VOC在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實施

盧朝暉

（浙江力嘉電子科技有限公司，浙江 諸暨 311800）

0 引言

針對企業(yè)的工藝廢氣及無組織排放，VOC在線監(jiān)測是判斷企業(yè)是否正常開啟環(huán)保治理設(shè)施的最直接有效的解決辦法，但目前尚未出臺國家標(biāo)準(zhǔn)，安裝VOC在線監(jiān)測系統(tǒng)的方式存在一定的政策風(fēng)險，可能會導(dǎo)致無效投資或重復(fù)投資。同時，VOC在線監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)尚未形成規(guī)模建設(shè)，其系統(tǒng)建設(shè)費用還比較昂貴，會給企業(yè)和當(dāng)?shù)卣畮磔^大的經(jīng)濟(jì)壓力。另一方面，VOC在線監(jiān)測僅得到最終的企業(yè)廢氣治理結(jié)果，而無法知曉是企業(yè)那個環(huán)節(jié)存在問題，在工業(yè)企業(yè)較集中的區(qū)域，甚至無法知曉是那家企業(yè)存在問題。基于以上分析，利用VOC在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對大區(qū)域范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量評估，以企業(yè)VOC實時動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)實現(xiàn)對特定企業(yè)的VOC治理監(jiān)管是較理想的選擇[1-3]。

1 總體目標(biāo)

本系統(tǒng)的總體建設(shè)目標(biāo)是針對重點企業(yè)，要求其VOC產(chǎn)生環(huán)節(jié)收集裝置完備、輸送環(huán)節(jié)VOC無泄漏、VOC處理環(huán)節(jié)運行高效，其主要建設(shè)目標(biāo)如下：

1.1 一廠一檔

針對不同的企業(yè)，根據(jù)其環(huán)評報告及現(xiàn)場調(diào)查摸排，重點梳理工藝廢氣產(chǎn)生、收集、處理各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，建立生產(chǎn)工藝以及環(huán)保處理工藝流程檔案。并針對上述關(guān)鍵設(shè)備，安裝現(xiàn)場實時工況監(jiān)測設(shè)備。

1.2 停產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)管

針對按監(jiān)管部門要求實施停產(chǎn)的企業(yè)，通過實時監(jiān)測生產(chǎn)設(shè)備用電量，對擅自啟動生產(chǎn)設(shè)備的行為，自動向監(jiān)管部門發(fā)送預(yù)警信息。

1.3 限產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)管

針對按監(jiān)管部門要求實施限產(chǎn)的企業(yè)，通過實時監(jiān)測生產(chǎn)設(shè)備用電量，對超計劃啟動生產(chǎn)設(shè)備的行為，自動向監(jiān)管部門發(fā)送預(yù)警信息。

1.4 擅自停運環(huán)保治理設(shè)施監(jiān)管

針對企業(yè)在正常生產(chǎn)時，通過實時監(jiān)測環(huán)保設(shè)施用電量，對擅自停運環(huán)保設(shè)施的行為，自動向監(jiān)管部門發(fā)送預(yù)警信息。

1.5 生產(chǎn)能力與污染治理能力不相適應(yīng)

利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立生產(chǎn)用電量與環(huán)保設(shè)施用電量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，對異常用電情況進(jìn)行實時監(jiān)管并自動向監(jiān)管部門發(fā)出預(yù)警信息。

1.6 污染治理設(shè)施低效運行

對有條件的環(huán)保治理設(shè)施，通過實時采集其運行工況，針對該設(shè)施的工藝參數(shù)，分析其運行效率，對低效運行的環(huán)保治理設(shè)施自動向監(jiān)管部門發(fā)出預(yù)警信息。

1.7 工藝廢氣無組織排放

通過在廢氣收集管道安裝壓力傳感器及流速傳感器，結(jié)合各生產(chǎn)設(shè)施的用電量，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對無組織排放行為自動向監(jiān)管部門發(fā)出預(yù)警信息。

1.8 環(huán)保違法行為視頻取證

對發(fā)現(xiàn)問題的生產(chǎn)設(shè)備，利用生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主動錄像存檔，作為調(diào)查取證的依據(jù)。

1.9 涉氣信訪及群眾舉報平臺

建立完善的涉氣信訪及群眾舉報處理程序，并跟蹤相應(yīng)的處理過程。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 建立生產(chǎn)能力與治理能力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型

