技术特征：
1.一种地下管道废气泄漏预警与处理系统，其特征在于，包括了地下管道废气预警系统(1)、废气收集系统(2)、废气处理系统(3)三个子系统；其中地下管道废气泄漏预警系统(1)包括检查井室(1
‑
1)、排水管道(1
‑
2)、管道接缝(1
‑
3)、管道废气(1
‑
4)；废气收集系统(2)包括密封胶体(2
‑
1)、多孔吸盘(2
‑
2)、防渗阀(2
‑
3)、纵向进气管(2
‑
4)、横向进气管(2
‑
5)、单向阀(2
‑
6)、收储气囊(2
‑
7)、气压传感器(2
‑
8)、真空泵(2
‑
9)、旋转阀门(2
‑
10)；废气处理系统(3)包括气体检测仪(3
‑
1)、粗滤料层(3
‑
2)、中滤料层(3
‑
3)、细滤料层(3
‑
4)、气体检测仪(3
‑
5)、液压升降杆(3
‑
6)、承重平台(3
‑
7)、中央控制器(3
‑
8)；废气收集系统(2)位于排水管道(1
‑
2)的上方，通过纵向进气管、横向进气管联通，方便收集排水管道(1
‑
2)内产生的管道废气(1
‑
4)，废气处理系统(3)设置在废气收集系统(2)上方，通过旋转阀门(2
‑
10)贯通。2.根据权利要求1所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理系统，其特征在于，所述的收储气囊设置于排水管道上方，与排水管道之间设置了横向、纵向进气管；收储气囊上设有真空泵和气压传感器，收储气囊顶部设有旋转阀门，且与气压传感器连接。3.根据权利要求1所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理系统，其特征在于，所述的废气处理系统沿着管道废气排出的方向，由下至上依次布置粗滤料层、中滤料层、细滤料层，在粗滤料层之前、细滤料层之后均设有气体检测仪，用于检测管道废气的初始浓度c1和排放浓度c2，判定是否符合废气排放标准再进行排放。4.根据权利要求1所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理系统，其特征在于，排水管道(1
‑
2)管径为300～1000mm，管道接缝(1
‑
3)为20～30m间距，气体检测仪(1
‑
5)安装于检查井(1
‑
1)与排水管道(1
‑
2)交界上方通风处。5.根据权利要求1所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理系统，其特征在于，在排水管道(1
‑
2)上方5～10cm覆盖有多孔吸盘(2
‑
2)，以防止排水管道(1
‑
2)破损导致管道废气(1
‑
4)泄漏，管道废气(1
‑
4)通过多孔吸盘(2
‑
2)，再经过防渗阀(2
‑
3)与纵向进气管(2
‑
4)进入收储气囊(2
‑
7)，纵向进气管(2
‑
4)与横向进气管(2
‑
5)管径为10～30mm；旋转阀门(2
‑
10)与收储气囊(2
‑
7)之间采用磁力铆钉进行连接，通过磁力变化在控制阀门开闭。6.根据权利要求1所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理系统，其特征在于，粗滤料层(3
‑
2)滤料粒径d约为10～20mm，中滤料层(3
‑
3)滤料粒径d约为5～10mm，细滤料层(3
‑
4)滤料粒径d约为2～5mm。7.基于权利要求1所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理系统的地下管道废气泄漏预警与处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)地下管道废气泄漏预警系统(1)中的检查井室(1
‑
1)与排水管道(1
‑
2)产生的管道废气(1
‑
3)积累并在排水管道(1
‑
2)中挥发时，地下管道废气泄漏预警系统(1)的气体检测仪(1
‑
5)检测到实时气体浓度c0与气体流量q0，数据传输至废气处理系统(3)的中央控制器(3
‑
8)，中央控制器(3
‑
8)按式1计算判定：
注：φ
se
：单位面积典型气体(如h2s、nh3等)通量，g/m2·
h；γ：温度系数，取0.78～1.95；c0：气体检测仪(1
‑
5)检测到的典型气体浓度，取0.02～0.4，mg/l；q0：气体检测仪(1
‑
5)检测到的典型气体流量，取0l～1000l/h；j：单位面积典型气体在总气体浓度中所占比例，取0.3～0.95；t：典型气体通过的时间，取0～60s；φ：单位面积典型气体排放量，g/m2；b：单位面积典型气体排放量阈值，取0.012～0.015；当φ>0.015时，则废气收集系统(2)的真空泵(2
‑
9)开始工作，使收储气囊(2
‑
7)在地下管道废气泄漏预警系统(1)上方出现局部负压，管道废气(1
‑
4)在大气压的作用进入收储气囊(2
‑
7)；步骤2)检查井室(1
‑
1)内管道废气(1
‑
4)通过横向进气管(2
‑
5)进入收储气囊(2
‑
7)；在管道废气(1
‑
4)进入收储气囊(2
‑
7)的过程中，气压传感器(2
‑
8)对收储气囊(2
‑
7)内部气压值p进行实时监测，计算方法如式2：注：p：收储气囊(2
‑
7)内部气压值p，kpa；v：收储气囊(2
‑
7)容积，取100～1000，l；n：气体的摩尔，取0.1～100mol；r：通用气体定律常数，取0.082057atm
·
l/mol
·
k；t：环境温度，取13～50，℃；atm：标准大气压，取1atm；当气压传感器(2
