1概述
1.1 VOC定義
有機(jī)揮發(fā)物即VOC的定義為熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50-260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。VOC室外主要來自燃料燃燒和交通運(yùn)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(chǔ)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(jī)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(shí)會(huì)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(dá)到一定濃度時(shí)，短時(shí)間內(nèi)人們會(huì)感到頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)抽搐、昏迷，并會(huì)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(jìn)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(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB20950-2007）；
- 汽油運(yùn)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(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作的意見》（國發(fā)〔2011〕35號）；
- 《中華人民共和國*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(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案的通知》，蘇政發(fā)〔2014〕1號；
- 《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》*公告【2013】 31號；
- 《*關(guān)于加強(qiáng)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(shí)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范嚴(yán)格環(huán)境影響評價(jià)管理的通知》環(huán)發(fā)【2012】98號；
- 《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國發(fā)〔2013〕37號）
- 《關(guān)于印發(fā)江蘇省重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染控制指南的通知》（蘇環(huán)辦【2014】128號）；
- 《*關(guān)于印發(fā)〈2013年全國環(huán)境應(yīng)急管理工作要點(diǎn)〉的通知》（環(huán)辦〔2013〕10號）
VOC的治理可采用以下方式：
在有機(jī)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(shí)現(xiàn)廢氣達(dá)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)。
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(jī)功力大小和風(fēng)口安裝高度又直接影響引風(fēng)效果。
VOC 為有機(jī)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(jī)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。
因VOC一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有機(jī)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(jī)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。
對反應(yīng)釜高溫有機(jī)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(yùn)行成本低，但對低沸點(diǎn)氣體效果不佳。
有機(jī)廢氣的生物處理是有效的方法，效果好、運(yùn)行費(fèi)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(diǎn)
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(diǎn)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(gè)環(huán)節(jié)：在裝卸作業(yè)中，油罐車通過輸油管道向儲(chǔ)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(jìn)入大氣，此外油品在儲(chǔ)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(jì)
有機(jī)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(shí)時(shí)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(bào)警信號，從而達(dá)到完善和提升大氣環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)警能力，在環(huán)境惡化時(shí)及時(shí)提醒處理。
加油站有機(jī)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(jī)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(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、模型計(jì)算、數(shù)據(jù)存取、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、報(bào)表查詢、報(bào)警控制、維護(hù)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(jī)短信傳送到監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)在線，數(shù)據(jù)主動(dòng)上報(bào)（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(bào)警功能；
- 基于電子地圖或表格實(shí)時(shí)顯示每個(gè)監(jiān)測終端的在線數(shù)據(jù)；
- 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、事件記錄、操作記錄的*保存；
- 系統(tǒng)可以針對某一監(jiān)測點(diǎn)顯示趨勢曲線，也可以進(jìn)行多監(jiān)測點(diǎn)同時(shí)顯示趨勢曲線，通過分析和對比實(shí)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(bào)警，并將產(chǎn)生報(bào)警的時(shí)間和原因記錄入數(shù)據(jù)庫，報(bào)警方式為窗口提示、聲音報(bào)警、短信發(fā)送等；
- 可通過設(shè)置不同的查詢條件（包括時(shí)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(bào)警記錄，獲得產(chǎn)生報(bào)警的時(shí)間和原因，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可在權(quán)限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享；
- 系統(tǒng)可錄入每個(gè)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(shí)自動(dòng)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(jī)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(shí)時(shí)在線、自動(dòng)上報(bào)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(jìn)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(jī)化合物和其它的有毒氣體。PID是一個(gè)高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器。
PID使用了一個(gè)紫外燈（UV）光源將有機(jī)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(shí)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(shí)，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時(shí)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(huì)”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(jìn)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(gè)電子和電離一個(gè)化合物的能量叫電離能，用電子伏特（eV）作為計(jì)量單位。紫外燈所發(fā)出的能量也可以用電子伏特來計(jì)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(jī)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(jī)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(jī)物，PID還可以測量一些不含碳的無機(jī)化合物氣體，如：
•氨；
•半導(dǎo)體氣體：*（砷烷）、*（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(diǎn)
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(tái)：通過中心端軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)數(shù)據(jù)集成、分析、上報(bào)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(diǎn)判斷算法實(shí)現(xiàn)對VOCs排放區(qū)域布點(diǎn)、整體監(jiān)控，污染物擴(kuò)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(shí)監(jiān)測多種污染氣體，具有很高的時(shí)間、空間分辨能力和探測靈敏度；
5）*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(xiàng)的第三代本安型PID傳感器，響應(yīng)時(shí)間更快，抗?jié)裥阅芨鼜?qiáng)，測量范圍大；無需工具可實(shí)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*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(qiáng)力采樣泵，監(jiān)測范圍大，響應(yīng)、恢復(fù)時(shí)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(dá)到ppb級：
10）3G開放式氣路結(jié)構(gòu)：使檢測范圍擴(kuò)大2倍，響應(yīng)時(shí)間加快10s，免維護(hù)時(shí)間有效延長；
11）智能的溫度和零點(diǎn)補(bǔ)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(shí)現(xiàn)
在線監(jiān)測終端核心部件采用單片機(jī)，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(qiáng)大的人機(jī)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(diǎn)補(bǔ)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(jī)界面，既方便操作又方便觀察，傳感器響應(yīng)時(shí)間快，恢復(fù)時(shí)間短；支持離線標(biāo)定，壽命長。
4 軟件應(yīng)用平臺(tái)
4.1概述
有機(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如下：
- 采集服務(wù)實(shí)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(tái)管理、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫軟件平臺(tái)、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(shí)現(xiàn)對組態(tài)應(yīng)用軟件、工具軟件、各類人機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)
有機(jī)揮發(fā)物在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)軟件主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、預(yù)警報(bào)警、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)設(shè)置等模塊。
4.3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存到監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)系統(tǒng)
原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，將全部存儲(chǔ)在監(jiān)測平臺(tái)分布式文件系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)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(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。
4.3.3實(shí)時(shí)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(shí)間通過郵件，App推送，或者短信等形式通知行政*人員，給管理部門迅速出動(dòng)，及時(shí)阻止破壞環(huán)境保護(hù)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(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析、總量核算、源解析及源強(qiáng)計(jì)算、區(qū)域排放監(jiān)測與預(yù)警、污染源擴(kuò)散預(yù)測及分析等，同時(shí)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(shí)，由于數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用云計(jì)算技術(shù)管理多臺(tái)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(jìn)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(tái)對接。
4.3.7監(jiān)測設(shè)備自動(dòng)校準(zhǔn)
采用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，建立監(jiān)測數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)，降低設(shè)備運(yùn)維費(fèi)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(tái)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(jī)測試
設(shè)備接口調(diào)試
5.3 管控平臺(tái)開發(fā)
數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫表建立
數(shù)據(jù)庫操作功能測試
報(bào)表格式設(shè)計(jì)
報(bào)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(yuǎn)程監(jiān)控
6 資質(zhì)證書
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