不同的企業(yè)有不同的生產(chǎn)工藝，以及VOC治理工藝，但究其本質(zhì)而言，絕大部分狀況下，針對具體的企業(yè)，其生產(chǎn)能力可由生產(chǎn)設(shè)施的用電量所反映，而治理能力可由治理設(shè)施用電量所反映。通過數(shù)學(xué)建模等技術(shù)，分析得到正常條件下生產(chǎn)用電量和治理設(shè)施用電量之間的關(guān)系模型，當(dāng)實際監(jiān)測得到的關(guān)系偏離正常關(guān)系，則系統(tǒng)自動發(fā)出預(yù)警。該技術(shù)的關(guān)鍵一是通過調(diào)查摸排以及系統(tǒng)試運行，獲得不同生產(chǎn)工況條件下生產(chǎn)及治理用電量數(shù)據(jù)；二是采用何種數(shù)學(xué)建模技術(shù)，獲得正常條件下兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，不同的企業(yè)有不同的模型。該技術(shù)主要用于自動檢測預(yù)警治理設(shè)施低負(fù)荷運行。

2.2 治理設(shè)施低效運行

環(huán)保治理設(shè)施在長期運行或不當(dāng)運行的條件下，導(dǎo)致處理效率降低，該指標(biāo)無法通過治理設(shè)施用電量反映，主要取決于該設(shè)施的運行維護(hù)等方面。針對特定的環(huán)保治理設(shè)施，在具備自動監(jiān)測的前提條件下，分析其正常運行條件下的工藝參數(shù)，通過在關(guān)鍵部位安裝相應(yīng)的工藝參數(shù)采集傳感器，如溫度、壓力、電流、場強(qiáng)等，分析其是否處于正常運行，從而對該設(shè)施的運行效率提供預(yù)警[4]。

2.3 生產(chǎn)過程的VOC是否有效收集

在VOC的產(chǎn)生、收集環(huán)節(jié)，一是需要通過現(xiàn)場調(diào)查摸排，分析其工藝流程中產(chǎn)生VOC的關(guān)鍵部位，該部位VOC收集裝置是否完備且符合要求；二是收集后的VOC是否達(dá)到密閉傳輸?shù)男Ч?，主要監(jiān)測管道內(nèi)壓力及引風(fēng)機(jī)工作電流，通過監(jiān)測上述兩指標(biāo)，可對預(yù)警VOC無組織排放行為[5]。

2.4 違法行為自動錄像存證

由于系統(tǒng)實行自動預(yù)警監(jiān)測，在現(xiàn)有法律體系下，無法依賴該系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)對企業(yè)實施查處。為此，需要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控，在系統(tǒng)自動發(fā)出預(yù)警的同時，對相關(guān)的生產(chǎn)場所及關(guān)鍵部位進(jìn)行自動錄像存證，以此作為環(huán)保執(zhí)法部門查處的事實證據(jù)之一[6]。

2.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)的展示方式

為了更直觀展示企業(yè)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，應(yīng)可視化展示企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程，以及治污工藝流程，并直觀顯示各監(jiān)測設(shè)備部署位置及監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 總體架構(gòu)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)包括企業(yè)現(xiàn)場采集系統(tǒng)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)、云端大數(shù)據(jù)中心以及監(jiān)控中心實時監(jiān)管預(yù)警平臺。

3.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

針對不同的企業(yè)，根據(jù)其生產(chǎn)工藝流程，以及治污工藝流程，識別關(guān)鍵部位及重點監(jiān)控設(shè)施，按照需要安裝不同的傳感器，采集生產(chǎn)工況及治污工況。數(shù)據(jù)采集應(yīng)重點考察以下五方面：（1）企業(yè)核心生產(chǎn)車間總用電量；（2）重點生產(chǎn)設(shè)備用電量；（3）重點治污設(shè)施用電量及關(guān)鍵工藝參數(shù)；（4）廢氣收集設(shè)施用電量；（5）廢氣收集管路內(nèi)部壓力及流量。

3.2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的工況數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚到現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端，該終端通過電信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫舜髷?shù)據(jù)中心?？紤]到系統(tǒng)施工問題、IP資源問題，以及企業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜度，現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計遵循以下原則：（1）數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)盡可能采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；（2）確實無法利用無線網(wǎng)絡(luò)的情況下，采用有線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)終端匯聚各采集數(shù)據(jù)，按照一定的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、加密，而后上傳至云端大數(shù)據(jù)中心[7-8]。

3.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)

