化工園區(qū)大氣監(jiān)測(cè)監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報(bào)集成技術(shù)

王建成，周衛(wèi)可，張翔，陳凱，顧建冬(1.南京大學(xué)鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院，江蘇 鹽城 224001；2.江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院水環(huán)境工程技術(shù)研究所，江蘇 鹽城 224001)

0 引言

化工行業(yè)是我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)之一，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有非常重要的地位。21世紀(jì)以來(lái)，因政策導(dǎo)向和產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)，化工園區(qū)的數(shù)目迅速增加，已成為化工行業(yè)的主戰(zhàn)場(chǎng)[1]。國(guó)務(wù)院2016年明確提出：“全面啟動(dòng)城鎮(zhèn)人口密集區(qū)和環(huán)境敏感區(qū)域的危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)搬遷入園或轉(zhuǎn)產(chǎn)關(guān)閉工作。新建化工項(xiàng)目全部進(jìn)入化工園區(qū)，形成一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型企業(yè)集團(tuán)和化工園區(qū)?！?作為一種集約化的發(fā)展模式，化工園區(qū)帶來(lái)大量經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給對(duì)環(huán)境空氣構(gòu)成一些威脅[2-3]?；@區(qū)企業(yè)聚集，廢氣排放量大且類別繁多，排放不規(guī)律，無(wú)組織排放多，如何監(jiān)管是個(gè)大難題[4-6]。除了惡臭等擾民問(wèn)題外，化工園區(qū)排放大量廢氣也會(huì)對(duì)周邊區(qū)域大氣環(huán)境造成影響，比如臭氧、光化學(xué)煙霧等的產(chǎn)生，另外還涉及周邊群眾健康風(fēng)險(xiǎn)[7-9]。

目前，化工園區(qū)周邊群眾對(duì)廢氣投訴事件頻發(fā)，政府部門整治壓力很大，管理上對(duì)于溯源現(xiàn)實(shí)需求強(qiáng)烈?，F(xiàn)有溯源分析方法在城市、大區(qū)域尺度上應(yīng)用良好，但在小區(qū)域尺度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溯源分析比較困難，研究成果少，也缺少好的應(yīng)用案例[10]?；@區(qū)廢氣監(jiān)測(cè)監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)為各化工園區(qū)提供了一個(gè)很好的廢氣整體管控方案。該技術(shù)在化工園區(qū)大氣特征污染物篩選、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位優(yōu)選、污染溯源、預(yù)警預(yù)報(bào)等方面進(jìn)行集成研究，指導(dǎo)化工園區(qū)大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，提升大氣環(huán)境監(jiān)控預(yù)警整體水平與能力。

1 技術(shù)路線

建立化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，是降低化工園區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，遏制環(huán)境污染事故發(fā)生，保護(hù)生態(tài)環(huán)境安全的重要措施?；@區(qū)大氣監(jiān)測(cè)監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報(bào)集成技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新在于集成大氣污染物監(jiān)測(cè)監(jiān)控預(yù)警-排放溯源-應(yīng)急響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)特征因子篩選、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、監(jiān)控平臺(tái)搭建、污染動(dòng)態(tài)溯源、有效預(yù)警預(yù)報(bào)等手段，建立化工園區(qū)全過(guò)程大氣監(jiān)管體系(如圖1所示)，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理提升、企業(yè)整治提升、空氣質(zhì)量提升。

圖1 化工園區(qū)大氣監(jiān)測(cè)監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報(bào)集成技術(shù)框圖

2 技術(shù)內(nèi)容

2.1 監(jiān)控指標(biāo)篩選

該技術(shù)全面梳理園區(qū)內(nèi)化工企業(yè)生產(chǎn)工藝、原輔料類別，掌握各企業(yè)產(chǎn)排污環(huán)節(jié)，識(shí)別片區(qū)存在的大氣環(huán)境高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)及其排放特征，確立重點(diǎn)關(guān)注污染源的有組織及無(wú)組織排放特征污染物因子。根據(jù)大氣污染物排放量、檢出率、毒性、嗅閾值、光化學(xué)活性等指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)施監(jiān)測(cè)與控制的必要技術(shù)條件，建立篩選特征污染物方法。同時(shí)將化工園區(qū)內(nèi)已造成嚴(yán)重污染、嗅閾值較低、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大的大氣污染物篩選為特征污染物。

管理者可以根據(jù)污染物種類、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)能力等實(shí)際情況，有序推進(jìn)治理措施實(shí)施。在針對(duì)特定污染源監(jiān)測(cè)時(shí)，優(yōu)先監(jiān)控其排放的主要污染物，在園區(qū)邊界和周邊敏感保護(hù)目標(biāo)監(jiān)控時(shí)，優(yōu)先監(jiān)控園區(qū)的特征污染物。

2.2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

構(gòu)建“點(diǎn)、線、面、域”多級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇需綜合考慮園區(qū)地形地貌、氣象條件等自然特征，以及園區(qū)內(nèi)企業(yè)的類型、規(guī)模、工藝技術(shù)及排放控制手段等多種因素[11]。通過(guò)模式模擬計(jì)算污染物擴(kuò)散、遷移及轉(zhuǎn)化規(guī)律，預(yù)測(cè)污染分布狀況，進(jìn)而尋找合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位?；趫@區(qū)優(yōu)先管控大氣特征污染物，選用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的相關(guān)儀器和設(shè)備開(kāi)展監(jiān)測(cè)，并結(jié)合區(qū)域污染狀況考慮建站條件[12]。根據(jù)污染排放情況、污染路徑、敏感目標(biāo)，合理優(yōu)化布局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位，后期根據(jù)園區(qū)環(huán)境管理工作需要以及園區(qū)發(fā)展實(shí)際情況可做動(dòng)態(tài)調(diào)整。

