绿色“一带一路”技术 | 工业园区气体污染在线立体防控系统

导读

为促进“一带一路”共建国家的环保技术交流和产业合作，推动国内外环保先进实用技术推广应用，服务绿色“一带一路”建设和打好污染防治攻坚战，在生态环境部相关部门指导下，生态环境部对外合作与交流中心和中国环境保护产业 联合开展了2020年绿色“一带一路”技术储备库技术征集活动并形成2020年绿色“一带一路”技术储备库入选技术清单，共计54项。现开通绿色“一带一路”技术储备库技术展示专栏，陆续展示纳入技术储备库的先进实用环保技术。

工业园区气体污染在线立体防控系统

一、技术持有单位

北京伟瑞迪科技有限公司

二、适用范围

化工园区环境监测及环境管理

三、主要技术内容

（一）基本原理

工业园区气体污染在线立体防控系统主要由厂界监测微型站、挥发性有机物（VOCs）在线监测系统、排放源管理信息系统、 格化区域气体污染监测预警系统、动态溯源分析建模和有毒有害气体环境风险预警系统组成。

通过建设布点科学、配置完备的区域（厂界）在线监测 络，实现对企业大气特征污染因子、有毒有害气体的实时在线监测与预警监管，全面掌握监测企业重点污染源的排放数据，快速捕捉污染物的异常排放行为，达到实时预警；同时结合大数据、神经 络等方法，建立气体污染快速决策与评估体系，定量分析工业园区对邻近区域的污染贡献、工厂间的污染排放贡献比和工厂内排放源的贡献值；并通过现代化的综合信息技术手段，将园区风险源、危险源等数据整合在三维GIS平台上，以实现有毒有害气体相关的实时数据、历史数据和对突发环境事件的应急处置等。

（二）技术优势

1. “一企一档”污染源数据管理及应用技术

2. 多气体 格化区域监测预警技术

通过建设布点科学的 格化厂界监测微型站和挥发性有机物（VOCs）在线监测系统，实现园区各企业不同污染物（多种气体）的实时在线监测，以无线传输的方式，把监测数据上传至系统平台，结合周边大气自动站等监测数据，建立“横向到边、纵向到底”的区域 格化远程监控，并根据设定限值进行预警 警。本技术处于国内领先水平。

3. 工业园区大气污染物浓度空间分布分析技术

本系统根据厂界监测微型站和挥发性有机物（VOCs）在线监测系统获取的空气中各种污染物浓度的监测数据及站点的位置信息，利用克里金算法对分析 格中的点进行插值计算，并结合GIS技术可以直观的展示污染物的浓度空间分布，建立整个工业园区的浓度分布模型。通过实时污染物的浓度分布图，进行大气污染物等级划分，并以不同的颜色展示在地图页面上。

本技术结合了物联 技术、神经 络的实时多尺度动态分析技术、地理信息系统及动态图表等技术，实现了高时空分辨率（分钟、50米）的 格化监测与分析，处于国内领先水平。

4. 实时动态溯源技术

5. 传感器温度补偿及交叉干扰解算技术

传感器的响应系数与经纬度、温湿度、不同气体相关，直接应用会导致测量值出现偏差。本系统引入了经纬度、温湿度补偿算法，同时设计交叉干扰矩阵实现交叉干扰补偿。本系统支持平台校准和传递校准，有效提高了系统测量精度。

作为项目第一完成单位，负责项目总体技术方案设计，包括系统应用设计、算法设计、可行性研究、技术路线确定和产品定型等，并研发了传感器温度补偿及交叉干扰解算方法、工业园区大气污染物浓度空间分析模型建立，开发了气体污染物动态溯源算法。解决了本项目遇到的电化学分析方法准确度不够、无成熟的小尺度气体扩散模型等关键问题。

6. 厂界监测微型站功能创新设计

针对本系统要求，主要在以下方面进行创新设计：

1) 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；

2) 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；

3) 现场或远程监控中心，通过 络便可观看实时及历史监测数据；

4) 具有/GSM/GPRS/3G等远程传输模式；

5) 可配套选择装配气象参数仪器、自动留样采样系统、自动 警装置等；

6) 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；

7) 自由设定安全结果值、 警值范围。

7. 挥发性有机物（VOCs）在线监测系统功能创新设计

1) 一体化设计：该系统可以自动完成从样品抽取、样品传输、样品预处理、数据采集及处理、数据上传等在线分析系统的全部工作，测量精度高、稳定性好、响应时间快、适用范围广；

