1、適用范圍或應用領域

化工園區環境監測及環境管理

2、技術簡介

1）本系統通過建設自動化、網絡化、智能化和信息化的預警體系，實現突發環境事件的及時發現、及時響應和準確預警，將顯著降低化工園區對周邊居民的健康風險和環境風險，避免或減少因突發環境事件直接或間接導致的人身和財產損失。

2） 以化工園區為整體，集中財力、物力建設重點區域風險預警、防控和應急管理體系，減少各個企業在大氣污染防控、有毒有害氣體風險預警方面的重復、低效的環保投入，可以充分發揮資金的使用效率，產生規模效益。 

3）本系統的實施將對國家重點化工園區大氣污染防控、有毒有害氣體風險預警監測網絡建設產生有力的示范效應。通過試點項目建設，探討適合不同類型園區的氣體污染在線立體防控系統建設模式。    

3、工藝路線及參數或技術原理

工業園區氣體污染在線立體防控系統主要由廠界監測微型站、揮發性有機物（VOCs）在線監測系統、排放源管理信息系統、網格化區域氣體污染監測預警系統、動態溯源分析建模和有毒有害氣體環境風險預警系統組成。 通過建設布點科學、配置完備的區域（廠界）在線監測網絡，實現對企業大氣特征污染因子、有毒有害氣體的實時在線監測與預警監管，全面掌握監測企業重點污染源的排放數據，快速捕捉污染物的異常排放行為，達到實時預警；同時結合大數據、神經網絡等方法，建立氣體污染快速決策與評估體系，定量分析工業園區對鄰近區域的污染貢獻、工廠間的污染排放貢獻比和工廠內排放源的貢獻值；并通過現代化的綜合信息技術手段，將園區風險源、危險源等數據整合在三維GIS平臺上，以實現有毒有害氣體相關的實時數據、歷史數據和對突發環境事件的應急處置等。

4、主要技術指標

工業園區氣體污染在線立體防控系統主要由廠界監測微型站、揮發性有機物（VOCs）在線監測系統、排放源管理信息系統、網格化區域氣體污染監測預警系統、動態溯源分析建模和有毒有害氣體環境風險預警系統組成。

1. 排放源管理信息系統

排放源管理信息系統依據國家規范要求，采用B/S架構，可進行六大行業排放企業基礎數據的錄入及污染物排放統計分析，對工業園區的污染源形成統一的管理，為企業實現“一企一檔”提供技術保障。本系統為環保、安全等監管部門聯合執法提供數字化監管手段，下圖給出了排放源管理信息系統的框架。

2. 網格化區域氣體污染監測預警系統 

網格化區域氣體污染監測預警系統采用單元網格管理法的方式，按照“網定格、格定則、責定人”的理念，建立“橫向到邊、縱向到底”的區域網格化監控平臺，應用、整合多項智慧環保技術，在全面掌握、分析污染源排放、氣象因素的基礎上，采用基于克里金算法模型、國際通用的大氣擴散模型（SLAB、CALPUFF和GAUSS）進行開發。實時統計各區域、監測點的排放情況及其氣象條件，來分析與推測區域內整體的排放情況。 同時，高時空分辨率的網格化氣體污染監測預警系統可實時監測區域污染物的排放情況，實現污染物擴散趨勢推算，超標排放快速預警預報等功能，并結合物聯網技術、智能采集技術、地理信息系統、動態圖表系統等先進技術，整合、共享、開發，建立全面化、精細化、信息化、智能化的區域污染源在線監測平臺，實現對控制污染源無組織排放，減少大氣污染等綜合管理，提升園區環保、安全風險管理水平，保障園區周邊人民群眾的健康安全。

3. 動態分析建模 

動態溯源分析建模以廠界監測微型站、揮發性有機物（VOCs）在線監測系統的實時監測數據和氣象數據為數據源，結合區域等大尺度氣象數據，通過國際通用的大氣擴散模型（SLAB、CALPUFF和GAUSS）分析污染源排放的污染物在大氣中的擴散規律，通過環境大數據分析技術和神經網絡算法實現污染物實時多尺度溯源。神經網絡的輸入層為環境大數據層，包括微型站監測數據，揮發性有機物（VOCs）在線監測數據，氣象數據，污染源和監測點的位置信息等，網絡輸出層為應用層，通過建立污染溯源解析模型，輸出結果為污染源的濃度，不同污染源的位置信息，以及污染源的排放貢獻比。

