物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物除臭工程中的應(yīng)用研究

胡 超，程 輝

(杭州綠然環(huán)保集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 311100)

1 引言

很長一段時(shí)間以來，受認(rèn)識(shí)、資金等方面限制，我國污水處理廠極少重視臭氣的處理問題。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，有關(guān)臭氣影響公眾健康、生活品質(zhì)的案例公之于眾，并呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢(shì)。因此，如何在處理污水的情況下，合理使用先進(jìn)技術(shù)，控制臭氣問題成為當(dāng)前迫切解決的問題。現(xiàn)筆者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物除臭工程中的應(yīng)用。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起源于互聯(lián)網(wǎng)，是繼互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)之后的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮。在城市的環(huán)保方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多用于污染源的在線檢測(cè)上，在了解污染現(xiàn)狀的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減員增效的目標(biāo)。而且，該技術(shù)也處于農(nóng)村污水處理、高速公路污水處理等領(lǐng)域，并取得顯著效果。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水務(wù)系統(tǒng)改造，構(gòu)建了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，提升了二次供水的管理水平，實(shí)現(xiàn)了水資源、水環(huán)境的智能化管理。當(dāng)前，這些領(lǐng)域正大力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，但是作為環(huán)保行業(yè)的除臭工作，尚未見到和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的報(bào)道。基于此，需要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入生物除臭工程中，從而改善效率低下的現(xiàn)狀，提高生物除臭工作質(zhì)量[1]。

3 系統(tǒng)需求

在惡臭處理技術(shù)中，生物除臭技術(shù)應(yīng)用廣泛，其具有無二次污染、成本低、效果好等優(yōu)勢(shì)，是污水廠常用的除臭方法。一般情況下，生物除臭多使用生物濾池工藝，主要裝置包括引風(fēng)機(jī)、排氣煙囪、預(yù)洗池等。在業(yè)主運(yùn)行、養(yǎng)護(hù)期間，常見這樣幾個(gè)問題：①惡臭氣體的主要成分是硫化氫，噴淋液經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后，會(huì)降低pH值，需要及時(shí)更換，否則會(huì)增加腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，影響微生物生長。從實(shí)際來看，由于業(yè)主缺乏對(duì)其的養(yǎng)護(hù)，未及時(shí)更換循環(huán)液，從而影響生物濾池的運(yùn)行效果。②濾床濾料經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，不僅會(huì)使微生物菌長滿濾料，也會(huì)造成生物膜脫落，降低濾料空隙率，增加風(fēng)阻。若選材不當(dāng)，濾料層搭配不合理，會(huì)堵塞濾層，減小風(fēng)量。通常來講，這種情況很難發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)濾層已板結(jié)，風(fēng)量已降至最低。③由于溫度影響氣體的溶解度，夏季多產(chǎn)生大量臭氣，而冬季臭氣量則比較少。若管護(hù)人員未結(jié)合進(jìn)出氣現(xiàn)狀，及時(shí)調(diào)整風(fēng)量大小，僅憑借工作經(jīng)驗(yàn)或?qū)Τ魵獾母惺埽韧３粞b置，勢(shì)必影響微生物的生長和相關(guān)設(shè)施的運(yùn)行。

對(duì)于除臭廠家而言，由于除臭項(xiàng)目分散，數(shù)據(jù)收集難度大，甚至存在運(yùn)行條件參差、數(shù)據(jù)分析困難的情況。這種情況下，即便工作經(jīng)驗(yàn)豐富，也會(huì)影響著技術(shù)效益的轉(zhuǎn)化結(jié)果。對(duì)此，可將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入生物除臭工程中，可實(shí)時(shí)分析和解決除臭設(shè)施的運(yùn)行問題，消除用戶的管護(hù)盲點(diǎn)，并制定有效的解決措施，提供針對(duì)性的服務(wù)，便于積累工作經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[2]。

4 系統(tǒng)方案實(shí)施

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)分層機(jī)構(gòu)來講，從上到下可分為傳感層、傳輸層、應(yīng)用層。其中，傳感層多依托傳感器，采集和感知現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。傳輸層經(jīng)由無線、有線網(wǎng)絡(luò)，將采集數(shù)據(jù)傳至應(yīng)用層，應(yīng)用層再對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和展示。同時(shí)，根據(jù)需求定義參數(shù)邊界，進(jìn)行反饋和報(bào)警，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果。參照該架構(gòu)，構(gòu)建由傳感層、傳輸層、應(yīng)用層組成的智能監(jiān)控平臺(tái)[3]。此階段，先在污水廠安裝生物除臭裝置，便于實(shí)時(shí)開展數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、故障報(bào)警等工作。此外，該架構(gòu)按照物聯(lián)網(wǎng)分層進(jìn)行構(gòu)建，各層功能獨(dú)立，刪、改、增等操作都不會(huì)影響其他功能的運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)。但是，相鄰層間接口的定義要統(tǒng)一、通用，便于相互協(xié)調(diào)，共同完成系統(tǒng)功能。

4.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為有效監(jiān)控除臭設(shè)施的運(yùn)行現(xiàn)狀，需要及時(shí)采集數(shù)據(jù)信息，并設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控采集點(diǎn)，具體包括：①pH值。儀表為pH變送器，旨在監(jiān)測(cè)循環(huán)液的pH值，當(dāng)該值低于4.5時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)液后補(bǔ)水，或啟動(dòng)報(bào)警器。②濾層阻力損失。儀表為壓差變送器，旨在監(jiān)測(cè)阻力變化，當(dāng)阻力接近設(shè)計(jì)值時(shí)，用噴淋沖洗。或阻力上升時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警器。③風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水泵電流等設(shè)備參數(shù)，旨在監(jiān)測(cè)相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。④水箱溫度，儀表為溫度變送器，旨在監(jiān)測(cè)水箱溫度，低溫時(shí)啟動(dòng)加熱。⑤循環(huán)液儲(chǔ)箱液位，儀表為液位計(jì)，旨在監(jiān)測(cè)循環(huán)液體液位，低液時(shí)補(bǔ)水。各裝置通過傳輸信號(hào)、通訊協(xié)議等，實(shí)時(shí)分析、采集儀表數(shù)據(jù)，共同組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

