化工園區大氣監控預警溯源排查一體化監管體系的探索與實踐

吳 劍，張玲玲，章許云，吳海瑣，張亞一，盛 夏

（江蘇環保產業技術研究院股份公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

化工園區的模式最早起源于上世紀40年代發達國家[1]，隨著生產力和生產規模的高速發展，污染引發的環境事件接連不斷，美國、英國等國家早已開展大氣實時動態監測系統進行大氣污染識別和預報分析研究與實踐，以有效預防和及時控制突發性環境污染[2-3]。相對而言，我國的大氣環境監控預警體系建設起步較晚，目前體系的系統化程度較低，自動監測設備能力較弱，污染模擬和預警水平受限，數據分析及應用匱乏，發揮的作用有限，導致園區環境監測不全面、預警不及時、溯源難以實現[4-5]。并且，傳統的廢氣治理大多在企業層面進行，治理不規范、不全面，監督不到位等問題長期得不到有效解決，廢氣治理工作往往簡單粗放，達不到預期效果。

為從源頭分析污染成因，精確尋找“病因”，本文基于現有監控預警體系內容，通過建立園區氣態污染因子庫，創新在線監測方式，探索化工園區大氣監測預警溯源排查一體化監管體系，提高園區監控預警水平，實現園區 “摸清底數—精準監控—動態感知—超標溯源—聯動管控—靶向治理”的閉環、高效管理目標，從源頭解決園區污染排放不規范、異味擾民等問題，打造VOCs 治理達標區。

1 建設思路

大氣監測預警溯源排查一體化監管體系建設思路見圖1。 從圖1 可以看出，該體系重點包含：①大氣環境風險源調研，即建立園區大氣污染特征因子數據庫，為設備選型、污染溯源提供依據；②大氣環境自動監測網絡構建，即建立動靜結合的立體監測網絡，選用先進設備，實現監測數據的快與準；③大氣環境監控預警平臺建設，即擴展數據分析、污染溯源模型功能，即時發現、追蹤異常數據，并實現海量數據價值的深度挖掘；④異常因子排查溯源，監測與排查的一體化，在科學設立物質預警閾值的基礎上，建立快速響應機制，準確鎖定問題源；⑤污染問題跟蹤治理，即精確診斷問題后實行靶向治理、跟蹤評估，確保園區企業達標排放。

2 某化工園區一體化監管體系實踐

2.1 建設背景

江蘇省某化工園區內企業眾多，排放的廢氣因子復雜，局部區域異味較重，給周邊居民生活帶來很大影響。該園區面積較大，基于一體化監管體系建設思路，選取重點片區建成大氣監測預警溯源排查一體化監管體系示范工程，平戰結合，一方面實現環境應急事件預警監控，另一方面全面把握片區異味擾民、企業不規范排放等問題。 項目位置示意見圖2。

2.2 建設內容

2.2.1 風險源、特征污染物調研及優控物質篩選

園區污染現狀調研需做到全面、準確和科學，項目通過“綜合調查分析法”，充分結合資料分析、現場核查、工藝分析等，對企業生產內容、廢氣產排環節及因子等進行綜合評估、分析，并與現場監測相銜接，掌握各企業氣態污染特征因子及有組織廢氣排放特點，準確收集該園區104 家企業354 個排氣筒基礎數據，包含258 個特征因子，建立氣態污染因子數據庫，摸清園區“家底”，為大氣環境的因子監測、監控布點、異味溯源等奠定堅實基礎。

采用熵權理論進行優控物質篩選，熵權計算基于樣本統計[6]，利用熵值法估算各指標的權重，其本質是利用該指標信息的價值系數來計算，其價值系數越高，對評價的重要性就越大。經調研、分析，除文件管理等要求外，需考慮廢氣因子嗅閾值、大氣反應活性、毒性、飽和蒸汽壓、園區排放總量、所涉排污企業數量6 個方面，計算結果見表1。

表1 評價指標權重

由表1 可以看出，權重大小順序為：毒性>嗅閾值>排放總量>大氣反應活性>所涉企業數量>飽和蒸汽壓。因此，對于園區重點因子的選擇除根據管理要求外，最先考慮的是它們的毒性、嗅閾值和排放總量。 園區重點片區優控物質分別為：丁二烯、苯、甲苯、二甲基苯、丙酮、叔丁醇、環氧乙烷、反-2-戊烯、異戊二烯、DMF、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、乙二胺、乙酸、環己烷、環己胺、苯胺、丙烯醛、甲硫基丙醛、甲硫醇、二硫化碳、乙醇、甲醇、環氧丙烷、二氯乙烷等。

2.2.2 大氣環境自動監測網絡構建

項目結合片區企業的污染因子及排放特點，配備“五站一車”，即5 個固定監測站和1 輛移動監測車，形成“動靜”結合的覆蓋式監測網絡，靈活滿足突發環境事件應急及日常管理自動監控要求；并開創性地組合使用GC-MS（氣質聯用儀）和TOF-MS（飛行時間質譜儀）監測技術，充分發揮GC-MS 的“精準定性定量”與TOF-MS 的“秒級響應、全譜檢測”能力，提升大氣環境監控速度與準度，并利用園區氣態因子庫成果，靶向監控片區廢氣特征因子異動跡象。

分別選取GC-MS 和TOF-MS 連續監測30 d 的數據進行比對，PTR-TOF 和GC-MS 的監測能力具有明顯的互補性，如胺類物質TOF-MS 能夠很好的響應，而對于低碳烴類物質GC-MS 的相應效果更好。 結合設備性能，選取2 種設備均能夠響應的物質：環氧乙烷、丁二烯、丙酮、異戊二烯、反-2-戊烯、苯、甲苯、苯乙烯、二甲基苯、二氯乙烷進行數值相關性分析，結果見圖3。

