環境預警系統在環保監管中的應用

周振聯，謝中建

（金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 引言

有色銅冶煉冶煉行業具有冶金、化工行業特征，污染源及其污染物涉及?；贰⑽ｋU廢物、重金屬和砷，屬高環境風險行業［1］。近年來，隨著國家環境政策的日趨嚴格、公眾環境維權意識的提高、企業自身可持續發展的客觀要求，有效防控環境風險、打造環境友好型企業，已經成為擺在企業面前的當務之急。

金隆公司借力信息、互聯網與大數據技術在環保領域應用，形成智慧環保監管［2］，給環保工作的監督與管理提供強有力支撐。智慧環保是為了更好地適應當今公眾日益增長的環保要求，借助大數據、云平臺，以信息手段為載體，在一定區域與層面上，為用戶提供環保狀態、信息存儲、環境檢測、環保設施運行狀態、環境績效評估及預測等，從而實現有效控制污染物及污染物排放，為環境管理目標或政策的制定，提供依據。

環保是企業的生命線已成為企業的共識，但實際過程中如何真正實現環保與發展的協調統一，環境預警系統［3］一定程度上能充當抓手之一。環保在線數據與生產控制與操作數據互動，生產操作與環保管理不再是相互分割，你中有我，我中有你。

金隆公司于2016年建立環境預警系統，主要包括：構建了環境監測與感知網絡對污染源進行動態監控，監控的對象包括煙氣、水質等。在此基礎上通過對監控數據的分析計算，為企業各個環保管控部門提供信息共享；針對應急或特殊突發事件狀態下的非正常狀況，能夠對環保事件進行預警，提升企業對可在發生的環境應急事故進行有效及時處置，最大限度地減少負面影響。

2 系統框架

2.1 設計原則

環境預警系統的設計遵循了如下幾個原則。

（1）系統性與適用性：利用企業內部已有網絡基礎設施、應用系統、平臺數據。系統設計既從方便操作、方便更新、方便管理出發，又具備較好的用戶體驗，滿足不同層次與不同功能的需求。

（2）先進性與可靠性：系統設計，按照立足現有、適當前瞻的原則，設計定位具有一定先進性，并適合未來發展?？煽啃詣t重點要求系統信息傳輸中數據不丟失，當子系統或子環節出現故障時，不出現全系統的停用或崩潰。

（3）開放性與安全性：應用系統按照國際相關標準，可多系統銜接、多平臺操作、多環境運行。安全性：采用一攬子整體案例方案，重點考慮網絡安全、服務器安全、用戶安全、應用程序案例、數據安全等。

（4） 可擴充性與可恢復性：系統擴展包括數據、業務、服務等多層面，在實現系統平滑升級和擴充的同時，眷顧考系統今后能方便擴充。

2.2 系統框架

環境預警系統的框架設計見圖1。該系統在遵循環境標準規范體系和環境信息安全體系標準下，包括智能感知層、網絡及軟硬件平臺支撐層和智能應用層三個大的層級。

圖1 預警系統框架

系統基礎支撐平臺對系統公共服務和通用業務服務（如權限管理、用戶管理、日志管理等）進行歸納和封裝，主要為環保信息化系統解決資源共享、信息交換、業務訪問、業務集成、安全可信、可管理等共性和關鍵的問題。

應用支撐平臺具備且不限于以下功能：同一用戶及權限管理、單點登錄、日志管理、第三方應用集成、信息建模、流程設計、界面設計等。系統基礎支撐平臺是一個分布式實時數據接入和管理平臺，提供了分布式環境下的實時數據高效接入、轉發、訪問、存檔以及查詢功能。系統用戶登錄界面如圖2。

圖2 系統登錄界面

3 系統組成與應用

3.1 智能感知層

3.1.1 監控污染源類型

根據排污許可管理、污染物排放、環境監測規范、清潔生產、重點行業環境監管等相關法律法規要求，有色銅冶煉行業污染源監控類型主要包括排放煙道氣、廠界環境空氣、排水、環保設施、事故應急設施等。每個污染源管理包括排放口管理、治理設施管理、數采儀管理、SIM卡管理等。

根據銅冶煉行業工藝狀況、污染因子、廠區位置環境敏感性、地方生態環境部門監管要求等，各監控類型監控點位、監控內容如表1。

表1 監控污染源類型

監控執行的標準為國家污染物排放標準，或地方污染物排放標準，對于位置處于環境敏感區域的企業，必要時可制定更為嚴苛的企業內部排放標準作為預警參數。

3.1.2 監控分析系統

監控分析系統可分為煙道氣監管系統、廠界環境空氣監管系統、排水監管［4］系統、環保設施監管系統、事故應急設施監管系統、排水監管系統、站房環境監管系統，有關監管系統功能內容見表2。