4. 有毒有害氣體環境風險預警系統

本系統使用先進成熟的物聯網技術、三維地理信息（GIS）技術、現代信息通訊技術以及大數據分析技術等綜合信息技術手段，將園區風險源、危險源與特征污染源數據整合在三維GIS平臺上，使用戶能在該平臺上完成對有毒有害氣體相關的實時數據、歷史數據查看和對突發環境事件的應急處置等，以建成“平戰結合、統籌兼顧”于一體的環境風險防控預警應急體系。 

5. 廠界監測微型站 

本系統設計了先進的傳感器檢測陣列技術，可實現污染源企業無組織排放監測。設備主要由氣象監測站、太陽能電池板、廠界氣體污染監測主機和監控桿四部分組成。 廠界監測微型站可實現包括常規污染物（PM2.5、PM10、NOx、CO、O3、SO2等）、特征污染物（TVOC、H2S、NH3、HCl等）以及氣象因子（溫度、濕度、風速、風向、大氣壓）的監測，監控因子可根據客戶需求進行擴展和組合，可選裝惡臭監測設備。 設備內置神經網絡、物聯網應用算法，具有智能化程度高、建設成本低、運營維護成本低的優勢。還可自由添加儀器臺數形成網格化，無數量限制。

6. 揮發性有機物（VOCs）在線監測系統  

揮發性有機物（VOCs）在線監測系統根據GC-FID分析原理，采用抽取法采樣，配置先進的氣相色譜分離技術和火焰離子檢測方法，可對園區環境空氣中的總烴（THC）、甲烷、非甲烷總烴（NMHC）、苯、甲苯、乙苯、對二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯等多種揮發性有機污染物進行在線監測。本系統可根據不同客戶的檢測需求定制，也可根據政策和法規的改變隨時增加新的內容，具有優越的擴展性。 通過樣品采集、分析獲得的監測數據可實時上傳至環保部門的監控平臺，實現污染物排放濃度的實時數據顯示，降低了環境保護監控行業氣體監測的技術要求，體現了現代氣體監測設備的安全性、可靠性和高科技性。 本系統可實現模擬圖、實時數據、折算數據、累計數據、曲線、歷史、報表等多種顯示、處理、統計及存儲、打印功能，滿足客戶的多種需求。 系統可無人值守全自動運行，可自動校正，保證長期測定的準確性。

6、技術優勢

1、“一企一檔”污染源數據管理及應用技術 

本系統根據企業填報數據可實現基于系數法的排放量核算，并且對環保設施去除率進行審核，同時為了方便檢查人員現場，創新設計了關鍵檢查點可視化導引功能。

2、多氣體網格化區域監測預警技術 

通過建設布點科學的網格化廠界監測微型站和揮發性有機物（VOCs）在線監測系統，實現園區各企業不同污染物（多種氣體）的實時在線監測，以無線傳輸的方式，把監測數據上傳至系統平臺，結合周邊大氣自動站等監測數據，建立“橫向到邊、縱向到底”的區域網格化遠程監控，并根據設定限值進行預警報警。本技術處于國內領先水平。

3、工業園區大氣污染物濃度空間分布分析技術 

本系統根據廠界監測微型站和揮發性有機物（VOCs）在線監測系統獲取的空氣中各種污染物濃度的監測數據及站點的位置信息，利用克里金算法對分析網格中的點進行插值計算，并結合GIS技術可以直觀的展示污染物的濃度空間分布，建立整個工業園區的濃度分布模型。通過實時污染物的濃度分布圖，進行大氣污染物等級劃分，并以不同的顏色展示在地圖頁面上。 本技術結合了物聯網技術、神經網絡的實時多尺度動態分析技術、地理信息系統及動態圖表等技術，實現了高時空分辨率（分鐘、50米）的網格化監測與分析，處于國內領先水平。

4、實時動態溯源技術 

污染物動態溯源分析技術指以環境受體為對象，實時分析計算各排放源對環境受體的貢獻比。本系統依據風向風速，動態獲取污染物的來源方向及重點區域，進而計算出所選受體點時間范圍內對其有影響的污染源位置、關聯企業和企業排放對受體點的濃度貢獻比，以及污染物的擴散路徑。本系統實現了實時動態溯源分析，屬于國內首創應用。

5、傳感器溫度補償及交叉干擾解算技術 

傳感器的響應系數與經緯度、溫濕度、不同氣體相關，直接應用會導致測量值出現偏差。本系統引入了經緯度、溫濕度補償算法，同時設計交叉干擾矩陣實現交叉干擾補償。本系統支持平臺校準和傳遞校準，有效提高了系統測量精度。 作為項目第一完成單位，負責項目總體技術方案設計，包括系統應用設計、算法設計、可行性研究、技術路線確定和產品定型等，并研發了傳感器溫度補償及交叉干擾解算方法、工業園區大氣污染物濃度空間分析模型建立，開發了氣體污染物動態溯源算法。解決了本項目遇到的電化學分析方法準確度不夠、無成熟的小尺度氣體擴散模型等關鍵問題。

