生态环境保护中污染源自动监测技术探讨

王晓燕(河南省三门峡生态环境监测中心，河南 三门峡 472000)

0 引言

面对我国工业制造规模扩大、污染物排放日益增多的形势，各级生态环境监测部门及企业需要在现有污染防治法律法规的基础上，引入水质在线监测仪、烟气自动在线监测仪、超声波流量计等传感装置，以及利用网络计算机、自动控制电路及后台数据库，构建起对环境空间中污染物、污染源实时监测的数字系统，以此真正达到生态环境污染自动监控与管理的目标。

1 污染源自动监测技术在生态环境保护中重要意义

1.1 遵循水环境统筹治理的形势要求

党的“十四五”时期发展规划，主要围绕“水资源、水环境、水生态”三水统筹，进行地表水环境质量监测、水污染防治。将污水流量在线监测仪、COD水质在线监测仪等传感仪器，引入到区域水环境的统筹监测、治理过程中，可以响应国家对水生态环境健康发展的要求，开展污染物通量、水生生物、生态流量等数据指标的监测，来促进水资源及生态环境的逐步净化、提升[1]。

1.2 提高大气污染协同治理的质量

大气中存在着一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物等污染物，而在我国企业产业化转型的关键时期，多种大气污染物的排放量仍旧居高不下。在这一情况下，国家提出针对京津冀、汾渭平原、长三角地区、成渝地区等污染的综合治理方案，着重监测空气中的PM2.5、O3等污染物含量，来推进全国不同区域大气污染的协同治理。而通过利用烟气浓度在线监测仪、烟气压力在线监测仪、烟气流速在线监测仪、氮氧化物在线监测仪等设备，进行不同区域化工企业、农业生产的污染源监测，可以更好地对排出污染物源头、污染物排放量进行监督与控制[2]。

2 污染源自动监测技术概述

2.1 颗粒物自动监测技术

近年来“雾霾”作为一种可见的大气污染问题，广泛出现在津京冀及周边地区、华北及黄淮地区，而其中存在的PM2.5、PM10、二氧化硫及二氧化氮等指标，即为需要监测的排放固定污染源。当下不同地区对生态环境中空气污染的监测，通常在不同站点设置颗粒物自动监测仪，涵盖了化工、建材、钢铁、火力发电、垃圾焚烧等的污染类别[3]。这一颗粒物自动监测设备，对大气污染的监测方法为光散射法，其测量原理是将光源发射到大气环境中，光线遇到不同大小的颗粒物后产生散射光线，并改变原有入射光线的传播方向，使光敏器件在某一角度范围内，接收到不同强度的散射光，然后再由计算机将散射光信号转换为电信号，得出确切的颗粒物浓度。

2.2 COD水质在线监测技术

COD水质指标作为一种长期使用的污染源监测方案，主要借助于COD在线自动监测仪，包括可视光电系统、泵管、透明软管、检测试剂等组成部分，对受污染区域的水质作出检测。COD在线自动监测仪工作的基本原理为，将某一区域采集到的水样，与硫酸银溶液、重铬酸钾消解溶液、浓硫酸溶液进行充分混合，加热到170 ℃温度时，检查重铬酸离子氧化溶液的有机物颜色变化，再将分析仪检测到的颜色变化，转换为COD值输出。因此，COD在线自动监测仪选取比色法，对某一空间区域内的水样采样，采样测量范围为30～1 000 mg/L，采样时间30 min、采样周期间隔10 min甚至更长，才能够得到较为客观准确的监测分析结果。

3 生态环境污染源自动监测技术的应用研究

3.1 大气污染源自动监测系统的建构与应用

自20世纪80年代以来，我国在不同地区建立起了多个自动化或半自动化的大气污染监测仪器，随后已经有数百个城市建立自身的大气污染监测系统。而大气污染源自动监测系统，通常包含网络监控计算机中心、监测站点、质量保证实验室、系统支持实验室等组成部分，其中网络监控计算机中心为整个系统的心脏，主要由企业监控指挥中心、控制柜等部分组成，其中控制柜包含工控机、氧变换器、流速变换器、定时吹扫控制系统的组成结构。整个大气污染源自动监测系统的执行流程为，由企业监控指挥中心每分钟，向不同监控子站发出多种数据信息搜集、上传指令，如PM2.5、PM10等可吸入颗粒物，以及SO2、NOx等数据信息，再传输至后台数据库进行差错数据的核验、校正，经有线电话网端的调制解调器(modem)发回至企业监控指挥中心计算机，输出大气污染监测数据报告，有疑问时令子站重发数据。而自动监测子站是不同区域的监测点位，通常采取多种大气污染自动监测仪器，进行样品数据的连续采集、处理与分析，随时向监控指挥中心传输监测数据、设备工作状态。在发现区域内大气污染最严重的地点后，发出污染危险报警信号。

