城市下水道及化粪池可燃气体监控预警系统构建分析

城市下水道及化粪池可燃气体监控预警系统构建分析

邱石庆第一作者 邹芸通讯作者

重庆市市政环卫监测中心 重庆 401121

摘要：创建城市下水道及化粪池可燃气体监控预警系统可以有效避免下水道以及化粪池气体爆炸，对现场进行数据收集且对重庆市已经出现气体爆炸事故的监测数据进行分析，通过监控预警系统可以远程监测下水道及化粪池可燃气体，保证污水管网运行稳定。

关键词：城市下水道；化粪池；可燃气体；监控预警

引言

城市下水道及化粪池可燃因为环境较为封闭，有机物以及无机物均在密封的管道中存在，因为处于厌氧条件下会分解相关有毒有害的气体，如果未进行有效管理会出现气体蓄积，当浓度达到一定程度会出现泄漏，对人们的生命安全造成严重影响。为此需要采用自动监测技术，以此提升监测的正确性，城市下水道及化粪池可燃气体监控预警系统构建可以了解下水管道中可燃气体的状态，保证在出现问题前就可以进行及时处理。

一、可燃气体浓度影响因素

下水道以及化粪池中的可燃气体主要源于：①污水或者沉积污泥分解产生的一种内源性气体，其中包含一氧化碳或者甲烷等；②外源性可燃气体，其中包含油气泄漏以及企业偷排等。分析重庆中心城区已经发生的下水道以及化粪池气体爆炸事故可知，可燃气体浓度聚集和气压变化存在一定的关系，尤其是气压降低后记忆出现爆炸事故以及报警[1]。与此同时突然增加的污水流量也会增加气体浓度，从而对底泥出现扰动，逸出气泡，将贮气空间减少。因此为了避免气体爆炸事故的出现，应对气压变化以及污水流量进行关注，并予以相应的安全措施，增强外源性可燃气体源的监管力度，避免泄漏。

二、下水道及化粪池可燃气体监控预警系统构建的必要性

因为重庆具有山地丘陵的特点，应对下水道设施进行评估以及更新，并且对于不合理的设置区域需要重新进行规划，保证排水的顺畅，将堵塞以及地漏风险减少。此外档案资料不完善，且大多数的居民以及企业缺少环境意识，例如化工厂和餐饮店等企业排污不合理，使得下水道中存在有毒气体，从而增加了下水道的重负，极易发生爆炸。与此同时重庆下水道逐渐成为了生活废水、工业废水排放通道，为此市政以及安监部门需要对其进行重点管理。

三、监控预警系统构建设计方案

监控预警系统的创建目的则是保证市政下水道以及化粪池的安全运行，对可燃沼气浓度和有关信息进行实时采集进行远程监控，基于物联网平台选择红外气体传感器以及无线传感网络，对数据输出的实时性以及稳定性进行保证。并且此系统经过气体传感器对目标气体浓度进行监测，同时将数据传输给数据处理和监控中心子系统，传感器能够将可燃气体浓度变化进行正确反映。检测气体浓度后将数据传送至监控中心系统，传输系统需要保证数据传输，使得监控中心可以及时获取正确数据[2]。并且在设计的过程中合理设计软件结构，实时监测可燃气体浓度，监控中心应及时发现异常信心，并予以警报，保证污水管网设施的安全运行。选择模块化将系统设置为气体监测和数据采集子系统、数据传输子系统以及数据处理和监控中心系统，此种设计思路有助于维护系统，将系统的稳定性以及可靠性提升。而设计预警监控系统主要包含传输网络、现场设备和监控中心，现场设备主要是对数据进行采集，传输网络的主要功能是对数据进行传输，保证监测点采集正确的数据，而监控中心者对传输网络数据进行负责接收，并予以分析和处理。

四、系统主要技术路线

（一）可燃气体检测

非分散红外（NDIR）气体分析仪在连续污染物监测系统和机动车尾气检测中应用较为广泛，并且伴随技术的完善发展NDIR气体传感器也有所发展，采用新型红外传感器和电调制光源，和低功耗嵌入式系统进行结合，对于体积、功耗以及性能等均具有一定的优势。NDIR气体传感器经过串行扩展接口，并且将气体浓度数据传输至主控单片机中，而后对数据进行压缩、编码，采用TCP/IP协议封装数据，而后数据通过串行接口被送至通用分组无线业务（GPRS）[3]。在此过程中采集模块经RS485接口和GPRS模块进行连接，保证每个GPRS模块均配以数据SIM卡。同时此模块可以定时向监控中心发送数据，监控中心可以随时呼叫现场终端，有助于在需要时接收响应数据。