4.3 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

一般情況下，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為兩部分：第一部分，由5臺(tái)除臭設(shè)施通過網(wǎng)線、光纖交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)等，按照行業(yè)要求，科學(xué)、合理的布線，從而組成局域網(wǎng)。第二部分，路由器通過無線網(wǎng)絡(luò)，和ADSL網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，有效傳輸數(shù)據(jù)信息。由于本項(xiàng)目的特殊性，現(xiàn)場(chǎng)不便接入ADSL網(wǎng)絡(luò)，故而選擇4G網(wǎng)絡(luò)。

4.4 數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

所謂數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，是由服務(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控軟件組成的。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能為：采集和整理數(shù)據(jù)，監(jiān)視并顯示工藝現(xiàn)狀，監(jiān)視控制，存儲(chǔ)并歸檔數(shù)據(jù)。畫面包括報(bào)表、報(bào)警畫面、工藝圖等，其中工藝流程畫面包括工藝參數(shù)、工藝流程圖、儀表數(shù)據(jù)等工作現(xiàn)狀[4]。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示則包括：各種模擬信號(hào)、開光信號(hào)，比如故障顯示、pH值、風(fēng)機(jī)、溫度等。數(shù)據(jù)報(bào)表：可根據(jù)實(shí)際需求，制作年報(bào)表、月報(bào)表、日?qǐng)?bào)表。報(bào)警功能：待設(shè)備故障或超限后，現(xiàn)場(chǎng)控制柜會(huì)發(fā)出警報(bào)，控制軟件則自動(dòng)彈出故障詳圖，清晰的顯示故障現(xiàn)象，提供解決方案。安全功能：按照級(jí)別分級(jí)、加密，記錄操作人員的所有信息。

5 案例應(yīng)用分析

5.1 天津某污水處理廠

本處理設(shè)計(jì)長36 m，寬15 m，高12 m，脫水機(jī)房?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置了5臺(tái)脫水機(jī)，南側(cè)設(shè)置了加藥罐、輸送泵，采用機(jī)械通風(fēng)、自然通風(fēng)相結(jié)合的形式，南北墻都設(shè)置了軸流通風(fēng)機(jī)、門窗。以往，該處理廠未設(shè)置臭氣封閉設(shè)施，使得臭氣向不同方向擴(kuò)散，嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。對(duì)此，首先，對(duì)處理廠進(jìn)行了封閉處理，制造封閉的空間，限制臭氣流動(dòng)，同時(shí)提供相對(duì)有序的流動(dòng)通道。其次，引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控中心等，實(shí)時(shí)監(jiān)控污水處理廠各設(shè)施的運(yùn)行情況，尤其是除臭設(shè)施，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障，采用有效措施進(jìn)行解決，提高整個(gè)污水處理廠的工作效率。

5.2 深圳某污水處理廠

該處理廠的生物除臭工程建于2006年，由除臭處理、收集系統(tǒng)組成，范圍包括污泥濃縮池、脫水機(jī)房等。其中，污泥脫水機(jī)房受各因素影響，導(dǎo)致臭氣處理效果欠佳。對(duì)此，需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行改造。比如，將污泥料斗和臭味外溢的離心脫水機(jī)相連，以二樓樓板為邊界，分為上下兩層封閉，上層封閉高度為1 m，使用無色透光的耐力板，用磁條固定機(jī)身。下層在無色透光耐力板基礎(chǔ)上，加用不銹鋼骨架。封閉結(jié)束后，于每臺(tái)脫水機(jī)、連接部分構(gòu)建獨(dú)立的封閉空間，統(tǒng)一收集空間臭氣，輸至除臭塔處理[5]。另外，結(jié)合處理廠生物除臭工程的具體情況，構(gòu)建集監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)等于一體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過對(duì)各設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀的分析和觀察，找尋出現(xiàn)問題的部位和原因，例如：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用后，發(fā)現(xiàn)一樓脫水機(jī)房H2S濃度為(1200～2000)×10-9，二樓濃度為2000×10-9以上。通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，借鑒其他廠家的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)除臭系統(tǒng)進(jìn)行了改造，發(fā)現(xiàn)一樓H2S降至80×10-9以下，除臭效果顯著。

6 結(jié)語

生物除臭工程操作復(fù)雜，稍有不慎就會(huì)影響整個(gè)除臭效果。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能及時(shí)了解和跟進(jìn)數(shù)據(jù)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)除臭設(shè)施的運(yùn)行問題，確保除臭設(shè)施節(jié)能、高效運(yùn)行。同時(shí)，還能完整、準(zhǔn)確地收集風(fēng)量、阻力損失、污染物濃度等參數(shù)，有助于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析各設(shè)施關(guān)系。本文通過分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，為除臭系統(tǒng)的運(yùn)行提供豐富經(jīng)驗(yàn)，日后會(huì)在遠(yuǎn)程監(jiān)控基礎(chǔ)上，開發(fā)移動(dòng)端服務(wù)，充分發(fā)揮在除臭工作中的實(shí)用價(jià)值。