王曉燕(河南省三門(mén)峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 三門(mén)峽 472000)

0 引言

面對(duì)我國(guó)工業(yè)制造規(guī)模擴(kuò)大、污染物排放日益增多的形勢(shì)，各級(jí)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)及企業(yè)需要在現(xiàn)有污染防治法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，引入水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀、煙氣自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀、超聲波流量計(jì)等傳感裝置，以及利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制電路及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建起對(duì)環(huán)境空間中污染物、污染源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)字系統(tǒng)，以此真正達(dá)到生態(tài)環(huán)境污染自動(dòng)監(jiān)控與管理的目標(biāo)。

1 污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中重要意義

1.1 遵循水環(huán)境統(tǒng)籌治理的形勢(shì)要求

黨的“十四五”時(shí)期發(fā)展規(guī)劃，主要圍繞“水資源、水環(huán)境、水生態(tài)”三水統(tǒng)籌，進(jìn)行地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水污染防治。將污水流量在線監(jiān)測(cè)儀、COD水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀等傳感儀器，引入到區(qū)域水環(huán)境的統(tǒng)籌監(jiān)測(cè)、治理過(guò)程中，可以響應(yīng)國(guó)家對(duì)水生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展的要求，開(kāi)展污染物通量、水生生物、生態(tài)流量等數(shù)據(jù)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，來(lái)促進(jìn)水資源及生態(tài)環(huán)境的逐步凈化、提升[1]。

1.2 提高大氣污染協(xié)同治理的質(zhì)量

大氣中存在著一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物等污染物，而在我國(guó)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，多種大氣污染物的排放量仍舊居高不下。在這一情況下，國(guó)家提出針對(duì)京津冀、汾渭平原、長(zhǎng)三角地區(qū)、成渝地區(qū)等污染的綜合治理方案，著重監(jiān)測(cè)空氣中的PM2.5、O3等污染物含量，來(lái)推進(jìn)全國(guó)不同區(qū)域大氣污染的協(xié)同治理。而通過(guò)利用煙氣濃度在線監(jiān)測(cè)儀、煙氣壓力在線監(jiān)測(cè)儀、煙氣流速在線監(jiān)測(cè)儀、氮氧化物在線監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備，進(jìn)行不同區(qū)域化工企業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污染源監(jiān)測(cè)，可以更好地對(duì)排出污染物源頭、污染物排放量進(jìn)行監(jiān)督與控制[2]。

2 污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

2.1 顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

近年來(lái)“霧霾”作為一種可見(jiàn)的大氣污染問(wèn)題，廣泛出現(xiàn)在津京冀及周邊地區(qū)、華北及黃淮地區(qū)，而其中存在的PM2.5、PM10、二氧化硫及二氧化氮等指標(biāo)，即為需要監(jiān)測(cè)的排放固定污染源。當(dāng)下不同地區(qū)對(duì)生態(tài)環(huán)境中空氣污染的監(jiān)測(cè)，通常在不同站點(diǎn)設(shè)置顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，涵蓋了化工、建材、鋼鐵、火力發(fā)電、垃圾焚燒等的污染類別[3]。這一顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)大氣污染的監(jiān)測(cè)方法為光散射法，其測(cè)量原理是將光源發(fā)射到大氣環(huán)境中，光線遇到不同大小的顆粒物后產(chǎn)生散射光線，并改變?cè)腥肷涔饩€的傳播方向，使光敏器件在某一角度范圍內(nèi)，接收到不同強(qiáng)度的散射光，然后再由計(jì)算機(jī)將散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得出確切的顆粒物濃度。

2.2 COD水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

COD水質(zhì)指標(biāo)作為一種長(zhǎng)期使用的污染源監(jiān)測(cè)方案，主要借助于COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，包括可視光電系統(tǒng)、泵管、透明軟管、檢測(cè)試劑等組成部分，對(duì)受污染區(qū)域的水質(zhì)作出檢測(cè)。COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀工作的基本原理為，將某一區(qū)域采集到的水樣，與硫酸銀溶液、重鉻酸鉀消解溶液、濃硫酸溶液進(jìn)行充分混合，加熱到170 ℃溫度時(shí)，檢查重鉻酸離子氧化溶液的有機(jī)物顏色變化，再將分析儀檢測(cè)到的顏色變化，轉(zhuǎn)換為COD值輸出。因此，COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀選取比色法，對(duì)某一空間區(qū)域內(nèi)的水樣采樣，采樣測(cè)量范圍為30～1 000 mg/L，采樣時(shí)間30 min、采樣周期間隔10 min甚至更長(zhǎng)，才能夠得到較為客觀準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)分析結(jié)果。