6、廠界監測微型站功能創新設計

針對本系統要求，主要在以下方面進行創新設計：

1) 全自動控制空氣樣品進樣、零氣過濾、數據解析、結果顯示、數據遠程傳輸、后端實時監控的全過程；

2) 多種傳感器混合傳感器陣列組合，包括溫濕度傳感器、PID光離子檢測器和多種電化學傳感器；

3) 現場或遠程監控中心，通過網絡便可觀看實時及歷史監測數據；

4) 具有/GSM/GPRS/3G等遠程傳輸模式；

5) 可配套選擇裝配氣象參數儀器、自動留樣采樣系統、自動報警裝置等；

6) 開放式通訊接口，可與其他設備、軟件自由通訊集成聯動使用；

7) 自由設定安全結果值、報警值范圍。

7、揮發性有機物（VOCs）在線監測系統功能創新設計

1) 一體化設計：該系統可以自動完成從樣品抽取、樣品傳輸、樣品預處理、數據采集及處理、數據上傳等在線分析系統的全部工作，測量精度高、穩定性好、響應時間快、適用范圍廣；

2) 全程伴熱：系統從探頭采樣到分析機柜全程高溫，保證檢測數據準確可靠；

3) 優越的擴展性：系統可監測總烴、甲烷、非甲烷總烴、苯系物、惡臭等上百種揮發性有機污染物，可根據不同客戶的檢測需求定制，也可根據政策和法規的改變隨時增加新的內容，具有優越的擴展性；

4) 強大的軟件功能：全中文界面，便于使用與操作。包括模擬圖、實時數據、折算數據、累計數據、曲線、歷史、報表等多種顯示、處理、統計及存儲、打印功能，滿足客戶的多種需求；

5) 自動化及智能化：系統可實現無人值守全自動運行，儀器可自動校正，保證長期測定的準確性。

6) 遠程數據傳輸：系統可以通過設備自帶GSM無線傳輸模塊與當地監管平臺進行聯網； 遠程故障診斷：可以進行遠程故障診斷與維護，及時的對系統進行維護及維修，保證系統的高效運行 。   

7、設備組成

工業園區氣體污染在線立體防控系統主要由廠界監測微型站、揮發性有機物（VOCs）在線監測系統、排放源管理信息系統、網格化區域氣體污染監測預警系統、動態溯源分析建模和有毒有害氣體環境風險預警系統組成。    

8、工程案例

目前工業園區氣體污染在線立體防控系統已獲得北京市科委科技型中小企業促進專項基金支持，并已先后應用于上海市金山第二工業區、山東廬山化工園區、安徽安慶高新區、陜西禮泉再生資源產業園、河北定州環保局、河北安平環保局等項目，并已在全國大部分省市進行了推廣。 

上海市金山第二工業區的應用取得了非常好的效果。

為了解決園區異味氣體擾民問題，改善園區環境空氣質量，保障周邊居民生活、健康質量的提高，促進企業轉型發展，本項目對園區內重點污染企業（如強盛化工、群力化工等共37家）共布設172個廠界監測微型站點進行污染源企業無組織排放監測，同時建立排放源管理信息系統、網格化區域氣體污染監測預警系統及動態溯源及決策支持系統對園區空氣環境質量進行監管和分析決策。本項目建成后，園區投訴事件減少了70%，半年內淘汰了四家落后的企業，并引入了世界500強企業。目前已經累計接待國內各省工業園區管委會、環保局等單位超過60個，獲得了用戶和領導的一致認可。 

陜西再生資源產業園內企業

這些企業主要從事危險廢物處置、廢舊家電回收拆解再利用、再生資源加工利用等生產經營，這些企業生產過程中會產生氮氧化物、有機廢氣（芳香族類、酮類、酯 類、醇類）、SO2等廢氣，帶有嚴重的異味。盡管大部分企業在排放前已經采取了相應的治理手段，但由于技術水平、治理能力，設施投資力度等多方面的差異，園區內廢氣對周邊村莊居民（園區附近有五個村）的生活質量依然造成了影響，引起周邊村民的投訴。項目建成后，本系統及時協助園區督查企業、幫助企業及時調整生產節奏，提高生產技術能力，減少污染排放，提高園區空氣質量，減少周邊居民投訴，實現區域經濟的可持續發展。 目前本系統已累計運行300余套，創造產值5000余萬元，獲得了用戶的一致認可。