溯源決策系統(tǒng)在大氣污染物應(yīng)急管理中的應(yīng)用

楊 蕾

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)

近年來，空氣質(zhì)量已成為政府和公眾普遍關(guān)注的問題。根據(jù)國家環(huán)境保護部2017年4月公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在民眾投訴的環(huán)保問題中，大氣污染問題占了五成左右。因此，在企業(yè)環(huán)境保護管理工作中，大氣污染物的應(yīng)急管理是否有效，在某種程度上決定了一個企業(yè)的發(fā)展速度，對企業(yè)來說具有重大的意義。大氣污染物應(yīng)急管理主要包括大氣污染物報警溯源和異常排放應(yīng)急響應(yīng)，但長期以來，該項工作一直是環(huán)境保護工作中的難題。傳統(tǒng)的工作方法是人工現(xiàn)場檢測排查后，再由人工分析判斷，存在響應(yīng)速度慢、判斷準確性差等問題。文章所構(gòu)建的溯源決策系統(tǒng)主要是將自動化、信息化和智能化手段引入大氣污染物應(yīng)急管理工作中，從而提高響應(yīng)速度和準確性，提升大氣污染物應(yīng)急管理的工作水平。

1 溯源決策系統(tǒng)的構(gòu)建框架

溯源決策系統(tǒng)引入自動監(jiān)控系統(tǒng)替代部分人工現(xiàn)場檢測，自動采集各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、廢氣自動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、移動式檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)和實驗室分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器，安裝在客戶端的智能軟件可按照命令自動或手動進行模型計算，實現(xiàn)環(huán)保地圖、預警/報警、污染物溯源和應(yīng)急響應(yīng)4個功能(見圖1)。

圖1 溯源決策系統(tǒng)的構(gòu)建框架

2 溯源決策系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

溯源決策系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。在大氣污染物應(yīng)急管理工作中，通常大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)是通過人工到現(xiàn)場使用移動式檢測儀進行檢測，或采樣后送至實驗室分析。但這兩種方法都存在非實時連續(xù)檢測、響應(yīng)速度慢的問題，實驗室分析樣品還存在樣品在轉(zhuǎn)移過程中變化的問題。氣象數(shù)據(jù)通常是由人工現(xiàn)場觀察判斷風向和風速，不夠科學。

文章所介紹的系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取是將傳統(tǒng)方法進行了升級優(yōu)化，數(shù)據(jù)主要來自空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)、廢氣自動監(jiān)控系統(tǒng)、移動式檢測系統(tǒng)和實驗室分析系統(tǒng)，分別用于檢測有組織污染源排放、無組織污染源泄露及區(qū)域環(huán)境空氣，內(nèi)容包括揮發(fā)性有機物、無機污染物和氣象數(shù)據(jù)3部分。

2.1.1 空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)

空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)用于定點檢測環(huán)境空氣，但由于環(huán)境空氣檢測較為復雜，通常根據(jù)區(qū)域大小和具體現(xiàn)場裝置分布情況進行設(shè)計，實現(xiàn)整個區(qū)域環(huán)境全覆蓋的監(jiān)測，一般是少量的以氣相色譜儀為主的大氣自動站和較多的傳感器電子鼻相結(jié)合的布局，實時監(jiān)測空氣特征污染物和氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳自動輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器[1]。

2.1.2 廢氣自動監(jiān)控系統(tǒng)

廢氣自動監(jiān)控系統(tǒng)用于有組織污染源測定，定點安裝在污染物排放口，一般監(jiān)測因子有非甲烷總烴、苯系物、SO2和氮氧化物等，數(shù)據(jù)通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)自動傳輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器[2]。

2.1.3 移動式檢測系統(tǒng)

移動式檢測系統(tǒng)用于檢測無組織污染源泄露和環(huán)境空氣，常用的有移動監(jiān)測車、PID傳感器便攜式檢測儀[3]等，可根據(jù)現(xiàn)場溯源需要進行移動監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)自動傳輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器。

