扬尘在线监测系统 (β射线)解决方案

一、背景描述

1.1 项目背景

当前我国正处在城市化快速发展阶段,随着大面积的开发建设,各种建设施工、交通运输、生产加工等原因而产生扬尘污染。扬尘不仅破坏居住环境,而且对居民身体健康造成威胁,因此,在扬尘治理方面,应加强建筑施工扬尘治理、道路扬尘治理、堆场扬尘治理,并加强渣土运输扬尘污染控制;同时,开展建设工地网格化扬尘在线监测,并加强对重点区域、重点时段的扬尘管控。在扬尘污染治理实践中,加紧制定一套完整的排放标准、监测规范、治理和评价等技术体系,迫使被监管方针对性地采用生物纳膜抑尘技术、云雾抑尘技术、湿式收尘技术、抑尘剂技术,切实做好扬尘防治工作。

建筑工地扬尘污染是建筑施工过程中排放的无组织颗粒物污染,既包括施工工地内部各种施工环节造成的一次扬尘,也包括因施工运输车辆粘带泥土以及建筑材料逸散在工地外部道路上所造成的二次交通扬尘。长期以来,对于建设工地扬尘带来的空气质量监管方面,由于不能得到实时、准确的监测数据,即使收到举报无法得到与事实相对应的直接证据,一直是令政府监管部门十分困扰的事情。

近年来,很多的政府监管部门都已经建立了扬尘在线监控系统,并在规模性的建筑工地都加装摄像头远程的监控。扬尘PM10的监控方式现在常见的是国标β射线法和光散射法两种方式,由于前期国标β射线法的监测设备价格比较昂贵,政府监管部分并未对监测方式进行强制性的要求,由于光散射型监测方式存在准确性差、稳定性弱、干扰因素多等缺点,造成城市PM10监测质量差,数据传输缺失等现象比较突出,无法切实发挥监管作用。

环境空气颗粒物的β射线吸收法是对捕集到滤膜上的扬尘颗粒物进行自动精确测量,具有准确率高、抗干扰强的优点。该方法的推广应用可广泛适用于常规环境空气质量监测、环境评价以及污染源监测等场合,逐步成为城市扬尘在线监测系统的最佳方案。

扬尘在线监测系统(β射线法)相比于光散射型监测系统有国家标准可依,《HJ1100-2020 环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)β射线法自动监测技术指南》对β射线法监测系统的方法原理、质量保证和准确度、校准、切割器的选择做出了相应规定,《HJ 653-2013  环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法》对设备的技术要求、性能指标、检验方式等作出了明确的要求,《HJ655-2013环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范》对设备的安装和验收技术规范做了要求,扬尘在线监测系统(β射线法)真正做到了有标准可依,产品必须取得《计量器具型式批准证书CPA》和《环境保护产品认证证书 CCEP》,厂家需具备辐射安全许可证确保贝塔射线放射性C-14碳源的安全可靠,产品的质量及一致性和厂家的技术实力能够得到很好的保证。

综上所述,扬尘在线监测系统(β射线法)无论是在质控、数据准确性、稳定性、抗干扰性、设备一致性等各方面,都优于原来的光散射型扬尘在线监测设备,为了确保颗粒物测定结果准确性,进一步为环境质量管理提供了技术支撑,建议将原来光散射型设备升级为β射线型扬尘在线监测系统。

1.2 建设依据

《HJ1100-2020  环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)β射线法自动监测技术指南》

《HJ 653-2013  环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法》

《HJ655-2013   环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范》

《GB3095-2012 环境空气质量标准》

《JJG 846-2015 粉尘浓度测量仪检定规程》

《HJ 212-2017污染物在线监控(监测)系统数据传输标准》

《HJ93-2013环境空气颗粒物(pm10和pm2.5)采样器技术要求及检测方法》

二、系统介绍

2.1 系统简介

本方案提供了一种对工地扬尘(空气中可吸入颗粒物)实时监测而且具有视频叠加并存储功能的解决方案。通过远程数据监测系统可以对工地区域扬尘进行实时有效的监测管理。项目的全面实施,可将所包含的范围中所有的建设施工纳入监管范围,真正实现有效管理和标准化执法。

扬尘在线监测系统是一个物联网系统,主要由感知层(现场在线监测设备)、传输层(传输网络)、应用层(监控中心)三个部分组成。

建筑工地扬尘在线监测架构图如下:

  • 感知层:扬尘在线监测系统(β射线)能够实现颗粒物PM10、环境温度、湿度、风速、风向、大气压等参数的连续自动监测,并配有工地视频监控摄像机实现视频图像的采集,同时将监测的参数在视频监控画面上实现叠加显示,固化违章证据。

2、传输层:使用有线或4G等方式进行数据传输(可扩展5G传输),传输协议采用国标HJ212的通信格式,前端设备采用直发的方式,不允许采用第三方平台转发的方式,确保数据的连续可靠,最大程度上防止数据的篡改;

