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VOCs网格化区域监测系统

点击次数:2904 发布时间:2020-05-28

1.项目背景
  随着经济的快速发展,污染源的种类日益增多,特别是化工区、工业集中区及周边环境,污染方式与生态破坏类型日趋复杂,环境污染负荷逐渐增加,环境污染事故时有发生。同时,随着公众环境意识逐渐增强,各类环境污染投诉纠纷日益频繁,因此对环境监测的种类、要求越来越高。
  根据调研大部分企业具备简单治理技术,即将生产车间内生产工艺所产生的VOCs污染物通过管道集气罩收集后通过活性炭吸附装置处理以后进行排放,但园区内存在着有组织排放超标和无组织排放的问题,为督促企业改进生产工艺和治理装置,减少无组织排放,建议园区部署网格化区域监控系统。
     系统部署可提高各工业工园区污染源准确定位能力,同时快速直观的分析出污染源周边的相关信息,通过整合各类地理信息资源和环境保护业务资源,建立统一的环境信息资源数据库,将空间数据与动态监测数据、动态监管数据、政策法规数据等业务数据进行无缝衔接。为管理者提供直观、、便捷的管理手段,提高环保业务管理能力,综合管理与分析的决策能力。同时根据业务应用的不同,对数据进行横向的层次划分,通过应用人员层次的不同,对数据进行纵向的层次划分,明晰信息的脉络,方便数据的管理。

2. 建设依据
2.1.相关政策、规划和工作意见
――《国务院关于印发国家环境保护“十二五”规划的通知》(国发〔2011〕42号)
――《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》(国发〔2011〕35号)
――《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)
――《环境保护部 国家发展改革委 财政部关于印发国家环境监管能力建设“十二五”规划的通知》(环发〔2013〕61号)
――《国务院办公厅关于推进应急体系重点项目建设的实施意见》(国办函〔2013〕3号)
――《关于印发<化学品环境风险防控“十二五”规划>的通知》(环发〔2013〕20号)
――《国家环境监测“十二五”规划》(环发〔2011〕112号)
――《环境保护部关于印发<先进的环境监测预警体系建设纲要(2010-2020)>的通知》(环发〔2009〕156号)
――《环境保护部关于加强化工园区环境保护工作的意见》(环发〔2012〕54号)
――《关于印发<全国环保部门环境应急能力建设标准>的通知》(环发〔2010〕146号)
――《环境保护部关于加强环境应急管理工作的意见》(环发〔2009〕130号)
――《环境保护部关于印发<2013年全国环境应急管理工作要点>的通知》(环办〔2013〕10号)
――《中央财政主要污染物减排专项资金管理暂行办法》(财建〔2007〕67号)
――《中央财政主要污染物减排专项资金项目管理暂行办法》(环发〔2007〕67号)

2.2.相关技术标准规范
――《工业企业挥发性有机物排放控制标准》(DB12/524-2014)
――《环境空气质量标准》(GB3095-2012)
――《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)
――《环境空气质量监测规范》(试行)(总局公告2007年第4号)
――《污染源自动监控管理办法》(总局令第28号)
――《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T 75-2007)
――《固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范》(HJ/T 373-2007)
――《固定源废气监测技术规范》(HJ/T 397-2007)
――《大气污染物无组织排放监测技术导则》(HJ/T 55-2000)
――《环境空气质量自动监测技术规范》(HJ/T 193-2005)
――《环境空气质量手工监测技术规范》(HJ/T 194-2005)
――《环境监测质量管理技术导则》(HJ 630-2011)
――《突发环境事件应急监测技术规范》(HJ 589-2010)
――《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T 212-2005)
――《污染源在线自动监控监测数据采集传输仪技术要求》(HJ 477-2009)
――《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ/T 76-2007)
――《环境信息术语》(HJ/T 416-2007)
――《环境信息分类与代码》(HJ/T 417-2007)
――《环境信息系统集成技术规范》(HJ/T 418-2007)
――《环境数据库设计与运行管理规范》(HJ/T 419-2007)

3.建设方案
3.1.系统概况     
      区域网格化监控系统采用单元网格管理法的方式,按照“网定格、格定责、责定人”的理念,建立“横向到边、纵向到底”的区域网格化监控平台,应用、整合多项智慧环保技术,在全面掌握、分析污染源排放、气象因素的基础之上,采用基于高斯算法模型进行开发。实时统计各厂区、监测点的监测设备数据,并根据各监测点的排放情况及其气象条件,来分析与推测区域内整体的排放情况。实现对VOCs排放区域整体监控,污染物扩散趋势推算,排放源解析等功能,同时结合物联网、智能采集系统、地理信息系统、动态图表系统等先进技术,整合、共享、开发,建立全面化、精细化、信息化、智能化的区域在线监测平台,实现对控制污染源无组织排放,减少大气污染等综合管理,为制定节能减排方案提供可靠的数据信息和科学的辅助管理决策。