2.1.4 實驗室分析系統(tǒng)

對于一些現(xiàn)場無法檢測的污染物因子，需要采用人工采樣后送至實驗室分析，實驗室分析數(shù)據(jù)由人工錄入LIMS，通過有線網(wǎng)絡(luò)自動傳輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器。

2.2 軟件平臺

本系統(tǒng)所使用的軟件平臺為美國SaferSystems公司的SAFER RT軟件，是結(jié)合多種氣象模式的算法，以中尺度氣象模式為基礎(chǔ)研發(fā)出一種新型通用尺度氣象模式，利用此模型來進行預測仿真。該軟件以地理信息系統(tǒng)作為基礎(chǔ)來進行操作和展示，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合軟件自帶國際通用化學品數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對大氣污染物的應(yīng)急管理。

SAFER RT軟件包含普通化學品庫，可以選擇已有的化學品或者創(chuàng)建新的單組分化學品和定義多組分液態(tài)及氣態(tài)化學品。本系統(tǒng)根據(jù)空氣污染自動監(jiān)控系中涉及的78種揮發(fā)性有機物因子和7種無機物因子進行創(chuàng)建化學品數(shù)據(jù)庫。

SAFER RT軟件具有污染源高級反算和污染源定位功能。污染源高級反算功能是以污染源為源的模型來計算某種污染物時間和空間分布，即通過有組織污染源排放或者無組織污染源泄露的檢測數(shù)據(jù)，計算在特定氣象條件下其對大氣環(huán)境造成的影響。污染源定位功能是以環(huán)境污染區(qū)域為受體模型來反算某種污染物的來源定位，即通過至少2個在污染區(qū)域的環(huán)境空氣檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)計算出可能的污染源位置。另外，軟件可以利用不同空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)，包括風速、風向、溫度、濕度、氣壓和輻射數(shù)據(jù)，進行自動優(yōu)化各站點對模型計算的影響度。

3 溯源決策系統(tǒng)的功能

根據(jù)大氣污染物應(yīng)急管理工作的需求，溯源決策系統(tǒng)實現(xiàn)的功能應(yīng)用有環(huán)保地圖、預警/報警、污染物溯源和應(yīng)急響應(yīng)。

3.1 環(huán)保地圖

溯源決策系統(tǒng)的展示畫面以地理信息系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，可展示整個廠區(qū)裝置分布情況，所有關(guān)注裝置的平面布置圖、空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)、廢氣自動監(jiān)控系統(tǒng)、移動式檢測系統(tǒng)和實驗室分析系統(tǒng)的監(jiān)測點位和監(jiān)測數(shù)據(jù)；可進行實時、歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢及回溯，繪制環(huán)保數(shù)據(jù)曲線圖，以及動態(tài)回溯監(jiān)控狀態(tài)等，讓環(huán)保管理人員能夠全面有效掌握整個廠區(qū)的空氣環(huán)境情況和大氣污染物排放情況。

3.2 預警/報警功能

環(huán)保地圖上的每一個可采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)都可以實現(xiàn)實時預警/報警，設(shè)置統(tǒng)計功能可顯示該區(qū)域的環(huán)保在線儀報警統(tǒng)計信息。當預警/報警發(fā)生時,實現(xiàn)將事件推送到地圖上報警閃爍、或通過短信推送、郵件推送等多種形式的信息推送，保證各級管理人員能在第一時間獲取有效信息，改變原有定期登錄頁面查看數(shù)據(jù)的工作模式。尤其是預警功能，實現(xiàn)了管理端口前移，將事后管理變?yōu)槭虑肮芾怼?/p>

