主要為試驗中使用的有機溶劑或酸堿溶液，還有揮發性的反應產物等等。實驗室常用的有機溶劑有許多種，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；脂環烴類：如環己烷等；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，有些物質會產生一定的腐蝕性，或是和其他溶于水中的物質產生化學反應等。這些物質，其毒性有強有弱，對人體不同系統產生危害，必須在排放到大氣前進行監測，合格后方可排放。
二、監測目的
實驗室在檢驗、鑒定、測試的過程中，由于實驗的需要，會產生各種廢氣，這些廢氣有些會帶有刺激性氣味，根據國家及各地環保部門要求，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。主要分布在各類學校、科研機構和企業中，分布十分廣泛，有些化學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散，更加劇了局部環境的污染程度。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溶劑或酸堿溶液，還有揮發性的反應產物等。Ø 有芳香烴類：如苯、甲苯及二甲苯等揮發性有機物TVOC；
Ø 脂肪烴類：如戊烷及己烷等；
Ø 酯環烴類：如環己烷等；
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、設計依據
《固定污染源空氣污染物排放標準》《惡臭污染物排放標準》 GB14554-93
《大氣污染物排放標準》 GB16297-1996
《環境空氣質量標準》GB 3095-2012
《環境數據庫設計與運行管理規范》
《城市區域環境噪聲標準》GB 3096-93；
《關于實施<環境空氣質量標準>（GB3095-2012）的通知》；
《財政主要污染物減排專項資金國家環境空氣監測網建設項目（二期）建設 方案》；
《關于推進環境監測服務社會化的指導意見》（環發【2015】20 號）；
《計算機軟件需求說明編制指南》（GB/T9385）；
《計算機軟件質量保證計劃規范》（GB/T12504）；
《信息處理系統計算機系統配置圖符號及約定》（GB/T14085）。
五、監測方案概述
本系統采用采用的氣敏半導體，氣敏電化學和非分散紅外線分析技術等技術測量 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；本系統靈敏度高、檢測快速、 可實現樣品無損測試及排放監控管理。六、設計原則
本系統設計遵守相關的國家、省市法規與行業規范，符合國家和地方的各種標準 和規定。遵循以下原則：6.1實用性與*性的統一
在適度超前的原則下，盡量采取目前國際上流行的主流*監測技術。
系統具有使用的靈活性，包括：具有靈活可變的定制功能、提供靈活方便的信息 查詢與數據統計功能。
系統運行流暢、穩定，數據查詢能快速響應。
6.2可擴展性
系統的規劃和設計必須具有良好的擴展性，根據需要可以增加項目，如噪音，氣象參數，日照量等。
系統數據既滿足短期內的業務需要，也要滿足以后業務發展的要求。在網絡、軟 件、數據庫系統的設計上要做到接口標準、開放性好，滿足以后與其它業務系統及與 其它政府部門或上級機關系統縱向與橫向的聯網應用和數據共享的要求。
6.3 安全性、保密性和共享性原則
系統設計與開發遵循安全性、保密性和共享性原則，處理好數據資源共享與數據安全保密的關系。
信息系統的設計必須嚴格按照國家的有關規定，采取必要的安全防范措施和手 段，在軟件系統的設計上將安全性的設計擺在重要位置，嚴格的權限控制和管 理。
6.4標準化原則
符合我國國家標準、標準、環保部相關技術規范和要求。各種構件優 選符合國家標準的型材和通用件，以利于系統的維護和管理。6.4.1執行國家相關環境保護政策和有關法規、規范及標準。
6.4.2廢氣監測系統運行穩定可靠。
6.4.3 采用技術成熟、工藝*、易于操作管理的測量工藝，系統操作、管理及維護簡便，工程投資省，運行費用低。
6.4.5處理工藝中選用的設備應與該實驗室現有設備配套，不影響該實驗室現有設備的正常運行，兼顧原有的設施，應地制宜，降低投資成本。
七、 技術路線
本系統儀器主體結構如下圖，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測 模塊、顆粒物監測模塊；控制器部分分為功能層、軟件層、中間層和硬件層四部分。
八、系統組成
廢氣在線監測系統由氣體在線監測模塊、顆粒物在線監測模塊及數據采集處理與監測預警系統等組成。通過對環境氣體、顆粒物現場進行實時數據采集、統計、分析等方式處理后，傳輸到數據中心儲平臺滿足了環境監管部門實時性與精細化監管的長效管理需求。8.1氣體監測模塊
8.1.1 原理：用氣敏半導體技術，氣敏電化學和非分散紅外線分析技術來實現氣體監測。光離子傳感器（PID）測量技術用于 TVOC 的測量；
