生態環境保護中污染源自動監測技術探討

王曉燕(河南省三門峽生態環境監測中心，河南 三門峽 472000)

0 引言

面對我國工業制造規模擴大、污染物排放日益增多的形勢，各級生態環境監測部門及企業需要在現有污染防治法律法規的基礎上，引入水質在線監測儀、煙氣自動在線監測儀、超聲波流量計等傳感裝置，以及利用網絡計算機、自動控制電路及后臺數據庫，構建起對環境空間中污染物、污染源實時監測的數字系統，以此真正達到生態環境污染自動監控與管理的目標。

1 污染源自動監測技術在生態環境保護中重要意義

1.1 遵循水環境統籌治理的形勢要求

黨的“十四五”時期發展規劃，主要圍繞“水資源、水環境、水生態”三水統籌，進行地表水環境質量監測、水污染防治。將污水流量在線監測儀、COD水質在線監測儀等傳感儀器，引入到區域水環境的統籌監測、治理過程中，可以響應國家對水生態環境健康發展的要求，開展污染物通量、水生生物、生態流量等數據指標的監測，來促進水資源及生態環境的逐步凈化、提升[1]。

1.2 提高大氣污染協同治理的質量

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，而在我國企業產業化轉型的關鍵時期，多種大氣污染物的排放量仍舊居高不下。在這一情況下，國家提出針對京津冀、汾渭平原、長三角地區、成渝地區等污染的綜合治理方案，著重監測空氣中的PM2.5、O3等污染物含量，來推進全國不同區域大氣污染的協同治理。而通過利用煙氣濃度在線監測儀、煙氣壓力在線監測儀、煙氣流速在線監測儀、氮氧化物在線監測儀等設備，進行不同區域化工企業、農業生產的污染源監測，可以更好地對排出污染物源頭、污染物排放量進行監督與控制[2]。

2 污染源自動監測技術概述

2.1 顆粒物自動監測技術

近年來“霧霾”作為一種可見的大氣污染問題，廣泛出現在津京冀及周邊地區、華北及黃淮地區，而其中存在的PM2.5、PM10、二氧化硫及二氧化氮等指標，即為需要監測的排放固定污染源。當下不同地區對生態環境中空氣污染的監測，通常在不同站點設置顆粒物自動監測儀，涵蓋了化工、建材、鋼鐵、火力發電、垃圾焚燒等的污染類別[3]。這一顆粒物自動監測設備，對大氣污染的監測方法為光散射法，其測量原理是將光源發射到大氣環境中，光線遇到不同大小的顆粒物后產生散射光線，并改變原有入射光線的傳播方向，使光敏器件在某一角度范圍內，接收到不同強度的散射光，然后再由計算機將散射光信號轉換為電信號，得出確切的顆粒物濃度。

2.2 COD水質在線監測技術

COD水質指標作為一種長期使用的污染源監測方案，主要借助于COD在線自動監測儀，包括可視光電系統、泵管、透明軟管、檢測試劑等組成部分，對受污染區域的水質作出檢測。COD在線自動監測儀工作的基本原理為，將某一區域采集到的水樣，與硫酸銀溶液、重鉻酸鉀消解溶液、濃硫酸溶液進行充分混合，加熱到170 ℃溫度時，檢查重鉻酸離子氧化溶液的有機物顏色變化，再將分析儀檢測到的顏色變化，轉換為COD值輸出。因此，COD在線自動監測儀選取比色法，對某一空間區域內的水樣采樣，采樣測量范圍為30～1 000 mg/L，采樣時間30 min、采樣周期間隔10 min甚至更長，才能夠得到較為客觀準確的監測分析結果。

3 生態環境污染源自動監測技術的應用研究

3.1 大氣污染源自動監測系統的建構與應用

自20世紀80年代以來，我國在不同地區建立起了多個自動化或半自動化的大氣污染監測儀器，隨后已經有數百個城市建立自身的大氣污染監測系統。而大氣污染源自動監測系統，通常包含網絡監控計算機中心、監測站點、質量保證實驗室、系統支持實驗室等組成部分，其中網絡監控計算機中心為整個系統的心臟，主要由企業監控指揮中心、控制柜等部分組成，其中控制柜包含工控機、氧變換器、流速變換器、定時吹掃控制系統的組成結構。整個大氣污染源自動監測系統的執行流程為，由企業監控指揮中心每分鐘，向不同監控子站發出多種數據信息搜集、上傳指令，如PM2.5、PM10等可吸入顆粒物，以及SO2、NOx等數據信息，再傳輸至后臺數據庫進行差錯數據的核驗、校正，經有線電話網端的調制解調器(modem)發回至企業監控指揮中心計算機，輸出大氣污染監測數據報告，有疑問時令子站重發數據。而自動監測子站是不同區域的監測點位，通常采取多種大氣污染自動監測儀器，進行樣品數據的連續采集、處理與分析，隨時向監控指揮中心傳輸監測數據、設備工作狀態。在發現區域內大氣污染最嚴重的地點后，發出污染危險報警信號。

