化工園區大氣監測監控與預警預報集成技術

王建成，周衛可，張翔，陳凱，顧建冬(1.南京大學鹽城環保技術與工程研究院，江蘇 鹽城 224001；2.江蘇省產業技術研究院水環境工程技術研究所，江蘇 鹽城 224001)

0 引言

化工行業是我國支柱產業之一，在經濟社會發展中占有非常重要的地位。21世紀以來，因政策導向和產業集聚效應，化工園區的數目迅速增加，已成為化工行業的主戰場[1]。國務院2016年明確提出：“全面啟動城鎮人口密集區和環境敏感區域的危險化學品生產企業搬遷入園或轉產關閉工作。新建化工項目全部進入化工園區，形成一批具有國際競爭力的大型企業集團和化工園區。” 作為一種集約化的發展模式，化工園區帶來大量經濟效益的同時，也給對環境空氣構成一些威脅[2-3]。化工園區企業聚集，廢氣排放量大且類別繁多，排放不規律，無組織排放多，如何監管是個大難題[4-6]。除了惡臭等擾民問題外，化工園區排放大量廢氣也會對周邊區域大氣環境造成影響，比如臭氧、光化學煙霧等的產生，另外還涉及周邊群眾健康風險[7-9]。

目前，化工園區周邊群眾對廢氣投訴事件頻發，政府部門整治壓力很大，管理上對于溯源現實需求強烈。現有溯源分析方法在城市、大區域尺度上應用良好，但在小區域尺度實現精準溯源分析比較困難，研究成果少，也缺少好的應用案例[10]。化工園區廢氣監測監控與預警預報技術為各化工園區提供了一個很好的廢氣整體管控方案。該技術在化工園區大氣特征污染物篩選、監測點位優選、污染溯源、預警預報等方面進行集成研究，指導化工園區大氣監測網絡構建，提升大氣環境監控預警整體水平與能力。

1 技術路線

建立化工園區環境監控預警系統，是降低化工園區環境風險，遏制環境污染事故發生，保護生態環境安全的重要措施。化工園區大氣監測監控與預警預報集成技術主要創新在于集成大氣污染物監測監控預警-排放溯源-應急響應關鍵技術，通過特征因子篩選、監測網絡優化、監控平臺搭建、污染動態溯源、有效預警預報等手段，建立化工園區全過程大氣監管體系(如圖1所示)，最終實現環境管理提升、企業整治提升、空氣質量提升。

圖1 化工園區大氣監測監控與預警預報集成技術框圖

2 技術內容

2.1 監控指標篩選

該技術全面梳理園區內化工企業生產工藝、原輔料類別，掌握各企業產排污環節，識別片區存在的大氣環境高風險物質及其排放特征，確立重點關注污染源的有組織及無組織排放特征污染物因子。根據大氣污染物排放量、檢出率、毒性、嗅閾值、光化學活性等指標，結合現有實施監測與控制的必要技術條件，建立篩選特征污染物方法。同時將化工園區內已造成嚴重污染、嗅閾值較低、環境風險較大的大氣污染物篩選為特征污染物。

管理者可以根據污染物種類、環境標準、監測能力等實際情況，有序推進治理措施實施。在針對特定污染源監測時，優先監控其排放的主要污染物，在園區邊界和周邊敏感保護目標監控時，優先監控園區的特征污染物。

2.2 監測網絡優化

構建“點、線、面、域”多級監測網絡。監測點的選擇需綜合考慮園區地形地貌、氣象條件等自然特征，以及園區內企業的類型、規模、工藝技術及排放控制手段等多種因素[11]。通過模式模擬計算污染物擴散、遷移及轉化規律，預測污染分布狀況，進而尋找合理的監測點位。基于園區優先管控大氣特征污染物，選用技術先進、性能可靠、運行穩定的相關儀器和設備開展監測，并結合區域污染狀況考慮建站條件[12]。根據污染排放情況、污染路徑、敏感目標，合理優化布局監測網絡點位，后期根據園區環境管理工作需要以及園區發展實際情況可做動態調整。

在固定點布設的基礎上還可以通過增加移動監測站來提升監測監控能力。在發生突發事件時，移動站點則作為應急監測設備，移動至事發地點，實施應急監測。

2.3 監控平臺建設

建立環境信監控共享平臺，將模型分析結果、統計分析結果、數據審核結果、超標事件分析統計結果、儀器運行狀態統計結果及時共享給相關業務部門，通過系統采集其他部門的數據，包括氣象數據、污染源一廠一檔數據、居民投訴信息、現場處置信息反饋等。通過監控平臺“一張圖”功能，直觀展示目前園區存在的監測站點、排污單元、周邊環境以及污染物分布等信息。

對歷史數據進行采集、匯總，建立環境數據分析儲庫，對匯總數據進行清理、分類、分析，例如結合氣象數據、地理信息、空氣質量監測數據進行環境質量現狀評價，污染趨勢分析[13]。利用大數據挖掘手段找出各園區污染特征以及潛在關聯，形成區域污染特征屬性，提供環境污染綜合治理決策依據。

2.4 污染動態溯源

當園區內空氣質量自動站監測到因子超標時，系統自動啟動溯源功能，根據園區內的空氣監測站點進行散點圖初步溯源，再通過模型進一步縮小溯源范圍。利用污染源追蹤技術先將站點監測組分聚類或主成分分析，然后與污染源指紋譜進行相關性分析，進一步鎖定疑似源。結合氣象條件，快速調取周邊污染源檔案，分析周邊企業的原料、產品、副產品，排查污染來源。

隨著新的科技手段不斷出現和應用，鼓勵創新利用走航監測等先進手段進行污染定位[14-15]，輔助人工現場排查，最終鎖定污染源。找到問題源頭后，要在監控平臺對相關事件建檔立冊，輔助執法和管理，并限期督促整改。

2.5 預警預報機制

積極的預警預報機制，有利于園區對于污染事件提前開始有效預防，化被動為主動，化解環境風險。預警預報的前提是對于污染物分布情況的準確預測。根據源排放特征、氣象、地形等因素，運用大氣污染擴散模型，如：AERMOD、WRF/CALPUFF等[16]，模擬污染物濃度分布特點，建立特定源強排放、氣象等條件下區域網格內污染物濃度分布特點及規律，形成原始情景案例庫。通過要素(氣象、工況等)和歷史情景的匹配度來進行篩選，以最高接近度情形為依據，判斷大氣污染排放和分布情況，實現特征污染物未來分布預測。

對環境空氣質量等進行1 h、12 h、48 h、168 h實時預測分析，并顯示污染氣團擴散趨勢及影響范圍、強度。可依據園區產業布局、企業風險源產生及分布特點、園區所在地理位置、地形地貌、氣象條件、周邊敏感目標屬性和分布特點及被監測風險因子的物化性質、毒性、易燃易爆性、職業衛生接觸限值、環境質量排放限值等關鍵因素進行論證并對污染因子設置對應的預警閾值。將預警信號劃分級別，建立分級響應機制，一定情形下提前發出預警信息，積極及時處置。此外，還可以根據減排目標，指導園區提前采取產能調整等預防應急措施，化解可能出現的不利環境事件。

3 結語

化工園區廢氣問題多、管控難度大，在加強監測基礎上實現精準溯源和預報，是實現有效防控的重要前提。化工園區大氣監測監控與預警預報集成技術聚焦于小尺度集中排放區的廢氣精準防治，通過集成污染監控、溯源排查、預警預報等先進手段，促進企業廢氣治理、達標排放，改善園區大氣環境質量。該技術緊扣當前化工園區污染防治迫切需求，應用前景廣泛。