深圳市生活垃圾處理設(shè)施惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

張旭東 夏旭彬

(深圳市環(huán)境監(jiān)測中心站，深圳 518049)

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的高速增長，人口的增加，城市生活垃圾的排放量不斷增多，國內(nèi)不少城市已面臨垃圾圍城的窘境。2014年深圳全市生活垃圾產(chǎn)生量超過1.5萬噸/日，全市垃圾處理設(shè)施處理量已趨于飽和。由于生活垃圾處理設(shè)施與居民住宅之間缺乏足夠的防護間距，由此帶來的惡臭污染問題也日益突出。自2008年以來，全市環(huán)保部門每年接到垃圾處理設(shè)施惡臭污染的投訴都達600宗以上，占環(huán)保信訪總量的40%以上。生活垃圾處理設(shè)施惡臭污染已成為當前環(huán)保投訴的熱點，并引發(fā)了群體性事件。由于惡臭污染物排放和擴散的間歇性、不確定性和復(fù)雜性等，又導(dǎo)致了環(huán)保部門的取證難、執(zhí)法難?，F(xiàn)行的惡臭監(jiān)測分析方法存在時效性差，效率低下，分析結(jié)果易受主觀因素影響，且測定過程不易進行質(zhì)量控制等。為此，迫切需要建立實時的、高效的惡臭污染在線監(jiān)測系統(tǒng)，對惡臭污染物的排放情況進行24小時連續(xù)監(jiān)控。

2 惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

目前，我國在污染源(廢氣、廢水)在線監(jiān)測方面已經(jīng)形成“在線監(jiān)測儀器+數(shù)采儀+中心平臺”的監(jiān)控模式［1］。深圳市生活垃圾處理設(shè)施惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)參照該監(jiān)控模式構(gòu)建，系統(tǒng)主要由惡臭現(xiàn)場監(jiān)測子站(內(nèi)含各種在線監(jiān)測儀器)、監(jiān)控平臺管理系統(tǒng)兩大部分組成。

2.1 惡臭現(xiàn)場監(jiān)測子站

惡臭現(xiàn)場監(jiān)測子站是惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成部分，子站由采樣預(yù)處理單元、樣品分析及校準單元(硫化氫、氨、TVOCS、惡臭指數(shù)儀等分析儀器、動態(tài)校準儀)、參數(shù)測定單元(溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)測定儀)、控制單元、數(shù)據(jù)采集處理與傳輸單元、標氣、儀器柜、系統(tǒng)軟件、空調(diào)系統(tǒng)等組成，其中采樣預(yù)處理單元、樣品分析及校準單元和參數(shù)測定單元為子站系統(tǒng)的首要部件。惡臭現(xiàn)場監(jiān)測子站基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.1 采樣預(yù)處理單元

采樣預(yù)處理單元主要負責(zé)對惡臭氣體在進行預(yù)處理和定時定量采集。有組織排放的惡臭污染源氣體中，污染物組分復(fù)雜，氣體含濕量大，往往含有大量的顆粒物和水分，為保證采樣泵和傳感器的正常工作，在采樣泵前端必須配備高效除塵和除濕等前處理裝置。除塵裝置一般由膜過濾器構(gòu)成，用于有組織排放監(jiān)測的濾膜一般1個月更換一次，用于惡臭無組織排放和環(huán)境空氣監(jiān)測的濾膜一般2～3個月更換一次。有組織排放惡臭氣體的除濕裝置一般采用較大功率的電子冷凝除水器，確保除水效果。用于監(jiān)測高濃度惡臭源的儀器在氣體經(jīng)除濕除塵后進入傳感器之前還必須配備樣品稀釋裝置。氣體采樣泵運轉(zhuǎn)過程中不能產(chǎn)生任何異味，在內(nèi)置微流控芯片單片機操作系統(tǒng)的控制下，具有精確控制氣體流量和采樣時間的功能。

2.1.2 樣品分析及校準單元

氣體樣品分析單元通常包含臭氣濃度、氨、硫化氫和VOCS等各類臭氣污染物測定儀器。綜合我國惡臭污染物排放的國家標準、國外控制的惡臭物質(zhì)以及對垃圾處理設(shè)施污染物的調(diào)研，臭氣濃度測定儀主要針對含硫化合物、VOCS化合物、含氮化合物等3類共20余種物質(zhì)，安裝有不同類型和數(shù)量的傳感器，主要負責(zé)對臭氣樣品中不同組分產(chǎn)生響應(yīng)分析。不同廠家配有的傳感器數(shù)量和類型都不相同，主要有金屬氧化物傳感器、電化學(xué)傳感器、光離子化傳感器等。最常用的是金屬氧化物傳感器，具有靈敏度高、重復(fù)性好、使用壽命長等特點。對惡臭氣體中的硫化氫、氨和TVOCs分別采用脈沖紫外光度法、化學(xué)發(fā)光法和氣相色譜法測定其含量。

