生態(tài)環(huán)境保護中污染源自動監(jiān)測技術探討

王曉燕(河南省三門峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 三門峽 472000)

0 引言

面對我國工業(yè)制造規(guī)模擴大、污染物排放日益增多的形勢，各級生態(tài)環(huán)境監(jiān)測部門及企業(yè)需要在現(xiàn)有污染防治法律法規(guī)的基礎上，引入水質在線監(jiān)測儀、煙氣自動在線監(jiān)測儀、超聲波流量計等傳感裝置，以及利用網(wǎng)絡計算機、自動控制電路及后臺數(shù)據(jù)庫，構建起對環(huán)境空間中污染物、污染源實時監(jiān)測的數(shù)字系統(tǒng)，以此真正達到生態(tài)環(huán)境污染自動監(jiān)控與管理的目標。

1 污染源自動監(jiān)測技術在生態(tài)環(huán)境保護中重要意義

1.1 遵循水環(huán)境統(tǒng)籌治理的形勢要求

黨的“十四五”時期發(fā)展規(guī)劃，主要圍繞“水資源、水環(huán)境、水生態(tài)”三水統(tǒng)籌，進行地表水環(huán)境質量監(jiān)測、水污染防治。將污水流量在線監(jiān)測儀、COD水質在線監(jiān)測儀等傳感儀器，引入到區(qū)域水環(huán)境的統(tǒng)籌監(jiān)測、治理過程中，可以響應國家對水生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展的要求，開展污染物通量、水生生物、生態(tài)流量等數(shù)據(jù)指標的監(jiān)測，來促進水資源及生態(tài)環(huán)境的逐步凈化、提升[1]。

1.2 提高大氣污染協(xié)同治理的質量

大氣中存在著一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物等污染物，而在我國企業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉型的關鍵時期，多種大氣污染物的排放量仍舊居高不下。在這一情況下，國家提出針對京津冀、汾渭平原、長三角地區(qū)、成渝地區(qū)等污染的綜合治理方案，著重監(jiān)測空氣中的PM2.5、O3等污染物含量，來推進全國不同區(qū)域大氣污染的協(xié)同治理。而通過利用煙氣濃度在線監(jiān)測儀、煙氣壓力在線監(jiān)測儀、煙氣流速在線監(jiān)測儀、氮氧化物在線監(jiān)測儀等設備，進行不同區(qū)域化工企業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污染源監(jiān)測，可以更好地對排出污染物源頭、污染物排放量進行監(jiān)督與控制[2]。

2 污染源自動監(jiān)測技術概述

2.1 顆粒物自動監(jiān)測技術

近年來“霧霾”作為一種可見的大氣污染問題，廣泛出現(xiàn)在津京冀及周邊地區(qū)、華北及黃淮地區(qū)，而其中存在的PM2.5、PM10、二氧化硫及二氧化氮等指標，即為需要監(jiān)測的排放固定污染源。當下不同地區(qū)對生態(tài)環(huán)境中空氣污染的監(jiān)測，通常在不同站點設置顆粒物自動監(jiān)測儀，涵蓋了化工、建材、鋼鐵、火力發(fā)電、垃圾焚燒等的污染類別[3]。這一顆粒物自動監(jiān)測設備，對大氣污染的監(jiān)測方法為光散射法，其測量原理是將光源發(fā)射到大氣環(huán)境中，光線遇到不同大小的顆粒物后產(chǎn)生散射光線，并改變原有入射光線的傳播方向，使光敏器件在某一角度范圍內(nèi)，接收到不同強度的散射光，然后再由計算機將散射光信號轉換為電信號，得出確切的顆粒物濃度。

2.2 COD水質在線監(jiān)測技術

COD水質指標作為一種長期使用的污染源監(jiān)測方案，主要借助于COD在線自動監(jiān)測儀，包括可視光電系統(tǒng)、泵管、透明軟管、檢測試劑等組成部分，對受污染區(qū)域的水質作出檢測。COD在線自動監(jiān)測儀工作的基本原理為，將某一區(qū)域采集到的水樣，與硫酸銀溶液、重鉻酸鉀消解溶液、濃硫酸溶液進行充分混合，加熱到170 ℃溫度時，檢查重鉻酸離子氧化溶液的有機物顏色變化，再將分析儀檢測到的顏色變化，轉換為COD值輸出。因此，COD在線自動監(jiān)測儀選取比色法，對某一空間區(qū)域內(nèi)的水樣采樣，采樣測量范圍為30～1 000 mg/L，采樣時間30 min、采樣周期間隔10 min甚至更長，才能夠得到較為客觀準確的監(jiān)測分析結果。

