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大气污染网格化监测成主流,室外扬尘将是重点关注对象!
大气污染网格化监测成主流,室外扬尘将是重点关注对象!

近年来,环境污染问题愈演愈烈,严重威胁着人们的生命健康。据调查,全国超过90%的城市居民表示每天不再只是了解简单的气象问题,对于空气环境质量、光照强度、大气压力、风速噪音等都格外关注。面对我国空气污染的严峻形势,政府相应采取了一系列的措施,推行新的环保法,利用精准、科学的网格化监测系统来治理大气污染,成为环境治理的新主流。

 

何为大气污染网格化监测?

 

大气污染网格化监测是将城市以区县、街道、社区为单位,分级划定大气污染防治管理网格,大范围、高密度的布点,遵循“网定格、格定责、责定人”的理念,建立区域网格化监控平台。

 

大气污染网格化监测系统划分为监测层、传输层、应用层,由各类在线监测设备、无线通讯设备、软件平台等组成。可测量常规空气六项参数(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3)及VOCs、H2S、HCl、NH3等多种特征污染参数,以及各点位的温度、湿度、风向、风速、大气压等气象参数,并将获取到的参数进行实时对比分析和校准。同时准确追溯污染来源,推算污染物扩散速度,实现对污染源无组织排放的控制,减少大气污染物。

 

 

在大气污染网格化治理过程中,室外扬尘(PM2.5、PM10、TSP)作为我国大气污染的主要组成部分,也是影响环境指标的重要因素之一,成为各地环保部门重点关注的对象。

 

室外扬尘网格化监测

 

1、监测网格设置

 

1)道路交通网格

 

以城市主要交通道路、环路、交通道口、交通枢纽等为监测对象。

 

2)工地扬尘网格

 

监测建筑施工工地、市政工程、公路工程、水运工程、混凝土搅拌站及干散货码头堆场等场所扬尘颗粒物实时浓度及变化趋势。

 

3)涉气企业网格

 

监测城市主要涉气企业边界及扩散区域的环境空气质量和特征污染物浓度。

 

4)工业园区网格

 

监测城市主要工业园区等污染聚集区的边界及扩散区域环境空气质量和特征污染物浓度。

 

5)生活源网格

 

监测群众生活污染源(主要包括家庭、住宿业、餐饮业、医院等炉灶,取暖设备,城市垃圾堆放、焚烧等)对环境空气质量的影响,代表范围为群众日常生活和活动场所中受生活污染物源排放影响的区域。

 

2、颗粒物传感器的应用

 

室外扬尘网格化监测一般通过在线监测仪中的颗粒物传感器来检测颗粒物浓度,监测数据可实时显示在室外扬尘在线监测仪的显示屏上;视频监控系统可完整记录现场行为,通过设定颗粒物浓度报警值实现报警抓拍,并向系统平台发送超标信息。

 

 

颗粒物传感器PM3006采用光学散射原理,可精确检测并计算单位体积内空气中不同粒径的悬浮颗粒物的个数,并通过数学算法及科学标定输出颗粒物质量浓度。同时具有如下特点:

 

①可输出0.3μm、0.5μm、1.0μm、2.5μm、5.0μm、10μm六个通道的粒子个数(PCS/L);

 

②同时输出PM1.0、PM2.5、PM10的质量浓度(μg/m3);

 

③应用过程中具有极高的灵敏度和较快的响应速度;

 

④采用全新的专利技术,满足高温、低温等极性测试环境的要求;

 

⑤长期使用具有较好的稳定性和一致性,且使用寿命超过3年。

 

应用领域:室外监测、空气净化器、空气品质检测仪、新风系统、带净化功能的空调等。

 

结语

 

精确度高、稳定性好的传感器是网格化环境监测系统的基础,只有通过精准的监测数据与完善的校准体系,才能保证网格化监控体系全面、准确的反应大气污染情况,对污染源起到最大程度的监管作用,为环境执法和决策提供直接依据。

 

2018.11.21   查看详情>>
室内污染只有甲醛?二氧化碳监测同样重要!
室内污染只有甲醛?二氧化碳监测同样重要!

基于NDIR技术的气体传感器的测量原理是基于极性气体分子对红外光的吸收符合朗伯-比尔定律(Lambert-Beer)。极性气体分子在红外波段都有自己的特征吸收带,特征吸收带就如同指纹一样具有可鉴别性,气体分子在特征吸收带对红外能量的吸收强度,可以反映出气体浓度。对于混合气体,在探测器前安装一个适合被测气体吸收波长的窄带滤光片,使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化,就可以分析特定组分。

 

红外光源、红外探测器及吸收气室是NDIR红外气体传感器的三个核心元件。其中红外探测器通常是和窄带滤光片一体来实现对被测气体的选择性吸收和测量的。

 