（二）数据传输

传输网络能够保证监控系统中不同数据之间的交换，可以按照联网需求实现信息快速流通，现代化自动监控网络具有传输的实时性以及可靠性，能够对整改监控系统的正常运行产生影响。对于数据传输通讯协议，对应ISO/OSI定义的7层协议应用层，不同传输网络的现场机和上位机间交流，当时因为七层协议模型数据转换具有一定的复杂性，因此并未在应用中推广。GPRS技术基于现有的GSM网络可以设计出高速数据通信能力，将新网络进行优化。对于环境监测而言，可以轻松设置监测点，不会因为地域的限制。此外GPRS能够接入TCP/IP协议的外部网络，为用户提供Internet的网络服务和数据业务，使得数据传输更加便捷和高效，同时GPRS对于系统资源并未过多占用，大大提升了其工作速率，还可以满足环境监测的需求。以从技术以及成本角度出发，GPRS数据传输均属于一种理想的选择。除此之外GPRS还存在在线以及按流量收费特征，对于小流量数据监测系统来说非常适用。在系统中选择GPRS技术连接现场气体检测设备与监控中心，可以实现监测数据的自动传输至监测中心，有助于远程实施监控。

（三）监控中心和系统软件

监测系统中的主要核心为监控中心，核心功能包含系统管理控制、数据汇总、分析处理以及实时监控等。为了确保监控系统的稳定运行。监控中心必须能够持续、稳定地运行，确保在任何情况下都能对系统进行有效监控和管理，监控数据需要按照规定的数据库格式进行保存，确保数据的完整性和可追溯性，通过网络与监控现场建立通信，确保数据传输的实时性，从而实现对现场数据的快速接收、分析和处理。此外监控中心应具备对监控现场的远程控制能力，以便在必要时进行远程干预和操作，不同监控中心间能够实现联网通信和数据共享，以提升整个系统的能力。监控中心接收到现场产生的异常警报信号时能够及时进行声光和画面报警，并通过短信、电话等方式将报警内容通知工作人员，并及时选择应对措施。在此基础上中心数据库的数据应能进行共享，为其他同级系统提供开放性接口，促进信息的流通和利用。

五、技术关键和技术指标

（一）技术关键

选择感应器对下水道和化粪池中的可燃气体进行监控并予以预警，在此过程中可以选择高灵敏度可燃气体传感器对下水道和化粪池中的可燃气体浓度进行检测，如果可燃气体浓度超过预设的安全阈值时，系统会触发预警机制，并且选择只能控制技术对监测设备实施控制，通过大量实时监测数据可以创建可燃气体模型，对可燃气体浓度变化趋势进行预测，系统按照模型对结果进行预测，对采样频率、灵敏度等参数进行调整，实现高效监测。为此可以通过物联网技术将检测设备和互联网进行连接，进行数据远程传输以及管理，有关人员可以采用电脑和收集等随时查看监测数据。

（二）技术指标

监控预警系统从极寒-40摄氏度到+70摄氏度范围，说明可以在各种极端气候条件下进行工作，并且其湿度在95%以下时能够呈现良好的防潮性能。对于检测精度方面而言，误差在5%F.S，说明测量较为正确，能够对应用场景需求进行满足，并且在恶劣天气中可以确保正常工作。

结语

监控预警系统在下水道及化粪池可燃气体检测中应用具有一定的实用价值，采用传感器网络技术和先进的提起传感器检测技术等，能够对有效监测以及预警可燃气体浓度，确保城市的安全运行。

参考文献：

[1]张茜,赵瑞东,贺洁.化粪池可燃气体分析及安全运行研究[J].环境保护与循环经济,2023,43(09):52-56.

[2]周东.基于巡检机器人的城市下水道缺陷视觉检测系统[D].江西理工大学,2024.

[3]王飞宇,孙凤婷,高俊峰.铁离子价态对城市下水道活性污泥沉降性能的影响研究[J].环境科学与管理,2021,46(02):111-114.