物聯網技術在生物除臭工程中的應用研究

胡 超，程 輝

(杭州綠然環保集團有限公司，浙江 杭州 311100)

1 引言

很長一段時間以來，受認識、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。隨著城鎮化進程的加快，環境保護意識的提高，有關臭氣影響公眾健康、生活品質的案例公之于眾，并呈現逐年上漲的趨勢。因此，如何在處理污水的情況下，合理使用先進技術，控制臭氣問題成為當前迫切解決的問題。現筆者結合工作經驗，簡要探討了物聯網技術在生物除臭工程中的應用。

2 物聯網技術現狀

物聯網技術起源于互聯網，是繼互聯網、計算機之后的信息產業發展浪潮。在城市的環保方面，物聯網技術多用于污染源的在線檢測上，在了解污染現狀的同時，實現減員增效的目標。而且，該技術也處于農村污水處理、高速公路污水處理等領域，并取得顯著效果。基于物聯網技術的智慧水務系統改造，構建了遠程監控平臺，提升了二次供水的管理水平，實現了水資源、水環境的智能化管理。當前，這些領域正大力推進物聯網技術，但是作為環保行業的除臭工作，尚未見到和物聯網技術相關的報道。基于此，需要將物聯網技術引入生物除臭工程中，從而改善效率低下的現狀，提高生物除臭工作質量[1]。

3 系統需求

在惡臭處理技術中，生物除臭技術應用廣泛，其具有無二次污染、成本低、效果好等優勢，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，主要裝置包括引風機、排氣煙囪、預洗池等。在業主運行、養護期間，常見這樣幾個問題：①惡臭氣體的主要成分是硫化氫，噴淋液經過長時間運行后，會降低pH值，需要及時更換，否則會增加腐蝕風險，影響微生物生長。從實際來看，由于業主缺乏對其的養護，未及時更換循環液，從而影響生物濾池的運行效果。②濾床濾料經過一段時間的運行后，不僅會使微生物菌長滿濾料，也會造成生物膜脫落，降低濾料空隙率，增加風阻。若選材不當，濾料層搭配不合理，會堵塞濾層，減小風量。通常來講，這種情況很難發現，發現時濾層已板結，風量已降至最低。③由于溫度影響氣體的溶解度，夏季多產生大量臭氣，而冬季臭氣量則比較少。若管護人員未結合進出氣現狀，及時調整風量大小，僅憑借工作經驗或對臭氣的感受，迫停除臭裝置，勢必影響微生物的生長和相關設施的運行。

對于除臭廠家而言，由于除臭項目分散，數據收集難度大，甚至存在運行條件參差、數據分析困難的情況。這種情況下，即便工作經驗豐富，也會影響著技術效益的轉化結果。對此，可將物聯網技術引入生物除臭工程中，可實時分析和解決除臭設施的運行問題，消除用戶的管護盲點，并制定有效的解決措施，提供針對性的服務，便于積累工作經驗，優化系統設計[2]。

4 系統方案實施

4.1 系統架構

對于物聯網分層機構來講，從上到下可分為傳感層、傳輸層、應用層。其中，傳感層多依托傳感器，采集和感知現場數據。傳輸層經由無線、有線網絡，將采集數據傳至應用層，應用層再對收集數據進行分類和展示。同時，根據需求定義參數邊界，進行反饋和報警，達到遠程監控的效果。參照該架構，構建由傳感層、傳輸層、應用層組成的智能監控平臺[3]。此階段，先在污水廠安裝生物除臭裝置，便于實時開展數據監測、數據處理、故障報警等工作。此外，該架構按照物聯網分層進行構建，各層功能獨立，刪、改、增等操作都不會影響其他功能的運行和實現。但是，相鄰層間接口的定義要統一、通用，便于相互協調，共同完成系統功能。