在CO2的检测中,红外光源发射出1-20μm的红外光,通过一定长度的气室吸收后,经过一个4.26μm波长的窄带滤光片,由红外探测器监测透过4.26μm波长红外光的强度,以此反映CO2气体的浓度。

 

CO2在4.26μm处的红外吸收光谱

 

根据红外探测器的通道数,目前市面上的NDIR二氧化碳传感器可以划分为单通道和双通道两种类型,例如武汉四方光电科技有限公司旗下的红外二氧化碳传感器CM1106和CM1107。CM1106是一款单通道的NDIR二氧化碳传感器,其内部集成了一个光敏器件和窄带滤光片,即只有一个检测通道。而CM1107是一款双通道的NDIR二氧化碳传感器,其内部集成2个光敏器件、2个窄带滤光片,即在单通道的基础上添加了一个参考通道,信号比较稳定。

 

CM1106及CM1107产品参数介绍

 

单通道检测原理

 

双通道检测原理

 

 

NDIR二氧化碳传感器的应用

 

NDIR二氧化碳传感器可应用于新风系统、农业种植/植物培养、冷链运输、消费类电子等空气品质检测领域,其在长期使用过程中受外部因素的影响会出现零点漂移的现象,一般需对传感器进行调零校准来保证传感器的准确性。

 

 

单通道二氧化碳传感器CM1106可应用其自动校准功能来保证传感器的测量精度,且满足更长的调零周期(15天),适用于相对开放、通风条件较好的场所。如家居、教室、会议室、写字楼、商场等。

 

 

双通道二氧化碳传感器CM1107可同时获取测量通道和参考通道的数据,可以有效消除由光源老化、气室污染等因素给传感器带来的影响,从而实现较好的长期稳定性,可用于相对封闭、通风较差或无法通风的场所。如农业大棚、温室房、培养箱、冷库、车库等。

 

结语

 

基于NDIR技术的二氧化碳传感器具有高精度、高可靠性、超长的使用寿命以及在检测过程中不易受到其他气体的交叉干扰等优势,未来将逐渐成为空气质量检测领域市场的主流,得到越来越广泛的应用。

 

(来源:四方光电气体传感器)

 

2018.11.13   查看详情>>
粉尘传感器在空调中的应用
粉尘传感器在空调中的应用
  随着科技的发展和人民生活水平的提高,空调现在已进入每家每户,很多人已经离不开空调。空调中应用的传感器有很多种,其中最重要的就是温度传感器和湿度传感器。它们在空调中起着至关重要的作用。但现在城市环境中粉尘日益增多,已经有很多空调厂家尝试把粉尘传感器加入到空调中,在空调机中加入粉尘传感器已经成为新的趋势。
 
  粉尘传感器可对PM1.0、PM2.5、PM10颗粒物同时进行监控,安装了粉尘传感器的空调机可根据实时监测到的粉尘数据来更新室内空气,将室内环境中的粉尘浓度控制在合理范围内,避免因粉尘浓度过高而给人体健康造成危害。此外,还可基于粉尘浓度的监测数据控制风扇的进风量,满足节能环保的要求。
 
  什么是粉尘传感器?
 
  粉尘传感器又叫PM2.5传感器,可以用来检测我们周围空气中的粉尘质量浓度μg/m3,即PM2.5值大小。空气动力学把直径小于10μm能进入肺泡区的粉尘通常称为呼吸性粉尘。直径在10μm以上的尘粒大部分通过撞击沉积,在人体吸入时沉积在鼻咽部,10μm以下的粉尘可进入呼吸道的深部。而在肺泡内沉积的粉尘大部分是5μm以下的粉尘。
 
  粉尘传感器PM2005采用激光散射原理,激光发射的光线遇到粉尘产生光的散射。散射光通过光电变换器变为电信号(脉冲),光强的大小和经光电转换的电信号强弱成正比,且粒子越大得出的脉冲信号就越大(波峰值),通过此时的波峰值和脉冲数就可得出每个粒径的个数浓度。
 
  PM2005可同时测量室内空气中PM1.0、PM2.5、PM10的粒子数浓度,通过科学的标定方法,传感器可输出和官方标准一致的颗粒物质量浓度。支持UART、IIC、PWM多种输出方式及连续、单次、定时、动态四种测量模式,产品性能稳定,可靠性高。主要技术指标如下表:
 
检测量程 0~1000μg/m3
上电稳定时间 ≤8s
数据刷新频率 1s
工作条件 -10~60°C,5~95%RH
储存条件 -30~70°C,0~95%RH(非凝结)
工作电压 DC5.0V±2%;纹波<50mV
工作电流 ≤100mA
待机电流 ≤200μA
信号输出 UART、PWM、IIC三种信号输出
产品尺寸 W43.4*H35.8*D24(mm)
应用领域 新风系统、带净化功能的空调;家用空气净化器;空气品质检测仪;消费类电子产品配套
 