3 生態(tài)環(huán)境污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 大氣污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建構(gòu)與應(yīng)用

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)在不同地區(qū)建立起了多個(gè)自動(dòng)化或半自動(dòng)化的大氣污染監(jiān)測(cè)儀器，隨后已經(jīng)有數(shù)百個(gè)城市建立自身的大氣污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而大氣污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通常包含網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)中心、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、質(zhì)量保證實(shí)驗(yàn)室、系統(tǒng)支持實(shí)驗(yàn)室等組成部分，其中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)中心為整個(gè)系統(tǒng)的心臟，主要由企業(yè)監(jiān)控指揮中心、控制柜等部分組成，其中控制柜包含工控機(jī)、氧變換器、流速變換器、定時(shí)吹掃控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。整個(gè)大氣污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的執(zhí)行流程為，由企業(yè)監(jiān)控指揮中心每分鐘，向不同監(jiān)控子站發(fā)出多種數(shù)據(jù)信息搜集、上傳指令，如PM2.5、PM10等可吸入顆粒物，以及SO2、NOx等數(shù)據(jù)信息，再傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行差錯(cuò)數(shù)據(jù)的核驗(yàn)、校正，經(jīng)有線電話網(wǎng)端的調(diào)制解調(diào)器(modem)發(fā)回至企業(yè)監(jiān)控指揮中心計(jì)算機(jī)，輸出大氣污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告，有疑問(wèn)時(shí)令子站重發(fā)數(shù)據(jù)。而自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站是不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，通常采取多種大氣污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，進(jìn)行樣品數(shù)據(jù)的連續(xù)采集、處理與分析，隨時(shí)向監(jiān)控指揮中心傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備工作狀態(tài)。在發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)大氣污染最嚴(yán)重的地點(diǎn)后，發(fā)出污染危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)。

最后質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、系統(tǒng)支持實(shí)驗(yàn)室，為整個(gè)系統(tǒng)控制、運(yùn)行、監(jiān)督的工作核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的標(biāo)定、校準(zhǔn)與審核，同時(shí)根據(jù)多種儀器設(shè)備的日常運(yùn)行需求，進(jìn)行故障檢修、保養(yǎng)和維護(hù)。一般系統(tǒng)支持實(shí)驗(yàn)室會(huì)配備專業(yè)的測(cè)試、維修電子儀器，包括數(shù)字萬(wàn)用表、頻率計(jì)、邏輯測(cè)試筆、雙蹤示波器，用于定期的故障檢和排除。

3.2 水污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建構(gòu)與應(yīng)用

水污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是使用污水流量監(jiān)測(cè)儀、COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備采集污染源排放的水樣數(shù)據(jù)，并經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、在線分析儀表的處理分析，如監(jiān)測(cè)斷面的污染物定性、定量監(jiān)測(cè)，以及污染源水質(zhì)變化趨勢(shì)的分析。因此，水污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包含現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備、通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)監(jiān)控中心平臺(tái)、環(huán)保政務(wù)網(wǎng)站等組成部分[4]。

首先，在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)安裝在企業(yè)的各污染區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)排放口，包括COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀、氨氮監(jiān)測(cè)儀、pH監(jiān)測(cè)儀、視頻監(jiān)控器、流量計(jì)等，用于每一時(shí)刻水污染物排放數(shù)據(jù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。取水單元采用污水采樣泵，并將液位上下限開(kāi)關(guān)安裝于采樣池內(nèi)，提取水樣總量大于各監(jiān)測(cè)儀器所需總量的200%。而被測(cè)水樣采集后，由COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備作出監(jiān)測(cè)分析。

之后再經(jīng)由GPRS無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測(cè)到的水污染源數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。其中通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)，包含凱立K2數(shù)據(jù)采集器、RS232/485數(shù)字接口、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、Web服務(wù)器等組成部分，通過(guò)TCP/IP協(xié)議、SOCKET連接方式等，自動(dòng)獲取各監(jiān)控站點(diǎn)的動(dòng)態(tài)IP地址，進(jìn)行多個(gè)應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