圖3 TOF-MS 和GC-MS 連續監測結果對比

對于大部分共同因子，TOF-MS 與GC-MS 具有較好的可比性，相關系數最高達0.96 以上。 此外，TOF-MS 的“精確監測”和“瞬時捕獲因子能力”為異常溯源的精準性和及時性提供了可能，GC-MS 數據時間分辨率為1 h，TOF-MS 數據時間分辨率為2 s，甲苯、環氧乙烷異常值可被TOF-MS 精準快速捕獲?；诓煌O備的甲苯濃度變化（10月23日）見圖4。

圖4 基于不同設備的甲苯濃度變化（10月23日）

基于不同設備的環氧乙烷濃度變化 （10月24日）見圖5。

圖5 基于不同設備的環氧乙烷濃度變化（10月24日）

2.2.3 大氣環境監控預警平臺建設

大氣環境監控預警平臺功能包含數據采集、數據分析、綜合展示等，可實現監測因子的預警及擴散溯源分析。 預警值設定方面，結合國家、地方發布的VOCs 無組織排放廠界標準、物質嗅閾值、有害物質接觸限值等，通過化學結構相關及類比法，并參考日常平均濃度水平，確立片區所有特征因子的預警閾值，實現片區特征因子的即時預警。

擴散溯源通過LPDM 模型預測污染物傳輸軌跡，研判污染物來源及方向，結合氣態污染因子庫和企業生產與治污設備運行大數據，鎖定疑似排污企業，供現場排查人員分析。 實際運行中，LPDM 模型受WRF 模型預測的氣象場驅動，模型預測會存在一定的誤差，特別是應用于園區層面，WRF 氣象模型的誤差會被放大，導致溯源結果有可能不合理。因此，考慮采用園區站點的氣象數據進行模擬修正，同化近段時間的氣象數據，進而優化溯源結果，使得到的結果更加客觀，接近自然的分析[7]。 結合園區大氣污染特征因子數據庫，優化后的LPDM 模型能夠獲得更準確的溯源模擬結果，最大限度保障溯源結果的可靠性。

2.3 運行效果

一體化監管體系的運行實施可歸納為 “五步閉環”，即：實時監測—異常預警—現場排查—問題反饋—跟蹤評估，溝通反饋排查結果，并以報告形式提交相關主管部門，配合主管部門與企業進行問題確認，并提出可行的治理建議。隨后相關主體多維度推進問題整治，項目持續實時監測跟蹤治理效果，及時發現新的污染問題，進入新一輪循環。

示范項目經3 個月穩定運行，園區邊界TVOC濃度下降30.4%，異味擾民信訪量下降50%以上，推進企業廢氣整治工程48 項，拉動污染治理投資4 521萬元，在抑制企業廢氣異常排放、緩解異味擾民等方面取得積極成效。

3 經驗與思考

化工園區大氣監測預警溯源排查一體化監管體系的關鍵環節包含以下幾點：①全面排查，采用“綜合調查分析法”建立園區氣態污染因子數據庫，摸清園區家底；②創新VOCs 監測模式，實現片區優控VOCs的廣覆蓋、快響應、準監測；③科學預警，通過溯源模型及“人機結合”排查機制的建立，實現污染精準快速溯源；④組建專業團隊，保障污染問題的精確診斷。通過上述關鍵環節的建設，保障體系高效運行。該體系尚處于探索階段，在實踐中需進一步關注以下方面。

（1）控制監測數據質量

在線監測數據直接反映片區空氣環境質量，其質量控制是確保數據真實有效的關鍵，目前GC-MS的運維可參考《國家環境空氣監測網環境空氣揮發性有機物連續自動監測質量控制技術規定（試行）》，而TOF-MS 的運維在國內外均無成熟的質控技術標準，因此，需結合設備原理，借鑒現行有關標準探索、完善相應的質控方法，保證數據的真實有效。

（2）挖掘歷史數據價值

針對產生海量監測歷史數據，需通過多樣化的分析手段，探討、挖掘企業異常排放線索。 遠期也可將企業生產工況、環保設施運行信息等相關參數接入平臺，與該系統數據進行關聯、建模，探索重點企業及其主要生產線工況與特征因子、環境空氣質量的相關性，逐步實現區域大氣環境質量的預測、預報，支持重污染天氣及重污染過程的精準干預管控方案。

（3）完善溯源排查聯動機制

大氣監控預警體系建設的一個重要目的是通過問題的及時感知和排查溯源，督促相關企業落實整改，從源頭改善區域的環境質量。 在實踐中，通過建立預警信息聯動、現場執法聯動、存疑結果答疑、溯源結果簽收、整改跟蹤閉環等多重手段，進一步完善異常溯源排查機制，保障溯源后的企業污染整治。

4 結論

通過實踐，探索建立化工園區大氣監控預警溯源排查一體化監管新模式，初步實現對典型化工園區特征因子的實時監測、異常報警、及時溯源、問題診斷和整改跟蹤，具有“監測準、因子廣、模型精、溯源快、模式新、治污狠”的優點，快速提升了園區大氣環境監控管理智慧化、精準化、高效化水平，未來將不斷總結、科學優化，形成可復制可推廣的成熟經驗，為全省乃至全國的化工園區大氣環境質量改善貢獻力量。