2) 全程伴热：系统从探头采样到分析机柜全程高温，保证检测数据准确可靠；

3) 优越的扩展性：系统可监测总烃、甲烷、非甲烷总烃、苯系物、恶臭等上百种挥发性有机污染物，可根据不同客户的检测需求定制，也可根据政策和法规的改变随时增加新的内容，具有优越的扩展性；

4) 强大的软件功能：全中 界面，便于使用与操作。包括模拟图、实时数据、折算数据、累计数据、曲线、历史、 表等多种显示、处理、统计及存储、打印功能，满足客户的多种需求；

5) 自动化及智能化：系统可实现无人值守全自动运行，仪器可自动校正，保证长期测定的准确性。

6) 远程数据传输：系统可以通过设备自带GSM无线传输模块与当地监管平台进行联 ；

远程故障诊断：可以进行远程故障诊断与维护，及时的对系统进行维护及维修，保证系统的高效运行。

四、技术指标及使用条件

（一）技术指标

工业园区气体污染在线立体防控系统主要由厂界监测微型站、挥发性有机物（VOCs）在线监测系统、排放源管理信息系统、 格化区域气体污染监测预警系统、动态溯源分析建模和有毒有害气体环境风险预警系统组成。

1. 排放源管理信息系统

1.1系统概述

排放源管理信息系统依据国家规范要求，采用B/S架构，可进行六大行业排放企业基础数据的录入及污染物排放统计分析，对工业园区的污染源形成统一的管理，为企业实现“一企一档”提供技术保障。本系统为环保、安全等监管部门联合执法提供数字化监管手段，下图给出了排放源管理信息系统的框架。

排放源管理信息系统的框架

1.2排放源管理信息系统功能

1.2.1精确计算排放基数为确定排放清单提供依据

排放源管理信息系统在对各企业排查、分析的基础上，可实现对园区污染排放企业运行情况、污染治理设备、排污情况、工业设施等基本信息的录入、修改、查询等功能，实现污染源排污系数配置以及企业排放量、污染物排放量等数据的统计分析等功能，为环境监管部门摸清排放基数，确定排放清单提供客观的科学依据。

1.2.3关键检查点快速引导，提高效率节约成本

排放源管理信息系统通过对园区企业实行“一企一档”管理，可以为环境监管部门快速排查可疑点提供依据，提高效率，节约成本；同时也可以为企业对自身污染现状由详细的了解，从而达到快速检查，高效完善。

2. 格化区域气体污染监测预警系统

2.1系统概述

格化区域气体污染监测预警系统采用单元 格管理法的方式，按照“ 定格、格定则、责定人”的理念，建立“横向到边、纵向到底”的区域 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、气象因素的基础上，采用基于克里金算法模型、国际通用的大气扩散模型（SLAB、CALPUFF和GAUSS）进行开发。实时统计各区域、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。

同时，高时空分辨率的 格化气体污染监测预警系统可实时监测区域污染物的排放情况，实现污染物扩散趋势推算，超标排放快速预警预 等功能，并结合物联 技术、智能采集技术、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、智能化的区域污染源在线监测平台，实现对控制污染源无组织排放，减少大气污染等综合管理，提升园区环保、安全风险管理水平，保障园区周边人民群众的健康安全。

2.2系统功能

在全面掌握、分析污染源排放、气象因素的基础之上，采用国际通用的大气扩散模型（SLAB、CALPUFF和GAUSS）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，实现对污染排放区域整体监控，污染物扩散趋势推算，污染排放源解析等功能。

2.2.1排放地图

1) 在地图上标识出有关监测企业位置，同时在地图中标识企业边界范围；

2) 在地图中标识出厂界监测点位置，同时用不同的图标标识监测状态；对已经标识在地图上污染源，可以方便地进行各种查询，如实时监测数据、排放限值、污染状况、气象条件以及图表展示等；