 
  结语
 
  未来将会有越来越多的空调具备粉尘监测功能,在空调机中加装粉尘传感器来进行室内粉尘浓度监测,帮助人们远离粉尘污染,是空调技术的新趋势,也是空调机发展的新方向。
 
  
20181022   查看详情>>
VOC传感器在室内空气质量监测中的应用
VOC传感器在室内空气质量监测中的应用
  随着人们对空气质量的关注,室内污染也越来越引起人们的注意。VOC作为室内空气的挥发性污染物,危害是十分突出的,对人体也存在着一定的危害与不良的影响。当居室中的VOC超过一定浓度时,在短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力;严重时会抽搐、昏迷、记忆力减退。伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。室内VOC的污染近年来已引起广泛的重视,人们都积极采取措施进行防护。
 
 

  一、 VOC的主要来源

 
  室内VOC的主要来源有以下几个方面:
 
  1) 有机溶剂:如含水涂料、胶黏剂、化妆品、洗涤剂、捻缝胶等。
 
  2) 建筑材料:如人造、泡沫隔热材料、塑料板材等。
 
  3) 室内装饰材料:如壁纸、其他装饰品等。
 
  4) 纤维材料:如地毯、挂毯和化纤窗帘。
 
  5) 家居、家用电器、清洁剂。
 
  6) 自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾。
 
  7) 办公用品:如油墨、复印机、打印机等。
 
  8) 设计和使用不当的通风系统等。
 
  9) 人体排泄物。
 
  10)来自室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等。
 

  二、预防VOC危害的对策

 

 
  1、提高认识,加强自我保护。在装修或者购买家具的时候尽量选择绿色环保的家居和装修材料,其污染指标较低,较易去除。
 
  2、加强通风换气,提高健康环境意识,养成良好的科学生活习惯,每天定时开窗通风换气。做饭时应打开抽油烟机,尽量降低燃烧与烹调过程中所产生的有害气体及其他空气污染物。
 
  3、使用活性碳等除甲醛的固体进行物理吸附,这些固体有很多微小的颗粒,具有很强的吸附性,可以有效的吸附空气中的污染物。
 
  4、利用绿色植物进行吸附,植物有净化空气的作用。
 

  三、室内VOC监测

 
  随着人们对VOC的认识越来越深刻,VOC监测的市场需求也越来越大,市面上出现许多先进的VOC传感器,例如武汉四方光电科技有限公司旗下的异味传感器模块CB-VOC。
 
 
  CB-VOC传感器采用先进成熟的旁热氏结构广谱型半导体气敏原件。该传感器由陶瓷加热器上涂覆纳米级半导体材料SnO2并掺杂适当微量元素构成,对甲醛、苯、一氧化碳、氨气、氢气、酒精、香烟烟雾等有机挥发气体具有极高的灵敏度。模块经过老化、调试、标定校准,具有良好的一致性以及极高的灵敏度。同时还具有如下特点:
 
  ①采用全进口半导体材质。
 
  ②内置MCU,出厂浓度标定。
 
  ③支持数字等级输出。  
2018.09.30   查看详情>>
四方光电|NDIR气体传感器的四大影响因素分析及红外二氧化碳传感器介绍
四方光电|NDIR气体传感器的四大影响因素分析及红外二氧化碳...

在气体传感器的使用过程中,当传感器遇到读数不准的情况,许多客户首先想到的就是传感器故障,却不知外在环境也会影响传感器的检测精度,本文将以NDIR传感器为例,针对气体传感器的四大影响因素作出分析介绍。

 

一、气体浓度

 

气体传感器对被测气体的浓度是敏感的,这一点毋庸置疑。气体浓度越大,传感器输出信号改变量就越大。非分光红外(NDIR)检测原理的气体传感器输出信号形式是电压输出。当被测气体不存在时,输出电压峰峰值最大。当被测气体浓度增大时,输出电压峰峰值随之变小。但这种变化不是和气体浓度呈线性关系,而是遵循朗伯比尔定律。浓度低的时候,灵敏度大,浓度高的时候,信号的灵敏度会变小。用数学公式表示某一浓度点的灵敏度为:dV/dC。式中V为信号峰峰值,C为气体浓度。

 

二、环境温湿度

 

绝大多数气体传感器对环境温度是敏感的。其原因是无论化学反应、电子元器件,还是无机和有机材料,性能参数都会随温度而变化。最终造成传感器输出的电流和电压的变化。NDIR传感器的温度范围很宽,可以达到军工级-55℃到100℃以上。NDIR传感器信号随环境温度变化的因素比较多,包括:光源的光谱、探测器、滤光片温度系数、运放温度系数、电阻和电容温度系数等。当这些因素综合作用的时候,使得NDIR传感器的温度补偿变得非常复杂。这也是NDIR传感器价格高的原因之一。

 