8.1.2 結構圖：
氣體監測模塊主要由測量因子對應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，本項目默認測量的氣體因子是NOX、H2S、TVOC、CO、顆粒物五參數，測量因子可以根據客戶需求或現場情況，通過更換氣體傳感器， 替換或增減。
本系統針對此設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，太大影響氣室內濃度與樣氣的 濃度一致性；太小會產生高氣壓，影響傳感器測量結果。5個氣室由底下的氣路連接，安裝板兩側有進出氣口。
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，傳感器信號經過前置放大板信號的 IV 轉換、信號放大、低通濾波后輸出模擬信 號，再經過 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 技術參數：
| 測量項目 | 測量方法 | 測量范圍 | 分辨率 | 精度 |
| （標配）H2S | 電化學 | 0-100PPM | 0.1ppm | <±3% |
| （標配）NOX | 電化學 | 0-100ppm | 0.1ppm | <±3% |
| （標配）顆粒物 | 激光法 | 0-1000ug/m3 | 1ug/m3 | <±3% |
| （標配）CO | 電化學 | 0-100ppm | 0.1ppm | <±3% |
| （選配）TVOC | PID 光離子化檢測 | 0-200ppm | 0.1ppm | <±3% |
8.2 主機參數
| 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） |
| 零漂 | ±3%F.S |
| 線性 | ±1%F.S |
8.3數據采集處理與監測預警系統
數據采集處理與監測預警系統的主要功能，是實時接收來自各測量部分的實時監測數據，并將接收的數據進行解調、分析、處理，標注錯誤。根據信息的不同類型采用相 應的方式進行數據預處理，再經過分類后將其存入數據庫中，并可以根據相關信息生成各種信息、統計報表。如監測站點數據超標或異常，會進行聲光報警提示預警。
8.4廢氣在線監測終端特點
u 用料充足，結構扎實：采用 1.2mm 厚的工程級冷軋碳鋼板，主箱體采用無縫焊接， 結構穩固牢固；
u 安裝方便，配件齊全：壁掛式、立桿式安裝方便可選；
u 模塊化設計，方便隨時增加監測參數；
u AC220V 供電系統+太陽能供電系統可選配置，推薦使用 AC220V 供電；
u RS485 Modbus、4G LTE 通信方式可選；
u 采用動態加熱除濕系統和 PID 控制方式，有效解決濕度對監測物的影響；
u 工業級顆粒物檢測傳感器，測量結果準確、可靠。
數據采集處理與監測預警系統的主要功能，是實時接收來自各測量部分的實時監測數據，并將接收的數據進行解調、分析、處理，標注錯誤。根據信息的不同類型采用相 應的方式進行數據預處理，再經過分類后將其存入數據庫中，并可以根據相關信息生成各種信息、統計報表。如監測站點數據超標或異常，會進行聲光報警提示預警。
8.4廢氣在線監測終端特點
u 用料充足，結構扎實：采用 1.2mm 厚的工程級冷軋碳鋼板，主箱體采用無縫焊接， 結構穩固牢固；
u 安裝方便，配件齊全：壁掛式、立桿式安裝方便可選；
u 模塊化設計，方便隨時增加監測參數；
u AC220V 供電系統+太陽能供電系統可選配置，推薦使用 AC220V 供電；
u RS485 Modbus、4G LTE 通信方式可選；
u 采用動態加熱除濕系統和 PID 控制方式，有效解決濕度對監測物的影響；
u 工業級顆粒物檢測傳感器，測量結果準確、可靠。
九、設備安裝：
9.1安裝示意圖
采樣監測
9.2設備安裝現場
9.3安裝清單。
表1 裝箱清單
| 序號 | 名稱 | 規格 | 數量 | 備注 |
| 1 | 主機 | 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、設備維護
主機被設計為可以長期連續運行，通常不需要特別維護。僅光學元件緩慢污染情況，需要定期清潔處理。注意：
所有內部的光學器件出廠前經專用工具調整安裝，用戶不得自行進行調整。
十一、故障處理
下表列出了可能出現的故障現象、原因及處理方法：| 現象 | 可能原因及處理辦法 | |
| 1 | 風扇不轉動 | 檢測電源線連接是否正常，確認電源線的連通 |
| 2 | 主控板“工作狀態”指示燈不亮 | 主控板電源線連接是否正常，確認電源線的連通 |
| 3 | 服務器接收不到數據 | 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數值恒定且恒小 | 傳感器故障（聯系） |
| 6 | PM2.5/PM10數值有變化持續很大 | 傳感器內部污染，拆下傳感器對其氣路進行吹掃 |