3) 浓度分布：实现区域浓度计算，在GIS地图中显示浓度分布情况；

4) 地图应可实现放大、缩小及拖拽功能；实现卫星图及普通地图切换功能。

排放地图示意图

2.2.2实时监测

显示有关企业厂界排放实时数据，显示厂界监测站点实时监测浓度。

实时监测示意图

2.2.3数据查询

1) 实现对监测企业厂界排放浓度、等效排放量历史数据查询；

2) 实现对监测企业厂界监测点排放浓度历史数据查询；

3) 数据实现按小时、按日、按月、按年查询；

4) 具备监测点污染浓度、等效源强历史数据查询及导出功能。同时以图表的形式体现数据历史变化趋势。

数据查询示意图

2.2.4自动 表

数据评价采用《大气污染物综合排放标准》和《恶臭污染物排放标准》中厂界二级标准中污染物浓度限值进行评价。当出现污染物浓度高于标准限值时，系统即自动统计 警次数。

自动 表示意图

2.2.4统计分析

实现企业排放量统计、企业排放排名、排名数据导出。以图表的形式实现排放贡献率分析、多污染物排放对比分析，超标排放对比分析、企业对比分析、排放趋势分析、分析数据导出及打印。

统计分析示意图

2.2.5 警管理

1) 实现超标 警信息管理；

2) 警信息实现按按日、按月、按年查询；

3) 显示查询时间段内累计 警次数；

4) 显示查询时间段内 警详情。

警管理示意图

2.2.5大气自动站数据接入

根据用户需求，可实现对大气自动站数据的接入，同时实现数据的查询、自动站与排放源排放数据对比及导出功能。

3. 动态分析建模

3.1系统概述

动态溯源分析建模以厂界监测微型站、挥发性有机物（VOCs）在线监测系统的实时监测数据和气象数据为数据源，结合区域等大尺度气象数据，通过国际通用的大气扩散模型（SLAB、CALPUFF和GAUSS）分析污染源排放的污染物在大气中的扩散规律，通过环境大数据分析技术和神经 络算法实现污染物实时多尺度溯源。神经 络的输入层为环境大数据层，包括微型站监测数据，挥发性有机物（VOCs）在线监测数据，气象数据，污染源和监测点的位置信息等， 络输出层为应用层，通过建立污染溯源解析模型，输出结果为污染源的浓度，不同污染源的位置信息，以及污染源的排放贡献比。

溯源解析模型结构图

3.2动态溯源

结合监测数据和气象数据，利用国际通用的大气扩散模型（SLAB、CALPUFF和GAUSS），精确计算不同监测区域之间的污染排放。并依据监测设备的布点位置，结合风向数据精确计算出上风向和下风向的位置，定性计算出各个监测区域的排放浓度，从而确定不同监测区域的排污权。

溯源分析示意图

动态溯源效果图展示

3.3减排评估

根据溯源分析的结果和污染物在大气中的扩散规律，结合企业聚集区污染源的实际调研情况，为企业聚集区大气污染防治工作提出不同的污染减排建议。同时，通过对不同减排方案的实施效果进行模拟，对产生的环境影响进行评估，从而衡量不同措施的好坏，实现科学有效污染调控，为企业聚集区大气污染防控提供决策支持。

减排评估示意图

4.有毒有害气体环境风险预警系统

4.1系统概述

本系统使用先进成熟的物联 技术、三维地理信息（GIS）技术、现代信息通讯技术以及大数据分析技术等综合信息技术手段，将园区风险源、危险源与特征污染源数据整合在三维GIS平台上，使用户能在该平台上完成对有毒有害气体相关的实时数据、历史数据查看和对突发环境事件的应急处置等，以建成“平战结合、统筹兼顾”于一体的环境风险防控预警应急体系。

4.2系统功能

4.2.1信息数据

1) 对重点风险源企业进行统计，建立涉危化品企业库。统计内容包括企业名称、单位性质、企业规模、行政区域、安全负责人、产品及规模、化学品信息、联系方式等。

2) 对重大危险源（如爆炸危险源、 火灾危险源、泄漏危险源等）数量进行统计，建立危化品信息库。统计内容包括危化品名称、危化品分类、危化品理化情况（标识、理化状态）、应急处理处置办法（急救、消防措施）、环境影响、环境标准、监测方法（现场监测、实验室监测方法）、空间信息等。

4.2.2应急数据统计

1) 应急队伍（园区应急人员、专业应急人员，兼职应急人员等）统计，统计内容包括名称、队伍类型（消防、医疗、救援）、人员配置、所属单位、负责人、联系电话等。

2) 各类应急专家统计，统计内容包括专家姓名、专家类型（应急处置、应急救援）、所属单位、联系电话等。

3) 应急物资统计，统计内容包括名称、类型（灭火类、防护类、生化类）、数量、所属企业、有效期等。

4) 应急预案统计，包括预案名称、预案类型（综合预案、现场处置预案、专项应急预案）、预案等级、预案内容、相关人员、相关知识、更新时间、处置步骤等。

5) 应急事故统计，包括事故名称、事故时间、事故地点、死亡人数、事故类型（爆炸、泄漏、火灾）、事故详情（事故起因、经过、教训、防范措施、处置方法、处置 告、处置过程分析）等。