图1.系统应用图

3.2.主要功能

(一)实时数据入库系统
实时数据入库系统主要实现园区企业内所有VOCs监测点产生的测量数据实时存到监测平台数据存储中心。 
(2)数据存储系统
原始监测数据,将全部存储在监测平台分布式文件系统,用于存储海量的非结构化数据。为了满足和适应数据量、数据特征和查询处理的不同需求,部分存储于关系型数据库中。
(3)实时预警系统
对监测指标设置对应的阀值,超过该值超过一分钟在*时间通过邮件,App推送,或者短信等形式通知行政执法人员,给管理部门迅速出动,及时阻止破坏环境保护的行为。
(4)数据查询分析应用系统
VOCs数据查询分析应用提供包括实时监控数据分析、总量核算、源解析及源强计算、区域排放监测与预警、污染源扩散预测及分析等,同时可查看历史记录和分析数据等功能。VOCs历史数据查询处理时,由于数据量巨大,需要调度使用云计算技术管理多台服务器节点进行并行处理。
(5)数据管理系统
在实际使用中,可能用户会对某一时间段或者类型的数据特别关心,就可以通过数据管理系统查询并导出这部分数据以供使用。
(6)数据接口
系统提供Web Service和Json格式数据接口,供外部系统调用系统数据,方便和第三方平台对接。
(7)监测设备自动校准
采用物联网和云计算技术,建立监测数据的神经网络模型,实现监测设备的自动校准,降低设备运维费用,提高数据的准确性。

3.3.技术方案
3.3.1.系统架构
    系统由感知层、数据传输层、应用服务层三部分组成。

(1)感知层前端智能设备:现场端各类智能监测感知设备,对环境管理要素进行全面智能感知,前端设备包含主要设备、辅助设备和传输设备。主要设备指各类气体检测仪器(在线色谱分析仪、区域污染在线监测分析仪)、湿度温度传感器;辅助设备即适合高温高湿高粉尘环境下的气体采样设施;传输设备即无线接收器。其主要功能监测大气数据、数据预处理和数据信息传输。
(2)数据传输网络:数据传输可选用有线传输方式和无线传输方式,也可以两种兼用。利用以太网或光纤可确保前端设备监测数据可靠传输。利用GPRS和3G技术实施无线传输,无线传输的特点方便灵活。
(3)应用服务层:包括应用展示层、应用实例层、应用支撑层、基础数据层四部分
(4)应用展示层:通过不同方式(移动端、web端、数字大屏)向用户展示平台界面
(5)应用实例层:主要是针对园区、厂界区域及泄漏点区域排放的VOCs浓度进行监测、对监测区域气象参数进行监测及分析、对污染物的扩散趋势进行推算等功能。
(6)应用支撑层:以云计算、虚拟化和高性能计算等技术手段,以及可视化技术,整合和分析海量跨地域、跨行业的环境信息,实现海量数据存储,实时处理和深度挖掘和分析。
(7)基础数据层:存储区域及设备数据、实时监测数据、历史数据等信息,解决信息资源管理分散,基础数据存储零乱,标准化差、应用服务适用性单一,难以共享等问题。

3.3.2.实施方案

 

3.4.VOCs厂界在线监测设备    
1)区域参考点在线监测设备—在线色谱分析仪
  在区域周围,建立空气站,利用在线色谱分析仪,监测区域参考点VOCs浓度,反映区域内VOCs本地状况,并反映区域间和区域内污染物输送的相互影响。

 

   该色谱分析仪是的用于连续在线自动分析的全系列色谱分析仪产品。该产品获得意大利CNR实验室认证、ISO6326/2认证并通过德国标准DIN 51855/7认证。可实时监测空气VOC、苯系物、甲烷/非甲烷总烃、硫组分等多种气体。
分析仪可以分析的部分参数: 
总有机挥发物:56种(美国)58种(日本)30种(欧洲) 
苯、乙烯、H2S、乙硫醇、乙烯、邻二甲苯、二甲基硫、甲苯、总卤素、间二甲苯、二甲基二硫、乙苯、三氯三氟乙烷 、对二甲苯、氨(NH3)、胺 、环氧乙烷、硫醇(THT)、氦气、氩气、氢气、氧气 、甲烷等。

产品原理和特点:
       采用在线色谱技术,光火焰(FID)检测法,使用一个带样品浓缩能阱的阀门,并采用了金属毛细管色谱柱,色谱分析仪配有金属毛细管色谱柱。涵盖苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等。
小型化、灵敏性、移动性和灵活性是其主要特性。从样品进入到数据储存全部装在一个 19 英寸的 5U型机箱中并配有内置计算机。配有吸收管预浓缩系统,不会出现样品供给中断的现象。
      软件使用户可以在一台内置的计算机上观察和储存检测数据。此外,它给用户提供了再计算、校准、输出数据和测量设置等方面便利的应用条件。 
软件可以计算保留时间、面积、质量或浓度分布曲线。

(2)区域污染在线监测分析仪

 

       设备采用传感器阵列实现大气污染物和颗粒物的监测。系统的主要监测污染物包括PM2.5、PM10、CO、NOx、SO2、H2S、NH3、VOCs等,可选装恶臭监测功能。

