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(guó)石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)

近年來(lái)，空氣質(zhì)量已成為政府和公眾普遍關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部2017年4月公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在民眾投訴的環(huán)保問(wèn)題中，大氣污染問(wèn)題占了五成左右。因此，在企業(yè)環(huán)境保護(hù)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(gè)企業(yè)的發(fā)展速度，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)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(bào)警溯源和異常排放應(yīng)急響應(yīng)，但長(zhǎng)期以來(lái)，該項(xiàng)工作一直是環(huán)境保護(hù)工作中的難題。傳統(tǒng)的工作方法是人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)排查后，再由人工分析判斷，存在響應(yīng)速度慢、判斷準(zhǔn)確性差等問(wèn)題。文章所構(gòu)建的溯源決策系統(tǒng)主要是將自動(dòng)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(zhǔn)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(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)替代部分人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，自動(dòng)采集各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、廢氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)式檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過(guò)有線/無(wú)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(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行模型計(jì)算，實(shí)現(xiàn)環(huán)保地圖、預(yù)警/報(bào)警、污染物溯源和應(yīng)急響應(yīng)4個(gè)功能(見(jiàn)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(cè)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(cè)數(shù)據(jù)是通過(guò)人工到現(xiàn)場(chǎng)使用移動(dòng)式檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，或采樣后送至實(shí)驗(yàn)室分析。但這兩種方法都存在非實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)、響應(yīng)速度慢的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室分析樣品還存在樣品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中變化的問(wèn)題。氣象數(shù)據(jù)通常是由人工現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷風(fēng)向和風(fēng)速，不夠科學(xué)。

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(jìn)行了升級(jí)優(yōu)化，數(shù)據(jù)主要來(lái)自空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、廢氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)式檢測(cè)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室分析系統(tǒng)，分別用于檢測(cè)有組織污染源排放、無(wú)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(jī)物、無(wú)機(jī)污染物和氣象數(shù)據(jù)3部分。

2.1.1 空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)用于定點(diǎn)檢測(cè)環(huán)境空氣，但由于環(huán)境空氣檢測(cè)較為復(fù)雜，通常根據(jù)區(qū)域大小和具體現(xiàn)場(chǎng)裝置分布情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域環(huán)境全覆蓋的監(jiān)測(cè)，一般是少量的以氣相色譜儀為主的大氣自動(dòng)站和較多的傳感器電子鼻相結(jié)合的布局，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣特征污染物和氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳自動(dòng)輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器[1]。

2.1.2 廢氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

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

2.1.3 移動(dòng)式檢測(cè)系統(tǒng)

移動(dòng)式檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)無(wú)組織污染源泄露和環(huán)境空氣，常用的有移動(dòng)監(jiān)測(cè)車、PID傳感器便攜式檢測(cè)儀[3]等，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溯源需要進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過(guò)有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)傳輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)室分析系統(tǒng)

對(duì)于一些現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法檢測(cè)的污染物因子，需要采用人工采樣后送至實(shí)驗(yàn)室分析，實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)由人工錄入LIMS，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)傳輸至溯源決策系統(tǒng)服務(wù)器。

2.2 軟件平臺(tái)

本系統(tǒng)所使用的軟件平臺(tái)為美國(guó)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(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)仿真。該軟件以地理信息系統(tǒng)作為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行操作和展示，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合軟件自帶國(guó)際通用化學(xué)品數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣污染物的應(yīng)急管理。

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

SAFER RT軟件具有污染源高級(jí)反算和污染源定位功能。污染源高級(jí)反算功能是以污染源為源的模型來(lái)計(jì)算某種污染物時(shí)間和空間分布，即通過(guò)有組織污染源排放或者無(wú)組織污染源泄露的檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算在特定氣象條件下其對(duì)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?yàn)槭荏w模型來(lái)反算某種污染物的來(lái)源定位，即通過(guò)至少2個(gè)在污染區(qū)域的環(huán)境空氣檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)計(jì)算出可能的污染源位置。另外，軟件可以利用不同空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓和輻射數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化各站點(diǎn)對(duì)模型計(jì)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(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)用有環(huán)保地圖、預(yù)警/報(bào)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(gè)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(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、廢氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)式檢測(cè)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室分析系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；可進(jìn)行實(shí)時(shí)、歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)查詢及回溯，繪制環(huán)保數(shù)據(jù)曲線圖，以及動(dòng)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(gè)廠區(qū)的空氣環(huán)境情況和大氣污染物排放情況。