4.2.3未来风险预测

1) 未来环境风险预测，针对园区所有的特征因子分别预测，未来24小时内环境风险分析。有无超标，超标时间预计，出现风险后的预案内容。

2) 未来安全风险预测，针对园区所有的危险源进行整体分析，预测可能出现风险的危险源，出现风险后的预案的内容。

4.2.4环境风险分析

1) 园区整体分析，包括园区气象分析（未来24H）、环境风险重点企业分析，环境风险重点因子分析，园区受影响敏感体分析，园区应急资源分析，园区应急预案提示。

2) 重点企业分析，包括企业多因子超标、占标分析，企业预案提示，应急资源提示、受企业影响敏感体分析，企业风险预测。

3) 特征因子分析，包括趋势分析、同比分析、环比分析、预测分析、预案提醒。

5. 厂界监测微型站

本系统设计了先进的传感器检测阵列技术，可实现污染源企业无组织排放监测。设备主要由气象监测站、太阳能电池板、厂界气体污染监测主机和监控杆四部分组成。

厂界监测微型站可实现包括常规污染物（PM2.5、PM10、NOx、CO、O3、SO2等）、特征污染物（TVOC、H2S、NH3、HCl等）以及气象因子（温度、湿度、风速、风向、大气压）的监测，监控因子可根据客户需求进行扩展和组合，可选装恶臭监测设备。

设备内置神经 络、物联 应用算法，具有智能化程度高、建设成本低、运营维护成本低的优势。还可自由添加仪器台数形成 格化，无数量限制。

厂界监测微型站

设备实现的技术指标如下：

设备集成气象站的技术参数：

6. 挥发性有机物（VOCs）在线监测系统

挥发性有机物（VOCs）在线监测系统根据GC-FID分析原理，采用抽取法采样，配置先进的气相色谱分离技术和火焰离子检测方法，可对园区环境空气中的总烃（THC）、甲烷、非甲烷总烃（NMHC）、苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯等多种挥发性有机污染物进行在线监测。本系统可根据不同客户的检测需求定制，也可根据政策和法规的改变随时增加新的内容，具有优越的扩展性。

通过样品采集、分析获得的监测数据可实时上传至环保部门的监控平台，实现污染物排放浓度的实时数据显示，降低了环境保护监控行业气体监测的技术要求，体现了现代气体监测设备的安全性、可靠性和高科技性。

本系统可实现模拟图、实时数据、折算数据、累计数据、曲线、历史、 表等多种显示、处理、统计及存储、打印功能，满足客户的多种需求。

系统可无人值守全自动运行，可自动校正，保证长期测定的准确性。

（二）条件要求

适用于化工园区环境监测及环境管理。

（三）典型规模

设备数量多台，平台一套。

五、关键设备及运行管理

（一）主要设备

工业园区气体污染在线立体防控系统主要由厂界监测微型站、挥发性有机物（VOCs）在线监测系统、排放源管理信息系统、 格化区域气体污染监测预警系统、动态溯源分析建模和有毒有害气体环境风险预警系统组成。

（二）运行管理

该系统可以自动完成从样品抽取、样品传输、样品预处理、数据采集及处理、数据上传等在线分析系统的全部工作，测量精度高、稳定性好、响应时间快、适用范围广；可根据不同客户的检测需求定制，也可根据政策和法规的改变随时增加新的内容，具有优越的扩展性；可实现无人值守全自动运行，仪器可自动校正，保证长期测定的准确性。

六、投资效益分析

（以金山第二工业区重点污染源企业区域空气污染在线监测预警系统项目为例）

（一）投资情况

（二）运行费用

（三）效益分析

1、经济效益分析

1） 本系统通过建设自动化、 络化、智能化和信息化的预警体系，实现突发环境事件的及时发现、及时响应和准确预警，将显著降低化工园区对周边居民的健康风险和环境风险，避免或减少因突发环境事件直接或间接导致的人身和财产损失。

2） 以化工园区为整体，集中财力、物力建设重点区域风险预警、防控和应急管理体系，减少各个企业在大气污染防控、有毒有害气体风险预警方面的重复、低效的环保投入，可以充分发挥资金的使用效率，产生规模效益。