3.3 大氣污染物報警溯源

污染物溯源是大氣污染物應(yīng)急管理工作的一項重要內(nèi)容。當發(fā)生某種污染物報警時，根據(jù)不同污染源使用開展工作，一般會涉及到2種情況：(1)區(qū)域污染源情況較為明確時，采集污染源的檢測數(shù)據(jù)，利用軟件將檢測數(shù)據(jù)結(jié)合報警時段的氣象數(shù)據(jù)，通過高級反算功能，計算出不同污染源的影響范圍，再對照報警點信息，推斷造成報警的疑似污染源，可能是1個，也可能是多個污染源疊加；(2)區(qū)域污染源情況較復雜時，采集至少2個環(huán)境空氣檢測數(shù)據(jù)，利用軟件將檢測數(shù)據(jù)結(jié)合報警時段的氣象數(shù)據(jù)，通過污染源定位功能，計算出可疑污染源定位范圍，再在該范圍排查污染源進行檢測，將所檢測的污染源數(shù)據(jù)通過高級反算功能計算影響范圍，并對照報警點信息，如能匹配，則溯源成功，若不能匹配，則重新進行該流程，選擇新的環(huán)境空氣點進行檢測再計算。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)

大氣污染物應(yīng)急管理中另一項重要工作是應(yīng)急響應(yīng)，管理人員使用溯源決策系統(tǒng)進行污染物異常排放的影響范圍預測。在系統(tǒng)的快速啟動頁上，可以點擊任意位置查看風道，了解污染源的釋放范圍或受影響范圍，在應(yīng)急響應(yīng)時，可根據(jù)風道覆蓋的裝置，合理指揮應(yīng)急監(jiān)測人員到達檢測位置。系統(tǒng)會結(jié)合當前氣象條件，得出分析預測的報告(2 h內(nèi)擴散的范圍、羽流、濃度等信息)，為決策者指揮協(xié)調(diào)各級人員提供科學依據(jù)。

4 溯源決策系統(tǒng)的應(yīng)用案例

2017年8月5日16∶30，溯源決策系統(tǒng)的環(huán)保地圖顯示預警，空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)中苯數(shù)據(jù)開始升高,立即使用溯源決策系統(tǒng)啟動污染物溯源工作，具體如下：

(1)現(xiàn)場排查人員使用PID傳感器的苯便攜式檢測儀，在空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)上風向進行多點監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至溯源決策系統(tǒng)中，再使用溯源軟件的染源定位功能，計算出可疑污染源定位范圍；

(2)在可疑污染源定位范圍內(nèi)進行排查，發(fā)現(xiàn)一涂料印刷廠較可疑，該廠有一個15 m高的廢氣排放口，對該廢氣排放口進行人工采樣，分析苯濃度；

(3)將手工采樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)和煙囪排口的基本數(shù)據(jù)，錄入溯源軟件中，計算該煙囪排放的苯的影響范圍；

(4)將溯源軟件計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)相比對，確定本次空氣自動監(jiān)控系統(tǒng)中苯升高的源為該涂料印刷廠的廢氣排放口。

5 結(jié)論

(1)溯源決策系統(tǒng)的實施，涵蓋了企業(yè)大氣污染物應(yīng)急管理的工作內(nèi)容，一定程度上實現(xiàn)了大氣污染物應(yīng)急管理的自動化、信息化和智能化。

(2)系統(tǒng)建立了企業(yè)的大氣污染物管控可視化平臺，將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)在一個平臺展示，讓環(huán)境保護管理人員能夠全面有效掌握整個廠區(qū)的空氣環(huán)境情況和大氣污染物排放情況。

(3)系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的預警/報警功能，保證各級管理人員能在第一時間獲取有效信息，將管理端口前移，將事后管理變?yōu)槭虑肮芾怼?/p>

(4)系統(tǒng)中智能軟件的強大計算功能，提高了大氣污染物報警溯源和應(yīng)急響應(yīng)工作的效率和準確性，為大氣污染物應(yīng)急管理的決策提供更為科學的指導依據(jù)。

[1] 廖乾邑，陳建文，李亮,等.淺談空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀與處理方法[J]．四川環(huán)境,201l，30(2):30-32.

[2] 環(huán)境保護部科技標準司．煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)運行管理[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2008．

[3] 孫安青.光離子化檢測器(PID)問世[J].化工安全與環(huán)境，207(46)：30-32.