NDIR气体传感器消除温度的影响办法有几种,成本都比较高。第一种是公式法,第二种是查表法,第三种是恒温法。

 

三、气体压强

 

非分光红外(NDIR)检测原理的气体传感器的压力范围可以很宽,从0-2个大气压没有问题。其压力范围取决于光源和探测器的耐压。如果光源是玻璃灯泡,则玻璃灯泡是有耐压的。红外探测器是用金属壳体和红外滤波片密封封装的,因此,探测器也有耐压的问题。

 

四、气体流量

 

气体是流体,气体之所以流动是因为有压力差,压力差越大,流速就越大。非分光红外(NDIR)气体传感器的流量范围是200ML/MIN到2L/MIN。流量越大,响应越快。流量大对NDIR传感器来说,只有好处,没有坏处,但要除尘和除水。对于消除气体流量带来的影响,非分光红外(NDIR)气体传感器基本不用做任何限制,NDIR需要快速响应,进入传感器的气流扩散速度要尽可能大。

 

五、结语

 

对气体传感器而言,当被测气体或环境发生变化时,无论是气体浓度、环境温湿度、气体压强还是气体流量,其监测状态一定会发生变化,从而使得传感器的精确度出现变化。

 

红外二氧化碳传感器厂家及产品推荐

 

单位名称:武汉四方光电科技有限公司

 

产品推荐:红外二氧化碳传感器模块CM1107

 

 

红外二氧化碳传感器模块CM1107是一款基于自主知识产权非分光红外检测原理的二氧化碳传感器,采用双光束设计,具有测量精度高、功耗低、稳定性好等特点。该传感器可广泛应用于各种场合,尤其在食品运输、储存、孵化和农业等领域。同时还具有如下特点:

 

①双通道设计、精度高、稳定性更好;

 

②自动调零补偿,全量程温度校正。

 

20180925   查看详情>>
PM2.5带来的危害及激光PM2.5传感器应用推荐
PM2.5带来的危害及激光PM2.5传感器应用推荐

随着我国社会经济的迅速发展,大气污染随着工业化进程的进行而加重,雾霾天气出现的频率越来越高,空气污染物在大中城市呈上升趋势,已成为人类共同面对的严重危害健康的环境问题。

 

 

在大气污染物中,颗粒物污染对人体健康的危害最大,PM按其直径的大小不同可分为粗颗粒(2.5-10μm,PM10)、细颗粒(0.1-2.5μm,PM2.5)及超细颗粒(<0.1μm)。大气颗粒物的直径大小决定了其最终进入呼吸道的部位:2.5μm的颗粒物在肺部沉积量可达83%,而8.2μm和11.5μm的颗粒仅有49%和31%沉积下来,颗粒物的大小与其在肺部的沉积总量呈反比。直径大于10μm的颗粒很容易被呼吸道黏液及纤毛系统排除,而直径小于10μm的颗粒物可以进入下呼吸道,特别是PM2.5容易沉积于细支气管和肺泡,并可进入血液循环。因此,除了对肺部的影响外,PM2.5对全身各系统均会造成一定的影响。

 

 

PM2.5浓度升高可造成和加重全身各系统损害,而这种损害包括了PM2.5引起的机体免疫变态反应与氧化应激进而导致呼吸系统,循环系统和消化系统的系统性炎症反应,导致脏器损伤。因此,做好个人防护和减少污染物就显得尤为重要。随着工业和交通业的发展,PM2.5污染将愈来愈严重,所以加强人群保护和减少大气颗粒物污染将成为未来工作的重点。因此在减轻大气污染的基础上,做好空气污染预测及监测,使个人做好防护,从而减轻全身各系统疾病的发生的工作非常重要。

 

 

作为PM2.5在线监测系统的核心部分,相关粉尘浓度传感器也得到广泛地应用,其中从监测效果和成本来讲,激光散射原理是目前应用的首选。

 

粉尘浓度传感器厂商与产品推荐

 

单位名称:武汉四方光电科技有限公司

 

产品推荐:激光粉尘传感器模块PM2009

 

 

PM2009激光粉尘传感器模块采用光学散射原理,可同时测量室内空气中PM1.0、PM2.5、PM10的粒子数浓度,通过数学算法及科学标定输出颗粒物质量浓度,采用同侧进出风风道设计,应用方便。同时还具有如下特点:

 

①全金属电磁屏蔽、抗干扰性能好;

 

②支持连续、单次、定时、动态四种测量模式;

 

③支持UART、IIC、PWM多种输出方式;

 

④自动组装生产线、可靠性高。

 

1.应用领域

 

2.家用空气净化器

 

3.空气品质检测仪

 

4.新风系统

 

5.带净化功能的空调

 

6.消费类电子产品的配套

 

20180920   查看详情>>
厌氧反应器为什么会“酸化”?该如何进行恢复?
厌氧反应器为什么会“酸化”?该如何进行恢复?