‑
8)p<
‑
0.9atm，真空泵(2
‑
9)停止工作；当p>
‑
0.4atm时重新开始工作，保证p处于[
‑
0.9，
‑
0.4]atm负压；步骤3)收储气囊(2
‑
7)中的旋转阀门(2
‑
10)与收储气囊(2
‑
7)气压存在响应机制，当收储气囊(2
‑
7)气压p>
‑
0.4atm时，旋转阀门(2
‑
10)自动关闭；当p<
‑
0.9atm时，旋转阀门(2
‑
10)自动打开；其响应公式如式3；注：p：收储气囊(2
‑
7)内部气压值p，kpa；atm：标准大气压，取1atm；当旋转阀门(2
‑
10)打开后，收储气囊(2
‑
7)中的管道废气(1
‑
4)由于废气相对质量远低于空气相对分子质量，在空气动力学的作用下，管道废气(1
‑
4)通过旋转阀门(2
‑
10)进入废气处理系统(3)；废气处理系统(3)的气体检测仪(3
‑
1)对管道废气(1
‑
4)初始浓度c1进行检测，数据传输至中央处理器(3
‑
8)，管道废气(1
‑
4)由下至上依次经过粗滤料层(3
‑
2)、中滤料层(3
‑
4)、细滤料层(3
‑
5)的处理，最后通过气体检测仪(3
‑
5)对处理后的管道废气(1
‑
4)排放浓度c2进行检测，数据传输至中央处理器(3
‑
8)，经过中央处理器(3
‑
8)判定是否符合废气排放标准
再进行排放；其判定公式如式4；注：k：废气排放指数，无量纲；处理后的管道废气(1
‑
4)中h2s排放浓度，取0.01～0.29mg/m3；恶臭污染物h2s最高允许排放浓度，取0.03～0.32mg/m3；处理后的管道废气(1
‑
4)中nh3排放浓度，取0.01～0.38mg/m3；恶臭污染物nh3最高允许排放浓度，取1.0～4.0mg/m3；处理后的管道废气(1
‑
4)中ch4排放浓度，取0.01～0.35mg/m3；温室气体ch4最高允许排放浓度，取1.0～4.0mg/m3；θ：废气最高允许排放指数，取0.62～0.99；若k≤0.99，则判定处理后的管道废气(1
‑
4)达标排放；若k>0.99，则判定处理后的管道废气(1
‑
4)不达标禁止排放，同时将管道废气(1
‑
4)初始浓度c1与排放浓度c2进行对比判定，判断是否需进行更换滤料层，其判定方法如式5：注：η：废气去除率，无量纲；处理后的管道废气(1
‑
4)中h2s排放浓度，取0.01～0.29mg/m3；管道废气(1
‑
4)中h2s初始浓度，取0.5～1.0mg/m3；处理后的管道废气(1
‑
4)中nh3排放浓度，取0.01～0.38mg/m3；管道废气(1
‑
4)中nh3初始浓度，取5.0～7.0mg/m3；处理后的管道废气(1
‑
4)中ch4排放浓度，取0.01～0.35mg/m3；管道废气(1
‑
4)中ch4初始浓度，取0.7～1.2mg/m3；β：废气最不利去除率，取0.63～0.89；若η≥β，则中央处理器(3
‑
8)判定不需要进行滤料更换，增加管道废气(1
‑
4)在粗滤料层(3
‑
2)、中滤料层(3
‑
3)、细滤料层(3
‑
4)中的停留时间；若η<β，则中央处理器(3
‑
8)判定需要进行滤料更换，信号传输至液压升降杆(3
‑
6)，液压升降杆(3
‑
6)启动将承重平台(3
‑
7)抬至地面以上，更换的滤料层需运走进行无害化处理，新的滤料层由下往上依次为粗滤料层(3
‑
2)、中滤料层(3
‑
3)、细滤料层(3
‑
4)进行堆叠；步骤4)中央处理器(3
‑
8)对初始浓度c1、排放浓度c2与滤料粒径d大小进行相关性分析，公式如式6：
注：y：管道废气(1
‑
4)中排放浓度数值，取0.01～0.35mg/m3；x1：管道废气(1
‑
4)中初始浓度数值，取0.5～7.0mg/m3；x2：滤料粒径d，取2～20mm；a：管道废气(1
‑
4)中初始浓度系数，取1.3～2.1；b：滤料粒径d系数，取1.5～3.7；r
21
、r
22
：a和b的拟合度，取0.1～0.99；中央处理器根据数据判定，该区域管道废气(1
‑
4)主要类型以及对应所需滤料粒径d，针对各区域不同特点进行滤料更换与配比搭配。8.根据权利要求7所述的一种地下管道废气泄漏预警与处理方法，其特征在于，步骤(2)中，采用密封胶体(2
‑
1)对管道接缝(1
‑
3)进行包裹密封，使管道接缝(1
‑
3)处管道废气(1
‑
4)仅能通过纵向进气管(2
‑
4)进入收储气囊(2
‑
7)。
技术总结
本发明公开了一种地下管道废气泄漏预警与处理系统及方法，该系统包括地下管道废气泄漏预警系统（1）、废气收集系统（2）、废气处理系统（3）三个子系统。废气泄漏预警收集系统位于排水管道的上方，通过纵向进气管、横向进气管联通，废气处理系统设置在废气收集系统上方，通过旋转阀门贯通。地下管道系统内产生的废气通过废气收集系统内部压强控制收集地下管道系统内废气，进入废气处理系统的气体处理装置，层层吸附降解，最终使其无害化达标排放。本发明构建了地下管道废气泄漏预警、收集处理、达标排放的系统解决方案，结合空气动力学和环境工程原理，实现了精准检测、全面收集、高效处理。本发明具有预警精度高、收集效率高、处理效果好、投资运行成本低、操作管理方便。操作管理方便。操作管理方便。
技术研发人员：许明 沈晓笑 马吴成 高鹏 侯文静 尹俊丁 刘志超 薛朝霞 操家顺
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2021.08.23
技术公布日：2021/12/30