3 生態(tài)環(huán)境污染源自動監(jiān)測技術的應用研究

3.1 大氣污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)的建構與應用

自20世紀80年代以來，我國在不同地區(qū)建立起了多個自動化或半自動化的大氣污染監(jiān)測儀器，隨后已經(jīng)有數(shù)百個城市建立自身的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)。而大氣污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)，通常包含網(wǎng)絡監(jiān)控計算機中心、監(jiān)測站點、質量保證實驗室、系統(tǒng)支持實驗室等組成部分，其中網(wǎng)絡監(jiān)控計算機中心為整個系統(tǒng)的心臟，主要由企業(yè)監(jiān)控指揮中心、控制柜等部分組成，其中控制柜包含工控機、氧變換器、流速變換器、定時吹掃控制系統(tǒng)的組成結構。整個大氣污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)的執(zhí)行流程為，由企業(yè)監(jiān)控指揮中心每分鐘，向不同監(jiān)控子站發(fā)出多種數(shù)據(jù)信息搜集、上傳指令，如PM2.5、PM10等可吸入顆粒物，以及SO2、NOx等數(shù)據(jù)信息，再傳輸至后臺數(shù)據(jù)庫進行差錯數(shù)據(jù)的核驗、校正，經(jīng)有線電話網(wǎng)端的調(diào)制解調(diào)器(modem)發(fā)回至企業(yè)監(jiān)控指揮中心計算機，輸出大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)報告，有疑問時令子站重發(fā)數(shù)據(jù)。而自動監(jiān)測子站是不同區(qū)域的監(jiān)測點位，通常采取多種大氣污染自動監(jiān)測儀器，進行樣品數(shù)據(jù)的連續(xù)采集、處理與分析，隨時向監(jiān)控指揮中心傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備工作狀態(tài)。在發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)大氣污染最嚴重的地點后，發(fā)出污染危險報警信號。

最后質量實驗室、系統(tǒng)支持實驗室，為整個系統(tǒng)控制、運行、監(jiān)督的工作核心，負責系統(tǒng)內(nèi)自動監(jiān)測儀器的標定、校準與審核，同時根據(jù)多種儀器設備的日常運行需求，進行故障檢修、保養(yǎng)和維護。一般系統(tǒng)支持實驗室會配備專業(yè)的測試、維修電子儀器，包括數(shù)字萬用表、頻率計、邏輯測試筆、雙蹤示波器，用于定期的故障檢和排除。

3.2 水污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)的建構與應用

水污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)是使用污水流量監(jiān)測儀、COD在線自動監(jiān)測儀等設備采集污染源排放的水樣數(shù)據(jù)，并經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸設備、在線分析儀表的處理分析，如監(jiān)測斷面的污染物定性、定量監(jiān)測，以及污染源水質變化趨勢的分析。因此，水污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)，包含現(xiàn)場自動監(jiān)控設備、通訊傳輸網(wǎng)絡、企業(yè)監(jiān)控中心平臺、環(huán)保政務網(wǎng)站等組成部分[4]。

首先，在線自動監(jiān)控系統(tǒng)安裝在企業(yè)的各污染區(qū)域的現(xiàn)場排放口，包括COD在線自動監(jiān)測儀、氨氮監(jiān)測儀、pH監(jiān)測儀、視頻監(jiān)控器、流量計等，用于每一時刻水污染物排放數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測。取水單元采用污水采樣泵，并將液位上下限開關安裝于采樣池內(nèi)，提取水樣總量大于各監(jiān)測儀器所需總量的200%。而被測水樣采集后，由COD在線自動監(jiān)測儀等設備作出監(jiān)測分析。