pH是沼气发酵重要的影响因素,超过pH范围时,会引起更严重的后果。低于pH下限并持续过久时,会导致产甲烷菌活力丧失殆尽,而产乙酸菌大量繁殖,引起反应系统的“酸化”,严重酸化发生后,反应系统难以恢复至原有状态。本文对“酸化”的原因现象进行了简单介绍,并就其恢复措施进行了探讨。

 

一、厌氧反应器三个重要参数

 

1、碱度(ALK)

 

厌氧处理系统中,较强的酸碱缓冲体系能够降低系统pH的变化幅度,而与酸碱平衡有关的共轭酸碱对包括:H2CO3/HCO3-、HCO3-/CO32-、NH4+/NH3、H2S/HS-、HS-/S2-和HAc/Ac-等。当废水中的pH发生变化时,这些酸碱对的浓度也会发生相应的变化。理论上,总碱度将包括水中的[HS-]、[CO32-]、[NH3]、[HCO3-]、[Ac-]、[OH-]和[S2-]等,常称之为“挥发性酸碱度”,也称“VFA”,因为一般厌氧体系的pH值为6.0~8.0,上述致碱物质中的[OH-]和[S2-]的浓度会相对较小,可以忽略不计。

 

废水中有足够的碱度时,能够通过控制反应器的pH来监控VFA的积累,只有在厌氧体系中有足够的碳酸氢盐碱度才能保证稳定的pH值环境。PAQUES公司认为:水解酸化池的出水碱度必须保持至少在600~900mg/L(该数值为低限,在高浓度废水中,碱度要高出此许多),这样可防止当挥发性脂肪酸积累的情况下反应器的pH值骤然下降。

 

2、酸化度(VFA/COD)

 

在厌氧工艺的研究中,将酸化度(VFA/COD)作为废水酸化程度的指标,但查阅相应的厌氧处理技术资料后发现,明确提出将酸化度(VFA/COD)作为厌氧反应器进水的一项重要水质指标的并不多。穆军等将挥发酸产率(VFA/COD)作为废水处理中的一个重要性质,研究了蔗糖-蛋白胨人工配水的酸化过程,在此基础上提出和定义了废水可酸化性和酸化度的概念,并构建了废水厌氧酸化过程的评判标准。

 

部分学者认为有机废水完全预酸化对厌氧反应是有害的,因为预酸化出水中含有细小的发酵产酸菌污泥,这些污泥会置换出反应器中的部分产甲烷菌,使产甲烷菌过多流失,使污泥增长速度变慢,严重时会导致反应器“酸化”。所以,建议在厌氧处理前采用轻微的预酸化,酸化率为20~40%,有时甚至更低就可以达到要求。

 

PAQUES公司认为:厌氧反应器进水COD达到至少30%的预酸化度是必要的,这能够使反应器内部的酸化菌和产甲烷菌达到良好的混合比率。而预酸化程度过低(<30%)或过高(>50%)都会改变这些细菌的种群比例,从而影响颗粒污泥的结构。一般情况下,可以通过延长预处理系统中的调节池或预酸化池的水力停留停留时间或添加碱性药剂提高pH值以达到较高的预酸化度。

 

3、VFA/ALK

 

VFA表示厌氧处理系统内的挥发性有机酸的含量,ALK则表示厌氧处理系统内的碱度。厌氧消化系统正常运行时,VFA一般在50~2500mg/L之间,ALK一般在1000~5000mg/L(以CaCO3计)之间,必须维持碱度和挥发性有机酸浓度之间的平衡,才能保持消化液pH值在6.5~7.5的范围内。

 

VFA/ALK反映了厌氧处理系统内的中间代谢产物的积累程度,正常运行的厌氧处理装置的VFA/ALK一般在0.3以下。如果VFA/ALK突然升高,往往表明中间代谢产物不能被甲烷及时分解利用,即系统已经出现异常,需要采取措施进行解决。

 

如果VFA/ALK刚刚超过0.3,在一定时间内,还不不会导致pH下降,还有时间分析造成VFA/ALK升高的原因以进行控制;如果VFA/ALK超过0.5,沼气中CO2含量开始升高,如果不及时采取措施控制,会很快导致pH下降,使甲烷菌的活动受到抑制;如果VFA/ALK超过0.8,厌氧反应器内pH开始下降,沼气中甲烷的含量往往只有42%~45%,沼气不能燃烧;如果pH持续下降到5以下,甲烷菌将全部失去活性,需要重新培养厌氧污泥。

 

二、“酸化”现象原因及表象

 

1、酸化的产生

 