表1:主要技术参数

测量范围

PID: 50ppb~50ppm,

O3:0~20ppm,

SO2:0~2ppm

NO2:0~20ppm,

CO:0~15ppm,

PM2.5:0~1000μgm3

PM10:0~1000μg/m3

工作原理 PID+电化学
测量精度 ±5%(F.S)
响应时间

 臭氧:0~1ppm,T90时间小于35秒

一氧化碳:0~15ppm,T90时间小于20秒

二氧化硫:0~2ppm,T90时间小于30秒

一氧化氮:0~2ppm,时间小于45秒

运行环境 温度-10~60°C                  温度0~90%RH
重复性:≤±1% 
零点漂移 ≤±1%(F.S/4h)
检出限 PID:10ppb
供电 17V太阳能,12V胶体电池

技术特点
1)物联网网络化监测体系;
2)全自动控制空气样品进样、零气过滤、数据解析、结果显示、数据远程传输、后端实时监控的全过程;
3)多种传感器混合传感器阵列组合,包括温湿度传感器、PID 光离子检测器和多种电化学传感器。结果可显示H2S(硫化氢)/NH3(氨气)、VOC 总有机挥发物、一氧化碳、及用户自选的恶臭气体等污染气体浓度值,同时显示无量纲臭气浓度OU值
4)现场或远程监控中心,通过网络便可观看实时及历史监测数据
5)具有/GSM/GPRS/3G等远程传输模式
6)可配套选择装配气象参数仪器、自动留样采样系统、自动报警装置等
7)开放式通讯接口,可与其他设备、软件自由通讯集成联动使用
8)可自由添加仪器台数形成网络化,没有数量限制
9)自由设定安全结果值、报警值范围
3.5.布点方案
      根据区域内有毒有害气体分布及特性、环境敏感区分布、主导风向等因素,结合园区原有监测站的建设情况,识别出大气突发环境事件重点扩散途径,统筹园区VOCs及恶臭自动监测站建设。
       在综合考虑区域的重要性,大气污染物的污染程度、工业化发展水平的高低的基础上,对所在区域进行网格划分,在网格的交点处或中心点设立监测点位,利用分布式冗余节点判断算法,去除传感器冗余节点,从而降低计算复杂度,通信开销及设备成本。同时能够准确判断监测数据的有效性和性,能够绘制该区域不同时段污染物的扩散趋势,有利于对污染物控制进行科学决策。

 图中划分为工业园区,行政办公区、商业区、居民区、医疗、学校、车站、公共绿地等。重点对工业区进行监测,通过工业园区及周边的输入输出源,来计算排放总量,用来监测工业生产中的污染物质排放是否达标,同时对其它非工业用地空气质量进行监测。

        监测点的布设采用网格布点法设置。工业园区有40个工厂,在工业园区域工厂较密集地区,布置40个监测点,在非工业区域,设置10监测点。

3.6.系统优势
(1)标准的技术路线:根据国家相关标准要求提供完整的配置系统;
(2)灵活的方案配置:可根据需求扩展出多种解决方案;
(3)的软件平台:通过中心端软件平台,实现多站点数据集成、分析、上报和发布。
(4)科学的算法技术:采用高斯烟羽模型,分布式冗余节点判断算法实现对VOCs排放区域布点、整体监控,污染物扩散趋势推算,VOCs排放源解析等功能。
(5)的监测数据:可同时监测多种污染气体,具有很高的时间、空间分辨能力和探测灵敏度; 
(6)低廉的运行成本:可实时、连续、长期运行,操作简单,维护方便,运行成本低; 
(7)先进的配套软件:采用数据采集、分析及可视化软件,大大提高监测效率。
(8)多方位的监控方式:由“点源污染防治”向“点面区三位一体污染联防”转变,掌握各企业污染物的排放情况、园区整体空气质量及其它变化趋势
4.项目效益
4.1.社会效益
  园区大气污染环境预警综合管理系统试点项目的建设,将极大地提高化工园区的风险监控、快速预警和应急响应能力,有效保障区域生态环境安全和人民群众生命财产安全,促进园区实现安全、稳定、集约、的发展目标,同时,也将产生良好的应用示范作用,为我国其它化工园区的大气污染综合管理预警体系建设提供经验。因此,项目的建设实施将产生巨大的社会效益。
4.2.环境效益
  化工园区作为化工产品的生产、研发基地,生态环境、安全生产一直备受关注。园区将以本次典型大气污染环境监测综合管理系统项目为契机,进一步加强日常污染源监控和突发事件快速预警响应工作,做好“平战结合”,努力保障区域生态环境安全,改善区域环境质量,因此,本项目的环境效益明显。
4.3.经济效益
  项目完成后园区环境风险得到规避,区域生态环境安全得到充分保障,污染事故的有效控制将大幅减少园区可能的事故性损失,潜在的经济效益巨大。此外,园区将进一步以其专业性、高规格、生态、安全、的定位获得更好的发展平台,与国内外同类型工业园区相比,将具备更强有力的竞争力,将进一步促进产业集聚,提升经济增长质量,扩大招商引资,吸引资金持续注入。

    主营产品:环境质量监测,环境大数据分析,城市空气质量提升服务,化工园区监测预警系统

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