4.2 數據采集系統

為有效監控除臭設施的運行現狀，需要及時采集數據信息，并設置相應的監控采集點，具體包括：①pH值。儀表為pH變送器，旨在監測循環液的pH值，當該值低于4.5時，啟動循環液后補水，或啟動報警器。②濾層阻力損失。儀表為壓差變送器，旨在監測阻力變化，當阻力接近設計值時，用噴淋沖洗。或阻力上升時，啟動報警器。③風機轉速、水泵電流等設備參數，旨在監測相應設備的運行狀態。④水箱溫度，儀表為溫度變送器，旨在監測水箱溫度，低溫時啟動加熱。⑤循環液儲箱液位，儀表為液位計，旨在監測循環液體液位，低液時補水。各裝置通過傳輸信號、通訊協議等，實時分析、采集儀表數據，共同組成數據采集系統。

4.3 通信網絡系統

一般情況下，通信網絡系統分為兩部分：第一部分，由5臺除臭設施通過網線、光纖交換機、以太網交換機等，按照行業要求，科學、合理的布線，從而組成局域網。第二部分，路由器通過無線網絡，和ADSL網絡互聯，有效傳輸數據信息。由于本項目的特殊性，現場不便接入ADSL網絡，故而選擇4G網絡。

4.4 數據監控中心

所謂數據監控中心，是由服務器、通信網絡、監控軟件組成的。遠程監控系統的功能為：采集和整理數據，監視并顯示工藝現狀，監視控制，存儲并歸檔數據。畫面包括報表、報警畫面、工藝圖等，其中工藝流程畫面包括工藝參數、工藝流程圖、儀表數據等工作現狀[4]。動態數據顯示則包括：各種模擬信號、開光信號，比如故障顯示、pH值、風機、溫度等。數據報表：可根據實際需求，制作年報表、月報表、日報表。報警功能：待設備故障或超限后，現場控制柜會發出警報，控制軟件則自動彈出故障詳圖，清晰的顯示故障現象，提供解決方案。安全功能：按照級別分級、加密，記錄操作人員的所有信息。

5 案例應用分析

5.1 天津某污水處理廠

本處理設計長36 m，寬15 m，高12 m，脫水機房內側設置了5臺脫水機，南側設置了加藥罐、輸送泵，采用機械通風、自然通風相結合的形式，南北墻都設置了軸流通風機、門窗。以往，該處理廠未設置臭氣封閉設施，使得臭氣向不同方向擴散，嚴重污染周圍環境。對此，首先，對處理廠進行了封閉處理，制造封閉的空間，限制臭氣流動，同時提供相對有序的流動通道。其次，引入了物聯網技術，通過構建數據采集系統、監控中心等，實時監控污水處理廠各設施的運行情況，尤其是除臭設施，便于及時發現運行故障，采用有效措施進行解決，提高整個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、收集系統組成，范圍包括污泥濃縮池、脫水機房等。其中，污泥脫水機房受各因素影響，導致臭氣處理效果欠佳。對此，需要結合實際進行改造。比如，將污泥料斗和臭味外溢的離心脫水機相連，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，用磁條固定機身。下層在無色透光耐力板基礎上，加用不銹鋼骨架。封閉結束后，于每臺脫水機、連接部分構建獨立的封閉空間，統一收集空間臭氣，輸至除臭塔處理[5]。另外，結合處理廠生物除臭工程的具體情況，構建集監控中心、通信網絡等于一體的物聯網系統，通過對各設施運行現狀的分析和觀察，找尋出現問題的部位和原因，例如：物聯網技術的使用后，發現一樓脫水機房H2S濃度為(1200～2000)×10-9，二樓濃度為2000×10-9以上。通過網絡調研，借鑒其他廠家的工作經驗，對除臭系統進行了改造，發現一樓H2S降至80×10-9以下，除臭效果顯著。

6 結語

生物除臭工程操作復雜，稍有不慎就會影響整個除臭效果。而物聯網技術的應用，能及時了解和跟進數據，便于及時發現除臭設施的運行問題，確保除臭設施節能、高效運行。同時，還能完整、準確地收集風量、阻力損失、污染物濃度等參數，有助于優化系統設計，分析各設施關系。本文通過分析物聯網技術的應用價值，為除臭系統的運行提供豐富經驗，日后會在遠程監控基礎上，開發移動端服務，充分發揮在除臭工作中的實用價值。