厌氧消化中非产甲烷菌降解有机物的过程可产生大量的VFA和CO2,明显降低系统pH;而产甲烷菌则在利用乙酸、甲酸、氢形成甲烷的过程中消耗有机酸和CO2。两者的共同作用可使反应体系内pH稳定在一个适宜的范围内,并使废水中COD顺利地降解为甲烷、CO2而去除。然而,相对于非产甲烷菌而言,产甲烷菌对温度、pH、氧化还原电位(ORP)、碱度及有毒物质等均很敏感,各种生态因子的生态幅均较窄,对生态因子的要求更加苛刻。所以当系统中温度、pH、ORP等生态因子或有机负荷剧烈变化时,产甲烷菌的活性会受到一定程度抑制,而非产甲烷菌活性所受的影响较小,其产生的VFA不能全部被产甲烷菌利用,使得厌氧体系内VFA大量积累,两大类细菌的代谢平衡被破坏。因而温度、pH、ORP、有机负荷等条件均导致厌氧酸化现象的产生。

 

此外,沟流问题也常会导致厌氧反应器的酸化现象。当厌氧反应器内污泥粒度过细、密度大、液流分布不均匀时会出现沟流现象,由于活性污泥不能与进水有效接触,易造成反应器局部VFA的大量积累,进而导致反应器酸化;而酸化会降低产气量、加大污泥黏度、增大反应器“死区”体积,导致沟流问题进一步恶化。

 

2、酸化的表象

 

厌氧反应器出现“酸化”现象时会显示出如下“症状”:

 

①沼气产量下降;

 

②沼气中甲烷含量降低;

 

③消化液VFA增高;

 

④有机物去除率下降;

 

⑤消化液pH值下降;

 

⑥碳酸盐碱度与总碱度之间的差值明显增加;

 

⑦洗出的颗粒污泥颜色变浅没有光泽;

 

⑧反应器出水产生明显异味;

 

⑨ORP(氧化还原电位)值上升等;

 

⑩微生物种群“畸变”或减少。

 

三、厌氧反应器“酸化”恢复措施

 

1、化学恢复法

 

(1)投加氢氧化物

 

投加NaOH、Ca(OH)2等氢氧化物可有效提升反应器pH,实现短期内厌氧体系中pH的恢复。然而投加的氢氧化物如Ca(OH)2大多被碳酸盐所消耗,由于缺乏酸碱缓冲能力,厌氧反应器内pH会出现大幅震荡过程,难以保持长期稳定,不利于耗氢产乙酸菌及产甲烷菌的活性恢复,部分情况下甚至会导致反应器崩溃;其次,氢氧化物会消耗产甲烷过程中所需的CO2,破坏产甲烷的进行,对产甲烷菌的恢复不利,因此这种方法目前已不常用。

 

(2)投加NaHCO3

 

仅从理论角度讲,NaHCO3的投加能够在不干扰微生物敏感的理化平衡的情况下平稳地将pH调节到理想状态,且不影响CO2的含量,pH的波动相对其他化学药品也较小;但NaHCO3饱和溶液的pH值仅为8.2,在不考虑NaHCO3随出水流失以及与VFA反应的消耗量,将容积为800m³反应器的pH值从6.0提升到7.0需固体NaHCO3质量为12t,况且将反应器中pH值和VFA都恢复正常并不是一两天的事,需要一定的恢复期,所以有可能需要长期投加NaHCO3。显然,这是一个相当沉重的经济负担,虽然试验中有较好的效果,但在工程实际中,不宜采用NaHCO3。

 

2、物理恢复法

 

(1)提高混合程度

 

通过增加反应器水力停留时间(HRT),或改进反应器的设计,可提高厌氧反应器混合程度,降低“死区”范围,进而抑制或减少沟流现象。例如,改变ABR导流挡板的角度与安插方向,可促进水流在反应器底部的均匀分布,最大限度地增加反应器的混合程度。此种方法通常用于预防酸化或对酸化进行辅助恢复。

 

(2)降低进水浓度

 

通过降低进水浓度(通常<2000mg/L),进而降低反应器的有机负荷,是实现酸化反应器恢复的常用方法。但单独采用这种方法的恢复效果并不明显,通常要配合碱液投加方法一起使用。例如,采用降低进水浓度同时配合加入一定NaHCO3的方法将酸化反应器的pH从4.5调至7.0,9d后UASB的出水pH从最初被酸化时的5.4回升到6.5。

 

(3)处理出水回流

 

处理出水回流是保障厌氧反应器进水负荷的条件下,降低其进水浓度的一种有效措施。采用该方法,回流水中产甲烷阶段产生的碱度,可在酸化阶段被充分利用,大幅降低了反应器进水碱度的需求。此外,该方法不会引起反应器内CO2含量的剧烈变化,可以平稳地提升反应器pH;由于回流水温度与反应器温度基本一致,容易实现反应器温度的恒定;回流水溶解氧较低,不会对反应器内厌氧颗粒污泥产生不良影响,因而恢复效果明显。研究表明:轻度酸化后采用该方法,厌氧反应器pH仅需36h,即可恢复至6.5,因而该方法比较适用于高效厌氧反应器的酸化恢复。