3、应用层:面向不同职能部门、建筑工地的客户端系统,实现基于Web的污染源实时数据在线监测、现场图像和视频的监控、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

在线监测信息监控管理平台可通过互联网访问,实现了基于Web的污染源实时数据在线监测,现场图像和视频的监控(包括对前端云台和摄像机的实时控制)、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

2.2 系统优势

山东恩易扬尘在线监测系统(β射线法)系统优势如下:

  1. 系统采用β射线吸收法是对捕集到滤膜上的5/PM10/TSP等颗粒物进行自动精确测量,准确率高、抗干扰能力强的优点;
  2. β射线法扬尘在线监测系统采用国标的小流量5/PM10/TSP切割器,利用空气动力学原理,采集空气中悬浮颗粒物,与国标法一致,而光散射型监测系统通常不具备切割器;
  3. β射线法扬尘在线监测系统采用精准的气体流量控制方案,使流量稳定在67L/min,和切割器配合使用,相比于采用廉价小型真空泵的泵吸式光散射型的设备,有着更高的准确度;
  4. 仪器采用采样和检测同位置检测方式,从根本上解决了移动纸带所带来的测量误差;
  5. 采用DHS(动态加热系统)加热采样入口气体并具有动态温湿度补偿功能,符合国家标准,可以保证对半挥发性硝酸盐和有机物的精确测量;
  6. 采用进口滨松β射线探测器,测量稳定,安全可靠,数据准确,不同于个别厂家限于成本采用低劣探测器的方案;
  7. 采用碳源和探测器固定位置设计,保证测量稳定性及校准准确性;
  8. 可采用专用校准膜进行校准,定期的校准加强对设备的质控管理;
  9. 采用超长纸带设计,纸带更换周期长达110天,减少设备维护量和降低运维成本;
  10. 纸带耗尽提醒功能,及时告知维护人员纸带的使用情况;
  11. 前端设备动态维护系统加持,维护人员可以通过维护平台及时知道前端设备的运行状态,及故障信息,为数据的准确、可靠打下坚实的基础;
  12. 超长数据存储,长达365天的数据存储功能;
  13. 支持视频字符叠加的等级变色功能,在视频监控画面上即可展示环境参数及扬尘等级,更加便于监管;
  14. 摒弃了DTU数据上传模式,选用操作系统驱动4G传输或以太网传输,能够支持远程运维平台,实现多平台的数据直发,保证数据传输的稳定、可靠;
  15. 标准HJ212-2017的环保协议传输,2路RS232和2路RS485接口;
  16. 支持标准Modbus-RTU协议的传感器接入,为后期系统的扩展预留接口;
  17. 支持喷淋对接接口,实现喷淋系统的联动;
  18. 系统采用5寸电容触摸屏,图形界面简单明了,操作简单。

三、产品介绍

3.1 产品简介

扬尘在线监测系统(β射线)采用的是贝塔射线吸收法的工作原理,将C-14 作为贝塔射线发射源,其发射恒定的高能量电子,环境空气通过切割器以恒定的流量经过进样管,颗粒物截留在滤膜上。β射线通过滤膜时,能量发生衰减,通过对衰减量的测定计算出颗粒物的质量,根据采样流量、采样时间和滤膜面积计算出实际状态下环境空气中颗粒物的浓度。

扬尘在线监测设备(β射线)是全天候户外自动监测终端,能够适应全天候复杂环境,以及IP65防尘、防溅水设计,功能完善、系统集成度高、坚固耐用,可在各种复杂环境下可靠工作,是工地、道路扬尘监测的最理想方案。

3.2 工作原理

扬尘在线监测系统(β射线)是根据β射线吸收原理设计的。β射线是一种高速电子流,当它穿透物质后,部分被吸收,导致强度衰减。在一定条件下,其衰减量的大小仅与吸收物质的质量有关,而与吸收物质的其它物化特性(如颗粒物分散度、颜色、光泽、形状等)无关,所以能直接测量大气颗粒物的质量浓度。将强度恒定的β射线源在颗粒物采集前后分别两次穿过清洁滤纸和采集有颗粒物的滤纸,根据两次β射线被吸收的变化量来求得收集在滤纸上的颗粒物的质量。使用β射线探测器PMT作为检测器对β射线通量进行计数,其计数频率的变化可表征β射线强度的变化,测量结果只取决于两次计数的比值和质量吸收系数,与β源的原始强度无关。

扬尘在线监测系统(β射线)原理框图

环境空气通过切割器以恒定的流量经过进样管,颗粒物截留在滤膜上。β射线通过滤膜时,能量发生衰减,通过对衰减量的测定计算出颗粒物的质量,根据采样流量、采样时间和滤膜面积从而计算出实际状态下环境空气中颗粒物的浓度。

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