在固定點(diǎn)布設(shè)的基礎(chǔ)上還可以通過(guò)增加移動(dòng)監(jiān)測(cè)站來(lái)提升監(jiān)測(cè)監(jiān)控能力。在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，移動(dòng)站點(diǎn)則作為應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備，移動(dòng)至事發(fā)地點(diǎn)，實(shí)施應(yīng)急監(jiān)測(cè)。

2.3 監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)

建立環(huán)境信監(jiān)控共享平臺(tái)，將模型分析結(jié)果、統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果、數(shù)據(jù)審核結(jié)果、超標(biāo)事件分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果、儀器運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及時(shí)共享給相關(guān)業(yè)務(wù)部門，通過(guò)系統(tǒng)采集其他部門的數(shù)據(jù)，包括氣象數(shù)據(jù)、污染源一廠一檔數(shù)據(jù)、居民投訴信息、現(xiàn)場(chǎng)處置信息反饋等。通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)“一張圖”功能，直觀展示目前園區(qū)存在的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、排污單元、周邊環(huán)境以及污染物分布等信息。

對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、匯總，建立環(huán)境數(shù)據(jù)分析儲(chǔ)庫(kù)，對(duì)匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行清理、分類、分析，例如結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地理信息、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，污染趨勢(shì)分析[13]。利用大數(shù)據(jù)挖掘手段找出各園區(qū)污染特征以及潛在關(guān)聯(lián)，形成區(qū)域污染特征屬性，提供環(huán)境污染綜合治理決策依據(jù)。

2.4 污染動(dòng)態(tài)溯源

當(dāng)園區(qū)內(nèi)空氣質(zhì)量自動(dòng)站監(jiān)測(cè)到因子超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)溯源功能，根據(jù)園區(qū)內(nèi)的空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行散點(diǎn)圖初步溯源，再通過(guò)模型進(jìn)一步縮小溯源范圍。利用污染源追蹤技術(shù)先將站點(diǎn)監(jiān)測(cè)組分聚類或主成分分析，然后與污染源指紋譜進(jìn)行相關(guān)性分析，進(jìn)一步鎖定疑似源。結(jié)合氣象條件，快速調(diào)取周邊污染源檔案，分析周邊企業(yè)的原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品，排查污染來(lái)源。

隨著新的科技手段不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，鼓勵(lì)創(chuàng)新利用走航監(jiān)測(cè)等先進(jìn)手段進(jìn)行污染定位[14-15]，輔助人工現(xiàn)場(chǎng)排查，最終鎖定污染源。找到問(wèn)題源頭后，要在監(jiān)控平臺(tái)對(duì)相關(guān)事件建檔立冊(cè)，輔助執(zhí)法和管理，并限期督促整改。

2.5 預(yù)警預(yù)報(bào)機(jī)制

積極的預(yù)警預(yù)報(bào)機(jī)制，有利于園區(qū)對(duì)于污染事件提前開(kāi)始有效預(yù)防，化被動(dòng)為主動(dòng)，化解環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)警預(yù)報(bào)的前提是對(duì)于污染物分布情況的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。根據(jù)源排放特征、氣象、地形等因素，運(yùn)用大氣污染擴(kuò)散模型，如：AERMOD、WRF/CALPUFF等[16]，模擬污染物濃度分布特點(diǎn)，建立特定源強(qiáng)排放、氣象等條件下區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)污染物濃度分布特點(diǎn)及規(guī)律，形成原始情景案例庫(kù)。通過(guò)要素(氣象、工況等)和歷史情景的匹配度來(lái)進(jìn)行篩選，以最高接近度情形為依據(jù)，判斷大氣污染排放和分布情況，實(shí)現(xiàn)特征污染物未來(lái)分布預(yù)測(cè)。

對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量等進(jìn)行1 h、12 h、48 h、168 h實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)分析，并顯示污染氣團(tuán)擴(kuò)散趨勢(shì)及影響范圍、強(qiáng)度?？梢罁?jù)園區(qū)產(chǎn)業(yè)布局、企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)源產(chǎn)生及分布特點(diǎn)、園區(qū)所在地理位置、地形地貌、氣象條件、周邊敏感目標(biāo)屬性和分布特點(diǎn)及被監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)因子的物化性質(zhì)、毒性、易燃易爆性、職業(yè)衛(wèi)生接觸限值、環(huán)境質(zhì)量排放限值等關(guān)鍵因素進(jìn)行論證并對(duì)污染因子設(shè)置對(duì)應(yīng)的預(yù)警閾值。將預(yù)警信號(hào)劃分級(jí)別，建立分級(jí)響應(yīng)機(jī)制，一定情形下提前發(fā)出預(yù)警信息，積極及時(shí)處置。此外，還可以根據(jù)減排目標(biāo)，指導(dǎo)園區(qū)提前采取產(chǎn)能調(diào)整等預(yù)防應(yīng)急措施，化解可能出現(xiàn)的不利環(huán)境事件。

3 結(jié)語(yǔ)

化工園區(qū)廢氣問(wèn)題多、管控難度大，在加強(qiáng)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溯源和預(yù)報(bào)，是實(shí)現(xiàn)有效防控的重要前提?；@區(qū)大氣監(jiān)測(cè)監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報(bào)集成技術(shù)聚焦于小尺度集中排放區(qū)的廢氣精準(zhǔn)防治，通過(guò)集成污染監(jiān)控、溯源排查、預(yù)警預(yù)報(bào)等先進(jìn)手段，促進(jìn)企業(yè)廢氣治理、達(dá)標(biāo)排放，改善園區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量。該技術(shù)緊扣當(dāng)前化工園區(qū)污染防治迫切需求，應(yīng)用前景廣泛。