 

(4)处理出水置换

 

处理出水置换是利用储存的反应器出水一次性置换反应器内含高浓度有机酸的污水。由于反应器正常出水中有较高的碱度,在换水的同时相当于加入大量的碱,因而该方法既不需要额外的投资(加碱的费用),也不需要考虑加碱量,是一种较经济的恢复办法。研究显示,采用该方法仅8d,反应器出水pH就可以从酸化时的5.35回升到6.58,气体产量上升,出水中挥发酸含量恢复到反应器正常运行水平。

 

3、生物恢复法

 

(1)投加颗粒污泥

 

投加新鲜、成熟的颗粒污泥可以快速补充反应器中微生物数量,降低污染负荷,因而是一种时间短、效果好的酸化恢复方法。然而,由于缺乏必要的厌氧颗粒物污泥活性保持技术的支持,颗粒污泥投加常伴随高昂的成本,因而该方法目前多局限于实验研究。随着厌氧颗粒污泥活性快速恢复及活性激活技术的逐渐发展及推广,该技术有望在实际工程中得到应用。

 

(2)投加关键微生物种群

 

厌氧反应器的过渡酸化直接来源于产氢产乙酸菌无法及时降解VFA而导致VFA积累,因而通过采取一定的工程措施,使厌氧消化系统中的产氢产乙酸获得优先生长,提高VFA转化为乙酸的效率,使后续的产甲烷菌群获得更多可直接利用的营养底物,将有助于加快厌氧消化链反应的恢复。

 

对比研究显示,仅仅采用降低COD的自然恢复法,酸化反应器需要近3个月才能重新正常运行,这与重新接种、驯化并培养污泥的时间接近。单独采用碱性药剂投加法很难长期实行,无法达到恢复酸化的目的。而采用投加碱液+降低COD、间歇稀释进水+加碱、出水回流稀释、投加颗粒污泥法和换水法5种恢复方法结果表明,这5种方法均能促进反应器快速恢复正常,其中投加颗粒污泥法和换水法效果较好,其次为出水回流稀释法和投加碱液+降低COD法。

 

pH值是影响厌氧消化过程的重要因素,厌氧消化需要一个相对稳定的pH值范围。如果生长环境的pH值过低,而出现“酸化”现象,产甲烷菌的生长代谢和繁殖就会受到抑制,进而对整个厌氧消化过程产生不利影响。因此当厌氧反应器出现“酸化”现象时,要分析其产生的原因,并及时采取一定的措施对反应器运行进行调节和控制,以保证厌氧消化稳定的运行环境。

(来源:沼气圈)

20180817   查看详情>>
钢铁冶金行业煤气成分在线监测的必要性与实施方案
钢铁冶金行业煤气成分在线监测的必要性与实施方案

根据钢铁冶金的过程以及实际监测需要,其安全生产监测系统主要由焦炉煤气监测、高炉煤气监测和转炉煤气监测3个部分组成。对其工艺过程中产生的气体成分进行分析监测,具有优化生产、提高质量、能源回收、节能环保、安全控制等非常重要的作用。

 

一、钢铁冶金过程中在线煤气监测的必要性

 

1、保证生产,确保安全

 

高炉和焦炉煤气中的CO浓度较高,它在空气中的混合爆炸极限为12.5%~74%,只要浓度达到爆炸极限,遇到明火极容易发生爆炸。CO的危害性和爆炸可能性均与其浓度相关,因此必须采用先进的技术对煤气中的CO和O2进行实时监测。

 

2、节能减排,保护环境

 

冶金企业周边环境质量的优劣与其排放的CO浓度关系密切。若不对钢铁冶金工艺过程中产生的烟气进行监测,将可能严重影响周围数公里的空气质量,造成大气污染。严重的空气污染不仅危害着周围居民的身体健康,同时恶化了生态环境。

 

3、资源再利用,降低企业成本

 

一般来说,每生产1t粗钢约需2.1×107kJ的能量,约能产生4.2×106kJ的高炉煤气、4.2×106kJ的焦炉煤气及1.0×104kJ的转炉煤气,副产煤气约占钢铁企业能源总收入的30%~40%。因此,实现副产煤气的回收再利用可极大地降低钢铁冶金产业的成本,实现资源的有效利用。而煤气是否有回收的价值,取决于煤气中CO等能源气体的浓度,CO和O2在线监测系统是测量气体浓度的关键。

 

二、钢铁冶金行业安全生产监测系统解决方案

 

根据钢铁冶金的过程以及实际监测需要,安全生产监测系统主要由3个部分组成,分别为焦炉煤气监测、高炉煤气监测和转炉煤气监测。

 

1、焦炉煤气监测

 

如图1所示,根据工艺生产和安全要求,焦炉煤气监测系统点位布设位于电捕捉器中。

 