表2 監管系統功能內容

3.2 數據傳輸與存儲層

數據傳輸與存儲層主要有以下幾個方面。

（1）數據庫及操作系統。數據庫與操作系統，均采用標準版，開放許可方式。

（2）系統基礎支撐平臺。企業環境監測數據中心標準建設；用戶及權限管理、登錄管理、日志管理、第三方應用集成、流程設計、界面設計、監測配置管理、污染源配置管理等；實現數據中心數據管理應用的建立、初步數據的采集整理入庫等；建設基于企業用戶管理的即時消息平臺；企業內部環境質量數據應用門戶。

3.3 預警系統功能輸出

環境預警系統的功能，主要體現在自動監測功能、數據查詢分析功能、數據發布功能、站房環境監測功能等。

（1）環境自動監測管理平臺。主要包括廠界環境大氣、煙道氣、廢水排放口、重要環保崗位控制參數、事故應急設施等自動采樣與監測。

（2） 數據查詢與分析系統。監測數據智能查詢、統計分析、報表輸出和數據導出等應用的開發，實現數據的總體分析、同比分析、趨勢分析、多站點同比分析、綜合分析等功能。

（3）數據發布系統。包括監測管理數據空間展示、監測管理數據發布、大屏監測管理信息發布、監測管理數據、短信推送、移動數據發布等。

（4）站房環境監控統計。對監測站房實施有效監控，能夠及時、有效完整的掌握各個環境監測站房的運行情況，實時將站房各種環境數據傳遞到后臺管理系統中，提供有效防控決策使用。具體輸出功能見表3。

表3 系統輸出功能

3.4 預警系統日常維護管理

在線分析設備，特別是紫外熒光法二氧化硫氣體檢測儀，其測量精度與運行的穩定性，事關環境預警系統能否發揮預警功能的關鍵。因此分析儀器的校準和保養十分重要。

3.4.1 校準

校準前或零/跨檢查前，必須滿足一些條件。首先，儀器必須至少預熱 30 min并穩定。第二，校準或零/跨檢查時范圍必須與正常監控過程相同。第三，儀器的所有操作調節必須在校準前完成。第四，氣體流量系統的所有零件，如試樣線路和顆粒過濾器等在正常監控過程中使用的，校準時也必須使用。最后，建議在儀器校準前，校準正常監控過程中使用的記錄裝置和輸出裝置，在校準或零/跨檢查時使用。建議每周校準一次。

零氣：校準和檢查儀器時需要供應不含 SO2的空氣。

校準氣體：校準氣體系統能夠提供精確的 SO2校準氣體，氣體可達滿刻度的0%~ 80%。校準系統必須能夠為儀器至少 0.8 LPM 的流量率，儀器的標準流量（較高流速的儀器要求最小校準系統流速較高）。所有校準氣體必須符合當地或工作標準。

零/跨檢查：零/跨檢查程序可在任何時候進行，快速檢查儀器的精確度。通常，零位和跨度需要每天檢查。因為儀器的擔任需要經驗，檢查頻率可以相應調整。

跨度檢查中使用的跨度氣體濃度必須在全刻度范圍 70%~90%之間。零位和跨度浮動必須在調節前測量和記錄。

所有氣體都必須在大氣壓力下提供給儀器，完成這項工作必須采用大氣旁路管。

如果使用了過濾器，所有氣體都必須通過過濾器進入儀器。

3.4.2 預防性保養

為確保正常操作而對儀器進行定期保養的程序。由于不同儀器的使用情況和環境條件的差異很大，因此，應經常性地檢查部件，確定合適的保養周期計劃。

（1）設備損壞：如果有靜電（即使很少），一些內部組件也可能被損壞。因此，在處理任何內部組件時，須配帶正確接地防靜電腕帶。

（2）清潔外箱體：用濕布小心地清潔外箱體，注意不要損壞外箱體上面的標簽。清潔外箱體時，不得使用溶劑或其他清潔產品。

（3）外觀檢查與清潔：應當適時對儀器進行檢查，看是否有明顯的可見缺陷，如連接器松動、接頭松動、管線出現裂紋或堵塞、灰塵或污垢聚集過多等。灰塵和污垢在儀器中聚集時會產生過熱現象或使零部件失效。零部件上污垢會阻礙有效散熱，可能會導電。清潔儀器內部最好方法是：先用真空吸塵器仔細打掃所有可接近的區域，然后用低壓壓縮氣將剩余污垢吹干凈，用軟漆刷或布將堅硬的污垢清除。

（4）清潔反光鏡：位于光具座上的反光鏡不跟樣品氣體接觸，不需要清潔。不要試圖清潔光具座上的反光鏡。這些反光鏡不跟樣品氣體接觸，不需要清潔。否則，清潔時可能損壞反光鏡。