最后质量实验室、系统支持实验室，为整个系统控制、运行、监督的工作核心，负责系统内自动监测仪器的标定、校准与审核，同时根据多种仪器设备的日常运行需求，进行故障检修、保养和维护。一般系统支持实验室会配备专业的测试、维修电子仪器，包括数字万用表、频率计、逻辑测试笔、双踪示波器，用于定期的故障检和排除。

3.2 水污染源自动监测系统的建构与应用

水污染源自动监测系统是使用污水流量监测仪、COD在线自动监测仪等设备采集污染源排放的水样数据，并经由数据传输设备、在线分析仪表的处理分析，如监测断面的污染物定性、定量监测，以及污染源水质变化趋势的分析。因此，水污染源自动监控系统，包含现场自动监控设备、通讯传输网络、企业监控中心平台、环保政务网站等组成部分[4]。

首先，在线自动监控系统安装在企业的各污染区域的现场排放口，包括COD在线自动监测仪、氨氮监测仪、pH监测仪、视频监控器、流量计等，用于每一时刻水污染物排放数据的自动监测。取水单元采用污水采样泵，并将液位上下限开关安装于采样池内，提取水样总量大于各监测仪器所需总量的200%。而被测水样采集后，由COD在线自动监测仪等设备作出监测分析。

之后再经由GPRS无线传输网络，将监测到的水污染源数据传输至监控中心。其中通讯系统网络架构内，包含凯立K2数据采集器、RS232/485数字接口、GPRS无线网络、Web服务器等组成部分，通过TCP/IP协议、SOCKET连接方式等，自动获取各监控站点的动态IP地址，进行多个应用程序的远程数据通信，同时将监测数据主动上传至网络平台。

对于不同污染源污染物类别的监测，通常使用光度比色法，测量污染源中包含的氮气、氨气、铵根离子等污染物，采样测量范围为30～1000 mg/L、测量周期小于10 min，多次测量准确度控制在±2.5%的上下浮动范围内。

最后，监控指挥中心在一定时间间隔内，发送污染源连续监测指令，完成对水污染状况的实时监控。当下不同区域通常使用环境监测信息平台(EMIP)，对污染源区域发回的水环境指标数据，进行自动监测、综合分析与报表制作。该水环境污染监测信息系统支持单点登录Single Site-On，用户在完成身份认证、授权后，就可以对多种网络自动监控资源作出防污管理，其主要功能接口包括登录接口、综合水质分析、数据报表整理、站点管理、综合水质显示、系统维护等组成部分[5]。

(1)登录接口。EMIP水环境污染自动监测信息平台，由管理员分配不同人员的系统登录、访问权限，用户可以通过输入用户名、密码进行登陆，登陆时会弹出相应的信息提示、报警计划，用户需要进行特定的访问确认或退出。登陆进入系统后，可以查看以往的历史记录，以及当天校准仪器运转状况、要增加试剂、故障报警等信息。

(2)综合水质分析。根据已经得到的区域环境水污染自动监测数据，进行相关资源的手动整理、自动分析及数据库存储。其中在污染源综合水质分析的过程中，通常涉及到水质现状分析、污染指数分析、多指针分析、达标状况分析，并汇编成图形、曲线或报表。

(3)数据报表整理。通过对历史资料、有效数据资源进行识别与整理后，生成年、月、周、日等不同时间段的报表，自动计算出各区域不同时段的水质等级、超标污染物，以及最大值、最小值、平均值等参数信息，最终以报表资料的形式作出显示。

(4)站点管理。由系统管理员针对多个水污染源区域，进行站点设定、站点设备调试、设备个数增加、测量参数调整，或者查看历史报警信息后，再制定相应的监测计划任务。

(5)综合水质显示。EMIP水环境污染自动监测系统的控制面板，会针对污染源水质的综合监测情况，将监测结果在网站、客户端APP面板上进行显示。

4 结语

随着生态环境碳达峰、碳中和愿景目标的提出，我国面临的生态治理时间更紧、困难更多，任务异常艰巨。水污染、空气污染和土壤污染等环境现状，迫使政府及相关企业必须从污染源的监测出发。因此，通过多种污染源自动监测技术的应用，查找出不同区域的污染源、环境污染程度，不仅可以加快生态环境监测现代化，同时还可以督促企业对存在的环境污染问题尽快作出改善与治理，为生态文明及美丽中国建设提供有力技术支撑。