最后質量實驗室、系統支持實驗室，為整個系統控制、運行、監督的工作核心，負責系統內自動監測儀器的標定、校準與審核，同時根據多種儀器設備的日常運行需求，進行故障檢修、保養和維護。一般系統支持實驗室會配備專業的測試、維修電子儀器，包括數字萬用表、頻率計、邏輯測試筆、雙蹤示波器，用于定期的故障檢和排除。

3.2 水污染源自動監測系統的建構與應用

水污染源自動監測系統是使用污水流量監測儀、COD在線自動監測儀等設備采集污染源排放的水樣數據，并經由數據傳輸設備、在線分析儀表的處理分析，如監測斷面的污染物定性、定量監測，以及污染源水質變化趨勢的分析。因此，水污染源自動監控系統，包含現場自動監控設備、通訊傳輸網絡、企業監控中心平臺、環保政務網站等組成部分[4]。

首先，在線自動監控系統安裝在企業的各污染區域的現場排放口，包括COD在線自動監測儀、氨氮監測儀、pH監測儀、視頻監控器、流量計等，用于每一時刻水污染物排放數據的自動監測。取水單元采用污水采樣泵，并將液位上下限開關安裝于采樣池內，提取水樣總量大于各監測儀器所需總量的200%。而被測水樣采集后，由COD在線自動監測儀等設備作出監測分析。

之后再經由GPRS無線傳輸網絡，將監測到的水污染源數據傳輸至監控中心。其中通訊系統網絡架構內，包含凱立K2數據采集器、RS232/485數字接口、GPRS無線網絡、Web服務器等組成部分，通過TCP/IP協議、SOCKET連接方式等，自動獲取各監控站點的動態IP地址，進行多個應用程序的遠程數據通信，同時將監測數據主動上傳至網絡平臺。

對于不同污染源污染物類別的監測，通常使用光度比色法，測量污染源中包含的氮氣、氨氣、銨根離子等污染物，采樣測量范圍為30～1000 mg/L、測量周期小于10 min，多次測量準確度控制在±2.5%的上下浮動范圍內。

最后，監控指揮中心在一定時間間隔內，發送污染源連續監測指令，完成對水污染狀況的實時監控。當下不同區域通常使用環境監測信息平臺(EMIP)，對污染源區域發回的水環境指標數據，進行自動監測、綜合分析與報表制作。該水環境污染監測信息系統支持單點登錄Single Site-On，用戶在完成身份認證、授權后，就可以對多種網絡自動監控資源作出防污管理，其主要功能接口包括登錄接口、綜合水質分析、數據報表整理、站點管理、綜合水質顯示、系統維護等組成部分[5]。

(1)登錄接口。EMIP水環境污染自動監測信息平臺，由管理員分配不同人員的系統登錄、訪問權限，用戶可以通過輸入用戶名、密碼進行登陸，登陸時會彈出相應的信息提示、報警計劃，用戶需要進行特定的訪問確認或退出。登陸進入系統后，可以查看以往的歷史記錄，以及當天校準儀器運轉狀況、要增加試劑、故障報警等信息。

(2)綜合水質分析。根據已經得到的區域環境水污染自動監測數據，進行相關資源的手動整理、自動分析及數據庫存儲。其中在污染源綜合水質分析的過程中，通常涉及到水質現狀分析、污染指數分析、多指針分析、達標狀況分析，并匯編成圖形、曲線或報表。

(3)數據報表整理。通過對歷史資料、有效數據資源進行識別與整理后，生成年、月、周、日等不同時間段的報表，自動計算出各區域不同時段的水質等級、超標污染物，以及最大值、最小值、平均值等參數信息，最終以報表資料的形式作出顯示。

(4)站點管理。由系統管理員針對多個水污染源區域，進行站點設定、站點設備調試、設備個數增加、測量參數調整，或者查看歷史報警信息后，再制定相應的監測計劃任務。

(5)綜合水質顯示。EMIP水環境污染自動監測系統的控制面板，會針對污染源水質的綜合監測情況，將監測結果在網站、客戶端APP面板上進行顯示。

4 結語

隨著生態環境碳達峰、碳中和愿景目標的提出，我國面臨的生態治理時間更緊、困難更多，任務異常艱巨。水污染、空氣污染和土壤污染等環境現狀，迫使政府及相關企業必須從污染源的監測出發。因此，通過多種污染源自動監測技術的應用，查找出不同區域的污染源、環境污染程度，不僅可以加快生態環境監測現代化，同時還可以督促企業對存在的環境污染問題盡快作出改善與治理，為生態文明及美麗中國建設提供有力技術支撐。