3.2 預(yù)警/報(bào)警功能

環(huán)保地圖上的每一個(gè)可采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警/報(bào)警，設(shè)置統(tǒng)計(jì)功能可顯示該區(qū)域的環(huán)保在線儀報(bào)警統(tǒng)計(jì)信息。當(dāng)預(yù)警/報(bào)警發(fā)生時(shí),實(shí)現(xiàn)將事件推送到地圖上報(bào)警閃爍、或通過(guò)短信推送、郵件推送等多種形式的信息推送，保證各級(jí)管理人員能在第一時(shí)間獲取有效信息，改變?cè)卸ㄆ诘卿涰?yè)面查看數(shù)據(jù)的工作模式。尤其是預(yù)警功能，實(shí)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(bào)警溯源

污染物溯源是大氣污染物應(yīng)急管理工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。當(dāng)發(fā)生某種污染物報(bào)警時(shí)，根據(jù)不同污染源使用開(kāi)展工作，一般會(huì)涉及到2種情況：(1)區(qū)域污染源情況較為明確時(shí)，采集污染源的檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用軟件將檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合報(bào)警時(shí)段的氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)高級(jí)反算功能，計(jì)算出不同污染源的影響范圍，再對(duì)照?qǐng)?bào)警點(diǎn)信息，推斷造成報(bào)警的疑似污染源，可能是1個(gè)，也可能是多個(gè)污染源疊加；(2)區(qū)域污染源情況較復(fù)雜時(shí)，采集至少2個(gè)環(huán)境空氣檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用軟件將檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合報(bào)警時(shí)段的氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)污染源定位功能，計(jì)算出可疑污染源定位范圍，再在該范圍排查污染源進(jìn)行檢測(cè)，將所檢測(cè)的污染源數(shù)據(jù)通過(guò)高級(jí)反算功能計(jì)算影響范圍，并對(duì)照?qǐng)?bào)警點(diǎn)信息，如能匹配，則溯源成功，若不能匹配，則重新進(jìn)行該流程，選擇新的環(huán)境空氣點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)再計(jì)算。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)

大氣污染物應(yīng)急管理中另一項(xiàng)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(jìn)行污染物異常排放的影響范圍預(yù)測(cè)。在系統(tǒng)的快速啟動(dòng)頁(yè)上，可以點(diǎn)擊任意位置查看風(fēng)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(shí)，可根據(jù)風(fēng)道覆蓋的裝置，合理指揮應(yīng)急監(jiān)測(cè)人員到達(dá)檢測(cè)位置。系統(tǒng)會(huì)結(jié)合當(dāng)前氣象條件，得出分析預(yù)測(cè)的報(bào)告(2 h內(nèi)擴(kuò)散的范圍、羽流、濃度等信息)，為決策者指揮協(xié)調(diào)各級(jí)人員提供科學(xué)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(yù)警，空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中苯數(shù)據(jù)開(kāi)始升高,立即使用溯源決策系統(tǒng)啟動(dòng)污染物溯源工作，具體如下：

(1)現(xiàn)場(chǎng)排查人員使用PID傳感器的苯便攜式檢測(cè)儀，在空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上風(fēng)向進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)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(jì)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(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)一涂料印刷廠較可疑，該廠有一個(gè)15 m高的廢氣排放口，對(duì)該廢氣排放口進(jìn)行人工采樣，分析苯濃度；

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

(4)將溯源軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)相比對(duì)，確定本次空氣自動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)了大氣污染物應(yīng)急管理的自動(dòng)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(tái)，將所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一個(gè)平臺(tái)展示，讓環(huán)境保護(hù)管理人員能夠全面有效掌握整個(gè)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(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警/報(bào)警功能，保證各級(jí)管理人員能在第一時(shí)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(qiáng)大計(jì)算功能，提高了大氣污染物報(bào)警溯源和應(yīng)急響應(yīng)工作的效率和準(zhǔn)確性，為大氣污染物應(yīng)急管理的決策提供更為科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

[1] 廖乾邑，陳建文，李亮,等.淺談空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司．煙塵煙氣連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行管理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

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