對(duì)于不同污染源污染物類別的監(jiān)測(cè)，通常使用光度比色法，測(cè)量污染源中包含的氮?dú)?、氨氣、銨根離子等污染物，采樣測(cè)量范圍為30～1000 mg/L、測(cè)量周期小于10 min，多次測(cè)量準(zhǔn)確度控制在±2.5%的上下浮動(dòng)范圍內(nèi)。

最后，監(jiān)控指揮中心在一定時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)送污染源連續(xù)監(jiān)測(cè)指令，完成對(duì)水污染狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)下不同區(qū)域通常使用環(huán)境監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)(EMIP)，對(duì)污染源區(qū)域發(fā)回的水環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)、綜合分析與報(bào)表制作。該水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)支持單點(diǎn)登錄Single Site-On，用戶在完成身份認(rèn)證、授權(quán)后，就可以對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控資源作出防污管理，其主要功能接口包括登錄接口、綜合水質(zhì)分析、數(shù)據(jù)報(bào)表整理、站點(diǎn)管理、綜合水質(zhì)顯示、系統(tǒng)維護(hù)等組成部分[5]。

(1)登錄接口。EMIP水環(huán)境污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)，由管理員分配不同人員的系統(tǒng)登錄、訪問(wèn)權(quán)限，用戶可以通過(guò)輸入用戶名、密碼進(jìn)行登陸，登陸時(shí)會(huì)彈出相應(yīng)的信息提示、報(bào)警計(jì)劃，用戶需要進(jìn)行特定的訪問(wèn)確認(rèn)或退出。登陸進(jìn)入系統(tǒng)后，可以查看以往的歷史記錄，以及當(dāng)天校準(zhǔn)儀器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、要增加試劑、故障報(bào)警等信息。

(2)綜合水質(zhì)分析。根據(jù)已經(jīng)得到的區(qū)域環(huán)境水污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)資源的手動(dòng)整理、自動(dòng)分析及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。其中在污染源綜合水質(zhì)分析的過(guò)程中，通常涉及到水質(zhì)現(xiàn)狀分析、污染指數(shù)分析、多指針?lè)治?、達(dá)標(biāo)狀況分析，并匯編成圖形、曲線或報(bào)表。

(3)數(shù)據(jù)報(bào)表整理。通過(guò)對(duì)歷史資料、有效數(shù)據(jù)資源進(jìn)行識(shí)別與整理后，生成年、月、周、日等不同時(shí)間段的報(bào)表，自動(dòng)計(jì)算出各區(qū)域不同時(shí)段的水質(zhì)等級(jí)、超標(biāo)污染物，以及最大值、最小值、平均值等參數(shù)信息，最終以報(bào)表資料的形式作出顯示。

(4)站點(diǎn)管理。由系統(tǒng)管理員針對(duì)多個(gè)水污染源區(qū)域，進(jìn)行站點(diǎn)設(shè)定、站點(diǎn)設(shè)備調(diào)試、設(shè)備個(gè)數(shù)增加、測(cè)量參數(shù)調(diào)整，或者查看歷史報(bào)警信息后，再制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)計(jì)劃任務(wù)。

(5)綜合水質(zhì)顯示。EMIP水環(huán)境污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制面板，會(huì)針對(duì)污染源水質(zhì)的綜合監(jiān)測(cè)情況，將監(jiān)測(cè)結(jié)果在網(wǎng)站、客戶端APP面板上進(jìn)行顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著生態(tài)環(huán)境碳達(dá)峰、碳中和愿景目標(biāo)的提出，我國(guó)面臨的生態(tài)治理時(shí)間更緊、困難更多，任務(wù)異常艱巨。水污染、空氣污染和土壤污染等環(huán)境現(xiàn)狀，迫使政府及相關(guān)企業(yè)必須從污染源的監(jiān)測(cè)出發(fā)。因此，通過(guò)多種污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，查找出不同區(qū)域的污染源、環(huán)境污染程度，不僅可以加快生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)代化，同時(shí)還可以督促企業(yè)對(duì)存在的環(huán)境污染問(wèn)題盡快作出改善與治理，為生態(tài)文明及美麗中國(guó)建設(shè)提供有力技術(shù)支撐。