图1、焦炉系统中监测点的布设

 

电捕焦油器都是利用高压静电作用下产生正负极,使煤气中的焦油雾在随煤气通过电捕焦油器时,由于受到高压电场的作用被捕集下来。由于煤气易燃易爆,就必须保证电捕焦油器的安全操作;另外,电捕焦油器电极间有电晕,可能会发生火花放电现象,如果煤气中混有氧气,当煤气与氧气的混合比例达到爆炸极限时就会发生爆炸。可采用防爆型在线气体分析系统Gasboard-9021(EX)分析控制电捕焦油器中的O2,当O2含量超标时联锁控制风机的运转,以防止煤气与O2混合达到一定比例爆炸。

 

表1、焦炉系统监测点的仪表选型

 

2、高炉煤气监测

 

高炉煤气监测可采用在线气体分析系统Gasboard-9031分析高炉煤气中CO、CO2、CH4、O2和H2的含量,其分析数值可以直接反映出炉内燃烧情况,对指导工艺有着积极作用。Gasboard-9031的应用,可以改变以前人工取样分析值滞后的状态,大大缩短了分析值的分析周期,提高测量的准确性,减轻工人的劳动强度,提高高炉的自动化控制水平。由于及时获得了高炉炉况状态参数,高炉操作者根据随机检测值判断炉况和调控高炉,调控手段通过改变料制及负荷、装料、布料、风压、风量、富氧、喷煤等参数,从而避免较大的炉况失常操作事故,一直保持稳定高产的局面,同时提高了高炉的产量和提高煤气利用率,为高炉的高产和稳产打下了基础。

 

高炉煤气分析的主要目的是优化控制,其监控重点在重力除尘和布袋除尘后,而喷煤系统检测O2和CO则是为了实现安全控制,如图2所示,根据工艺生产和安全要求,高炉煤气监测系统点位布设分为以下几个部分:

 

图2、高炉系统中监测点的布设

 

(1)监测点1、2:重力除尘器与布袋除尘器后,分析高炉煤气中CO、CO2、CH4和H2,控制高炉炉况、回收能源气、监控水冷壁是否发生泄漏,保证安全生产;

 

(2)监测点3:热风炉出口,分析热风炉烟气中O2和CO,监控热风炉燃烧状态和优化燃烧效率,保护炉体;

 

(3)监测点4、5、6:磨煤机入、出口和布袋收尘器出口,监测O2和CO是否超限,起安全检测和控制作用;

 

(5)监测点7:监控煤粉仓内CO是否超限,避免煤粉仓内煤粉自燃。

 

表2、高炉系统监测点的仪表选型

 

 

3、转炉煤气监测

 

转炉煤气作为炼钢过程中所产生的附属品,其热值比高炉煤气要高很多,若直接将转炉煤气排放到大气中,不仅会导致资源的严重浪费,而且会污染环境,不利于节能环保目标的实现。转炉煤气的回收受制于混合气体中的O2含量和CO浓度,可以回收的转炉煤气O2含量需要在2%以下,而CO浓度要在30%以上,这样才可进入管道流向煤气柜开始回收。

 

其次,转炉煤气是一种易燃易爆的有毒气体,含有大量CO和少量H2,它们的混合物与空气或O2混合后,在特定条件下会产生爆炸。而且由于自身生产特点,转炉煤气完全具备了其他两个爆炸条件,即温度和火源条件,尤其是温度、压力和火源还扩大了一般状态下的爆炸范围,为此在工艺操作和设备设置上,需要对转炉煤气O2含量进行在线监测,以及时调整工艺,防止爆炸事故发生。

 

如图3可见,转炉煤气监测系统点位布设分为以下几个部分:

 

图3、转炉系统中监测点的布设

 

(1)监测点1:回收侧盅形阀/分散侧盅形阀前,布设在线气体分析系统Gasboard-9031,在线监测CO与O2浓度,只有测得转炉煤气中O2含量在2%以下,CO浓度在30%以上时,才可打开气体切换站的回收侧盅形阀,允许转炉煤气进入下一步净化流程,否则通过分散侧盅形阀放散塔点火燃烧。

 

(2)监测点2:煤气柜前,只有保证煤气柜内O2含量不会超标(控制在1%以下)才允许转炉煤气进入煤气柜,否则启动停止回收,以保证系统的稳定性和安全性。

 

表3、转炉系统监测点的仪表选型

 

现在钢铁冶金行业以还原冶金和氧化精炼为主要形式,其工艺过程中的焦炉、高炉、热风炉、喷煤系统、加热炉、电炉、转炉和煤气柜等都需要采用在线气体分析系统。钢铁及其他金属冶炼过程中会产生大量气体,分析这些气体对优化生产、提高质量、能源回收、节能环保、安全控制具有非常重要的作用。

 

(来源:工业过程气体监测技术)

 

 

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