各類惡臭污染物測定儀器具有定時自動校準功能，配備零氣發(fā)生器、動態(tài)校準儀等。此外，為了保證傳感器的長期穩(wěn)定性和靈敏度，其傳感器倉必須保持恒溫恒濕的環(huán)境，配有控制溫度、濕度傳感器和干燥、散熱裝置。

2.1.3 參數(shù)測定單元

惡臭污染物的擴散和傳輸與氣象條件息息相關(guān)，為實現(xiàn)對惡臭污染物的擴散趨勢和規(guī)律的分析，在采樣的同時還必須同步進行相關(guān)氣象參數(shù)的測定。針對惡臭污染物的無組織排放和有組織排放的不同特點，無組織排放的氣象參數(shù)測定包括氣溫、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速和濕度，有組織排放的除進行以上氣象參數(shù)測定外，還應(yīng)包括排氣溫度、含濕量、排氣量等參數(shù)的測定。惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)子站分析儀器及其監(jiān)測方法見表1。

2.2 監(jiān)控平臺與信息管理系統(tǒng)

系統(tǒng)監(jiān)控平臺與信息管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層、管理平臺層和應(yīng)用表現(xiàn)層構(gòu)成［2］。系統(tǒng)的功能模塊包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、超標報警、反控功能、系統(tǒng)設(shè)置等。數(shù)據(jù)傳輸主要是為子站向監(jiān)控中心平臺傳輸數(shù)據(jù)而設(shè)計，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型包括子站在線監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件建立數(shù)據(jù)接收情況一覽表，查詢選定時間段子站用戶的數(shù)據(jù)上報，預(yù)覽上報數(shù)據(jù)的內(nèi)容，對數(shù)據(jù)進行有效性檢驗，校驗通過后，將數(shù)據(jù)接收入庫。系統(tǒng)自動根據(jù)子站傳輸?shù)膼撼魵怏w在線監(jiān)測的硫化氫、氨、TVOCS、復(fù)合惡臭指數(shù)實現(xiàn)計算功能和對環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)測的統(tǒng)計和分析。系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)展示(展示方式包括圖形、表格和地圖)、數(shù)據(jù)查詢(包括實時數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、周數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、季度、半年、全年數(shù)據(jù)查詢和顯示)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析(包括各種指標的對比、污染物分析等)。同時可對查詢數(shù)據(jù)可以選擇指標項生成統(tǒng)計圖。

表1 惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)子站分析儀器及其監(jiān)測方法表

系統(tǒng)還提供對污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)的靈活的分析評價功能。針對環(huán)境管理對數(shù)據(jù)的不同需求、不同的分析評價方法，可以靈活選擇參與評價的環(huán)境監(jiān)測點位、項目、監(jiān)測時段、評價標準等，根據(jù)分析出的結(jié)果預(yù)測該區(qū)域的今后某個時間長度內(nèi)污染的趨勢。管理部門可根據(jù)該地區(qū)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對照居民投訴信訪案件數(shù)量的對應(yīng)關(guān)系，作進一步的驗證和預(yù)報預(yù)警分析。對照分析2014年深圳XX環(huán)境園惡臭在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與周邊居民投訴案件數(shù)量對應(yīng)關(guān)系表，從該表中可看出該片區(qū)惡臭污染物的濃度與同期居民的投訴案件數(shù)呈正相關(guān)。

表2 2014年深圳XX環(huán)境園惡臭在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與周邊居民投訴案件數(shù)量對應(yīng)關(guān)系表

3 當前惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)存在問題

3.1 無國家標準監(jiān)測分析方法，缺乏規(guī)范的質(zhì)控管理體系

《空氣質(zhì)量惡臭的測定三點比較式臭袋法》(GB/T 14675－93)實施20多年來，依然是目前我國惡臭監(jiān)測方面的唯一可依據(jù)的標準，尚無對惡臭在線監(jiān)測的儀器和方法的規(guī)定和發(fā)布使用標準。對于環(huán)保系統(tǒng)執(zhí)法部門來說，惡臭在線儀器取得的監(jiān)測結(jié)果只能作為環(huán)境管理的參考，監(jiān)測數(shù)據(jù)不具有法律效力，不能作為執(zhí)法的依據(jù)。這在很大程度上制約了惡臭在線監(jiān)測儀器的使用和推廣。此外，由于目前惡臭在線監(jiān)測儀器本身缺乏規(guī)范的質(zhì)控管理體系，監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性、可靠性有效性還需進一步的驗證和比對。