環境預警系統維護管理分為企業自行維護與委托第三方維護。企業自行維護包括生產崗位與設備崗位人員的日常點檢；第三方維護通常是委托設備制造單位，保證在線監測設備完好及正常工作；監測設備的比對與校驗委托第四方，保證檢測數據準確，誤差符合標準要求。

4 實施效果

環境預警系統使企業的環保工作系統抓、抓系統，進一步強化企業內部生產管理、設備操作、人員管理與環境保護的關聯，為企業、環保部門、社會在信息溝通上架設了橋梁。

4.1 促進環保與生產的融合

盡管閃速熔爐是目前國際冶煉行業清潔的生產工藝，但無論是雙閃工藝、還是單閃+PS轉爐工藝，熔爐主廠房內都不可避免地存在部分含硫煙氣低空彌散現象。金隆公司采取將熔煉主廠房整體封閉、環境集煙及局部集煙，最大程度地捕集低空彌散煙氣體。

銅-酸系統生產操作崗位，可根據氣象狀況（風向、風速、氣壓）、政府環境空氣子站、企業自建的廠界環境空氣SO2自動監測站點等，不僅能夠全天候、全時段、多方位監測廠界環境空氣、政府環境空氣監測子站的SO2濃度值，而且還對動態地調整生產負荷（投料量等）、強化冶煉與制酸系統的平衡與協調。監測數據通過DCS、手機App與生產操作參數同步顯示，作為指導生產崗位、調控、操作、管理的主要依據。

4.2 防范環境風險［5］

環境預警系統借助生產系統、環保系統的硬軟件，通過環境風險源（點）監測、感知、傳輸、控制、報警等手段，從而實現環境數據的無縫融合、信息的綜合分析，提高重特大環境事故的應對與處置能力。

分級報警與控制：當環保指標，特別是污染物排放指標達預警值時，系統以短信形式發送給相關人員，生產與環保崗位操作者能在第一時間，采取相應的措施，能夠最大程度地降低和消除環境風險。

趨勢管理：環境預警系統在具備報警功能的同時，還能提供數據曲線變化趨勢分析與管理，為現場操作者、管理者下階段的操作與管理，提供依據與遵循。

4.3 自證清白

環境投訴是公民的權利與義務，針對廠區周圍居民煙氣污染環境投訴，我們依靠環境預警系統，通過污染源監測報表日報、周報、月報、季報、年報，統計分析中的同比分析、趨勢分析、綜合分析等，可查詢、溯源企業過去、現在的生產狀態與環保數據，既定性又定量的數據支撐，可“有理、有節、有據”應對投訴，化被動為主動，既維護居民的環境權益，又能自證企業自身的清白。

4.4 信息共享

企業的環保工作是系統工程，不僅涉及企業內部的相關部門，也涉及政府環保部門。企業要想提升環保管理水平，不能停留信息“孤島”，要眼觀六路，耳聽八方，環境預警系統猶如“千里眼”與“順風耳”。

一是企業內部信息共享：預警系統利用傳感器及網絡，可隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統和流程，將生產操作、管理、污染預防與控制有機地鏈接在一起，企業內部生產與環保的信息共享，企業的環保真正是全過程、全天候、全員。

二企業與政府外部信息共享：企業會關注與自身相關的政府環保部門的相關信息，如環境空氣子站測得的環境空氣質量。

三是能夠讓社區和公眾更多更好地知曉企業的環境信息，尊重公眾的環境知情權與參與權，實現企業與社區的環境友好。

4.5 提升環保管理水平

環保預警系統可更好實現人機組合、時間與空間的無縫對接，能在一定程度上實行全過程、全天候、全方位地實施監控，提升管理手段與效率。環保監督與管理手段，由定性化到定量化、由事后的補救與搶險變成事前預防與調控。

預警系統信息與數據的分級、分層推行，可將環保壓力傳遞、關口前移，形成人人有責，層層擔責。環保工作不再是環保部門的孤軍奮戰，不再是“一個人在戰斗”，是千軍萬馬協同作戰。

5 結語

環境預警系統是信息、互聯網與大數據技術在企業環保領域的新應用，能推動環保與生產兩手抓，促進環保監管協同化、精細化，是生產操作與環保一體化一體化的橋梁。

預警系統能將污染源、在線設施、應急設施及相關崗位全過程、定量化、可視化呈現，能追溯索源、可趨勢預測，極大地創新與提升環保管理水平，是新形勢下進一步搞好企業環保工作的利器。

預警系統能將政府執法監管與企業自身環境要求相統一，既是企業模范遵守國家環保法律法規，也是企業自證清白和環境自信，更有利于防范與化解環境風險。

隨著政府對企業環保要求的提高，企業自身環保監管要求的提高，環境預警系統企業版要同步動態升級提高，預警系統前端的監測設備儀器的日常檢驗校準、動態維護顯得特別重要。