利用電信網(wǎng)絡(luò)，將各企業(yè)采集得到的數(shù)據(jù)上傳至云端大數(shù)據(jù)中心。

3.4 云端大數(shù)據(jù)中心

云端大數(shù)據(jù)中心包括數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器、存儲服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器，可根據(jù)實際需要進(jìn)行擴(kuò)充。（1）數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器。實時接收各企業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)，一方面，根據(jù)企業(yè)所屬地域以及相應(yīng)的權(quán)限，將企業(yè)數(shù)據(jù)分發(fā)實時傳輸至各環(huán)保監(jiān)管部門。另一方面，數(shù)據(jù)實時傳輸至數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器進(jìn)行保存。（2）數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。所有企業(yè)數(shù)據(jù)存儲中心。（3）數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器。為各監(jiān)管部門提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析等應(yīng)用服務(wù)，并提供移動端數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)APP。

3.5 監(jiān)控中心實時監(jiān)管預(yù)警平臺

實時監(jiān)管預(yù)警平臺部署在各環(huán)保監(jiān)管部門，主要包括以下幾方面的功能：（1）數(shù)據(jù)實時展示。以直觀的方式展示各企業(yè)的工藝流程、治污流程，并顯示各企業(yè)采集點的實時數(shù)據(jù)。（2）預(yù)警分析模型。實時分析各企業(yè)實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立各企業(yè)的預(yù)警分析模型。（3）預(yù)警報送系統(tǒng)。企業(yè)實時數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)警分析模型，得到預(yù)警信息，并通過短信等方式，將預(yù)警信息發(fā)送到相關(guān)監(jiān)管人員的手機(jī)。（4）預(yù)警查處系統(tǒng)。跟蹤督查每一條預(yù)警信息的處理流程。（5）實時視頻監(jiān)控。所有在地監(jiān)管企業(yè)的實時視頻接入、存儲。

4 實施規(guī)劃

按照總體規(guī)劃、分步實施的原則，項目的總體實施步驟如下：

4.1 調(diào)查摸底

對重點監(jiān)管企業(yè)進(jìn)行摸排，重點調(diào)查企業(yè)廠區(qū)平面結(jié)構(gòu)圖、生產(chǎn)車間及生產(chǎn)線、生產(chǎn)工藝流程、治污工藝流程、廢氣收集系統(tǒng)、重點生產(chǎn)設(shè)備、重點治污設(shè)備及其工藝參數(shù)等，并按照“一廠一檔”的原則，建立監(jiān)管企業(yè)檔案。

4.2 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)

現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集方案及現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線設(shè)計，在前期調(diào)查摸底的基礎(chǔ)之上，針對不同的企業(yè)，逐一擬定現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端型號及數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，并編制現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)算。

4.3 云端大數(shù)據(jù)中心方案設(shè)計

在前期調(diào)查摸底的基礎(chǔ)上，估算需要的數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用資源，并設(shè)計云端大數(shù)據(jù)中心方案。

4.4 監(jiān)控中心監(jiān)管平臺設(shè)計

各環(huán)保執(zhí)法部門在授權(quán)范圍內(nèi)，對監(jiān)管的企業(yè)以可視化、圖形化的方式，展示各監(jiān)管企業(yè)的工藝流程、治污流程；各類監(jiān)測設(shè)備部署位置及實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；對各類環(huán)保違法行為進(jìn)行實時分析并預(yù)警；結(jié)合各監(jiān)管企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對違法行為進(jìn)行錄像存證；同時，記錄并跟蹤調(diào)查處理轄區(qū)內(nèi)各類涉氣信訪及群眾舉報案件。

4.5 現(xiàn)場施工安裝計劃

根據(jù)前期摸排的結(jié)果，編制企業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備安裝施工計劃，并根據(jù)實施計劃要求，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)情況，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)施工。

5 結(jié)語

通過“一廠一案”機(jī)制，逐一調(diào)查摸排監(jiān)管對象的工藝流程以及污染物處理流程，實時采集分析各企業(yè)的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)用電量及污染治理設(shè)施用電量，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，實現(xiàn)受監(jiān)管企業(yè)有計劃停產(chǎn)與限產(chǎn)、廢氣治理設(shè)施擅自停運與低負(fù)荷運行、廢氣治理設(shè)施低效運行、生產(chǎn)過程中廢氣無組織排放等現(xiàn)象的實時監(jiān)測、預(yù)警、分析與管理，同時結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對上述環(huán)保違法行為視頻錄像取證。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)涉氣信訪投訴及群眾舉報平臺，對嚴(yán)重影響群眾生活環(huán)境質(zhì)量的臭氣異味區(qū)域，進(jìn)行重點督查記錄，徹查分析導(dǎo)致該問題的原因，跟蹤督查信訪處理業(yè)務(wù)流程。本系統(tǒng)有助于環(huán)保部門強(qiáng)化對涉氣企業(yè)生產(chǎn)過程的環(huán)保實時動態(tài)監(jiān)管，達(dá)到環(huán)保監(jiān)管前移的目的。