3）本系统的实施将对国家重点化工园区大气污染防控、有毒有害气体风险预警监测 络建设产生有力的示范效应。通过试点项目建设，探讨适合不同类型园区的气体污染在线立体防控系统建设模式，为全面推进中国国内及“一带一路”沿线重点区域气体污染防控系统建设提供思路和经验借鉴。

2、环境效益分析

本系统的实施将极大提高化工园区环境风险防范和环境应急管理能力，推动我国重点区域环境管理向全过程风险管理转变。各化工园区通过建设气体污染在线立体防控系统，可实现对企业大气特征污染因子的实时在线监测与预警监管，全面掌握监测企业重点污染源的排放数据，快速捕捉污染物的异常排放行为，达到实时预警效果；提高园区风险源、危险源管理和突发环境事件的应急处置能力；将大大提升各化工园区的风险管理能力、环境监管能力、预测预警能力和应急响应能力，改善区域环境质量。

本系统已成功应用于上海、山东、陕西、河北等区域，得到了用户的好评，本系统为园区和城市的管理提供了有效的技术支撑和管理依据。上海项目建成后，市委书记和市长分别到项目现场考察指导，并给予了高度认可。

七、技术成果鉴定与鉴定意见

（一）组织鉴定单位

中国民营科技促进会

（二）鉴定时间

2017年12月24日

（三）鉴定意见

由中国民营科技促进会共同参与评定，鉴定委员会一致认为：“工业园区气体污染在线立体防控系统”被确认为科学技术成果，授予科学技术成果证书。

八、推广与应用示范情况

（一）推广情况

目前工业园区气体污染在线立体防控系统已获得北京市科委科技型中小企业促进专项基金支持，并已先后应用于上海市金山第二工业区、山东庐山化工园区、安徽安庆高新区、陕西礼泉再生资源产业园、河北定州环保局、河北安平环保局等项目，并已在全国大部分省市进行了推广。

上海市金山第二工业区的应用取得了非常好的效果。为了解决园区异味气体扰民问题，改善园区环境空气质量，保障周边居民生活、健康质量的提高，促进企业转型发展，本项目对园区内重点污染企业（如强盛化工、群力化工等共37家）共布设172个厂界监测微型站点进行污染源企业无组织排放监测，同时建立排放源管理信息系统、 格化区域气体污染监测预警系统及动态溯源及决策支持系统对园区空气环境质量进行监管和分析决策。本项目建成后，园区投诉事件减少了70%，半年内淘汰了四家落后的企业，并引入了世界500强企业。目前已经累计接待国内各省工业园区管委会、环保局等单位超过60个，获得了用户和领导的一致认可。

陕西再生资源产业园内企业主要从事危险废物处置、废旧家电回收拆解再利用、再生资源加工利用等生产经营，这些企业生产过程中会产生氮氧化物、有机废气（芳香族类、酮类、酯 类、醇类）、SO2等废气，带有严重的异味。尽管大部分企业在排放前已经采取了相应的治理手段，但由于技术水平、治理能力，设施投资力度等多方面的差异，园区内废气对周边村庄居民（园区附近有五个村）的生活质量依然造成了影响，引起周边村民的投诉。项目建成后，本系统及时协助园区督查企业、帮助企业及时调整生产节奏，提高生产技术能力，减少污染排放，提高园区空气质量，减少周边居民投诉，实现区域经济的可持续发展。

目前本系统已累计运行300余套，创造产值5000余万元，获得了用户的一致认可。

（二）应用情况

1、主要用户名录

2、用户意见

通过排放源管理信息系统，全面掌握园区企业数据和排放情况，实现园区“一企一档”管理；系统24 小时监测（时间分辨率1 分钟，空间分辨率 50米）企业的排污情况，及时预警 警；通过溯源分析模型，实现污染浓度分布和溯源分析；发生群众投诉或恶臭污染时，能快速定位排放源，并可通过情景模拟，实现污染减排方案评估。

本项目为园区的污染排放精细 格化管理提供科学有效技术支持和管理依据，提高了园区管理水平。

九、专利及获奖情况

（一）专利情况

（二）获奖情况

十、技术服务方式

本技术的设计、实施、技术配套、售后服务等可全部由北京伟瑞迪科技有限公司独立操作，高效、规范的工作保证项目保质保量地完成。公司有专人负责售后服务，能够为客户提供最佳的售后服务。

对接洽谈

生态环境部对外合作与交流中心

技术交流部

联系人：孔德、费伟良

邮箱：kong.de@fecomee.org.cn