之后再經(jīng)由GPRS無線傳輸網(wǎng)絡，將監(jiān)測到的水污染源數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。其中通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡架構內(nèi)，包含凱立K2數(shù)據(jù)采集器、RS232/485數(shù)字接口、GPRS無線網(wǎng)絡、Web服務器等組成部分，通過TCP/IP協(xié)議、SOCKET連接方式等，自動獲取各監(jiān)控站點的動態(tài)IP地址，進行多個應用程序的遠程數(shù)據(jù)通信，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)主動上傳至網(wǎng)絡平臺。

對于不同污染源污染物類別的監(jiān)測，通常使用光度比色法，測量污染源中包含的氮氣、氨氣、銨根離子等污染物，采樣測量范圍為30～1000 mg/L、測量周期小于10 min，多次測量準確度控制在±2.5%的上下浮動范圍內(nèi)。

最后，監(jiān)控指揮中心在一定時間間隔內(nèi)，發(fā)送污染源連續(xù)監(jiān)測指令，完成對水污染狀況的實時監(jiān)控。當下不同區(qū)域通常使用環(huán)境監(jiān)測信息平臺(EMIP)，對污染源區(qū)域發(fā)回的水環(huán)境指標數(shù)據(jù)，進行自動監(jiān)測、綜合分析與報表制作。該水環(huán)境污染監(jiān)測信息系統(tǒng)支持單點登錄Single Site-On，用戶在完成身份認證、授權后，就可以對多種網(wǎng)絡自動監(jiān)控資源作出防污管理，其主要功能接口包括登錄接口、綜合水質分析、數(shù)據(jù)報表整理、站點管理、綜合水質顯示、系統(tǒng)維護等組成部分[5]。

(1)登錄接口。EMIP水環(huán)境污染自動監(jiān)測信息平臺，由管理員分配不同人員的系統(tǒng)登錄、訪問權限，用戶可以通過輸入用戶名、密碼進行登陸，登陸時會彈出相應的信息提示、報警計劃，用戶需要進行特定的訪問確認或退出。登陸進入系統(tǒng)后，可以查看以往的歷史記錄，以及當天校準儀器運轉狀況、要增加試劑、故障報警等信息。

(2)綜合水質分析。根據(jù)已經(jīng)得到的區(qū)域環(huán)境水污染自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行相關資源的手動整理、自動分析及數(shù)據(jù)庫存儲。其中在污染源綜合水質分析的過程中，通常涉及到水質現(xiàn)狀分析、污染指數(shù)分析、多指針分析、達標狀況分析，并匯編成圖形、曲線或報表。

(3)數(shù)據(jù)報表整理。通過對歷史資料、有效數(shù)據(jù)資源進行識別與整理后，生成年、月、周、日等不同時間段的報表，自動計算出各區(qū)域不同時段的水質等級、超標污染物，以及最大值、最小值、平均值等參數(shù)信息，最終以報表資料的形式作出顯示。

(4)站點管理。由系統(tǒng)管理員針對多個水污染源區(qū)域，進行站點設定、站點設備調(diào)試、設備個數(shù)增加、測量參數(shù)調(diào)整，或者查看歷史報警信息后，再制定相應的監(jiān)測計劃任務。

(5)綜合水質顯示。EMIP水環(huán)境污染自動監(jiān)測系統(tǒng)的控制面板，會針對污染源水質的綜合監(jiān)測情況，將監(jiān)測結果在網(wǎng)站、客戶端APP面板上進行顯示。

4 結語

隨著生態(tài)環(huán)境碳達峰、碳中和愿景目標的提出，我國面臨的生態(tài)治理時間更緊、困難更多，任務異常艱巨。水污染、空氣污染和土壤污染等環(huán)境現(xiàn)狀，迫使政府及相關企業(yè)必須從污染源的監(jiān)測出發(fā)。因此，通過多種污染源自動監(jiān)測技術的應用，查找出不同區(qū)域的污染源、環(huán)境污染程度，不僅可以加快生態(tài)環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)代化，同時還可以督促企業(yè)對存在的環(huán)境污染問題盡快作出改善與治理，為生態(tài)文明及美麗中國建設提供有力技術支撐。