3.2 儀器種類和型號較少，監(jiān)測因子還需進一步拓展

惡臭在線監(jiān)測作為一種新興的監(jiān)測技術(shù)和方法，還處于試點使用階段。目前，儀器種類和型號較少，主要以國外進口儀器為主，國產(chǎn)儀器鮮有問世，可供用戶選擇和比較的產(chǎn)品不多。作為儀器核心部件的惡臭氣體傳感器的種類尚未全面覆蓋各類型的惡臭污染物因子，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)與人的嗅覺感官可能存在一定的偏差，同時還存在儀器設(shè)備使用成本偏高，保養(yǎng)和維護等售后服務(wù)不足等問題。此外，儀器設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性尚未得到充分驗證。

3.3 儀器監(jiān)測過程會使少數(shù)樣品發(fā)生“失真”，標準曲線會產(chǎn)生偏移

惡臭污染監(jiān)測數(shù)據(jù)要求具有真實性和代表性，在惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)中，惡臭氣體進入儀器傳感器之前需進行除塵、除水的步驟，如從有組織排放口采樣分析時，還需要經(jīng)過稀釋的過程，氣體的成分雖然沒有發(fā)生大的變化，但是經(jīng)過處理后的氣體氣味可能會發(fā)生微小的變化，對于模仿人的嗅覺原理工作的儀器來說，樣品的“真實性”也就發(fā)生變化［3］。此外，由于儀器傳感器在長時間內(nèi)連續(xù)不間斷工作，靈敏度會產(chǎn)生一定鈍化和偏差，這種靈敏度的偏差不易被發(fā)現(xiàn)，致使標準曲線會產(chǎn)生偏移，對監(jiān)測數(shù)據(jù)造成一定的誤差。

3.4 監(jiān)測點位的選取需經(jīng)科學(xué)論證

眾所周知，惡臭手工監(jiān)測特別是惡臭的無組織排放監(jiān)測，極易受周邊其它污染源氣體的干擾和影響，造成監(jiān)測結(jié)果的偏差。對于無組織排放源的惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)而言同樣受此影響。同時由于監(jiān)測點位相對固定，監(jiān)測子站的位置選擇更需經(jīng)過全面調(diào)查，科學(xué)論證，必須根據(jù)污染源所處的周邊環(huán)境、地形、地貌及常年主導(dǎo)風(fēng)向等實際情況，監(jiān)測點位應(yīng)盡可能避開周邊工業(yè)源、生活源和機動車尾氣等干擾氣味的影響。

3.5 系統(tǒng)輸出和軟件功能需進一步完善

由于惡臭污染物的產(chǎn)生、耦合、傳輸與擴散機理復(fù)雜，特別是面源與點源并存的情況下，會產(chǎn)生污染物排放疊加效應(yīng)。目前惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺軟件用戶輸出界面功能大多只限于各監(jiān)測項目監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出、報警和一定時間內(nèi)的趨勢變化曲線等指標，缺乏惡臭污染物各組分的量化擴散效果的影響范圍評估，未建立結(jié)合當?shù)氐匦蔚膶崟r擴散模型，未能將儀器分析數(shù)據(jù)和周邊受影響居民的感覺進行比對和擬合。

4 結(jié)語

惡臭在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對臭氣污染源的24小時不間斷監(jiān)控，同時對臭氣濃度、硫化氫、氨和TVOC四個項目進行監(jiān)測，特別是臭氣濃度提供了與三點式比較式臭袋法相吻合的惡臭監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可進行一定范圍內(nèi)的惡臭污染物擴散預(yù)測和監(jiān)控全自動的監(jiān)測系統(tǒng)，對實時掌握監(jiān)控地點的惡臭污染物的排放狀況、預(yù)測監(jiān)控地點惡臭排放的規(guī)律、監(jiān)控地點實時報警，促進惡臭污染源的有效治理起到很好的作用。但目前其推廣使用存在技術(shù)、資金和和法規(guī)等方面的局限性和制約，需要更好的技術(shù)改進、資金支持和政策引導(dǎo)，使其在惡臭污染治理方面發(fā)揮積極的作用。

［1］于旭耀，等.惡臭自動在線監(jiān)控體系設(shè)計與實現(xiàn)［J］.安全與環(huán)境學(xué)報，2013，13(6)：152－157.

［2］余輝，等：區(qū)域惡臭在線監(jiān)控平臺設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機應(yīng)用，2013，33(7)：2071－2073，2077.

［3］許建光，等：在線惡臭電子鼻在臭氣濃度監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，：2012，31(6)：127－130.

［4］李慶瑞.實行最嚴密的環(huán)境法治為生態(tài)文明建設(shè)提供保障［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(2)：5－6.

［5］夏光.建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明制度體系［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(2)：9－11.

［6］周珂.生態(tài)文明建設(shè)與環(huán)境法制理念更新［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(2)：72－74.

［7］羅麗.論生態(tài)文明理念指導(dǎo)下的環(huán)境法體系的完善［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(2)：75－78.

［8］楊朝霞.破解生態(tài)文明法制建設(shè)的五大瓶頸問題［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(2)：82－85.