污染源排放数据质量影响因素分析及对策

邓春娟，杨 震，李亚杰，李旭飞

(1.晋中市生态环境局，山西 晋中 030600；2.山西齐云大数据环保科技有限公司，太原 030000)

引 言

环境监测的目的是运用现代科学方法，对人类赖以生存的环境质量进行定量描述，用监测数据来表示环境质量受损程度，准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、环境监察、环境应急、总量减排及环境评价提供科学依据，是生态文明建设的重要支撑[1]。但由于各种复杂原因，各地仍然存在一些企业违法偷排、数据造假等问题，给当地的生态环境质量造成了巨大的破坏，为此国家相关部门发布了一系列监管政策，如《中华人民共和国环境保护法》和《关于深化环境监测改革提高环境监测数据质量的意见》等文件，均提出要加强环境执法，建立健全的防范和惩治环境监测数据弄虚作假的责任体系和工作机制。

环境监控包括污染源自动监控、环境质量自动监测和环境卫星遥感监测等。其中污染源自动监控分为末端和过程在线自动监控，末端监控“在线”到环保部门，而过程监控则“在线”到企业[2]。污染源自动监控系统的组成中，污染物自动监控(监测)仪器占据重要地位，主要用于监测工作，其对于系统整体工作状况的影响较为显著，因此要从污染源自动监控设备入手，保证其运行能力，从而提高污染源监测数据的可靠性[3]。

针对污染源在线监测运行监管和数据应用方面存在的问题，各地陆续开始对污染源在线监测站房、采样处安装视频监控，同时对在线监测设备的运行参数进行监控，通过后端平台对在线监测数据、运行状态、参数设置、污染源排放特征、运维事件和视频监控等数据进行综合分析研判，利用大数据分析技术，对企业的在线监控数据进行深度挖掘，发现数据异常行为[4]。最大程度降低在线监测设备运行中人为因素的影响，做到污染源排放在线监控(监测)运行过程和参数的全过程监控，提高污染源在线监测数据的可靠性。

为了有效控制污染源数据质量，通过建设污染源自动在线监控质量控制与运维管理系统，利用大数据综合分析模型算法技术进行智能研判，实现辖区管控一览、智慧站房全景监控、企业公示监管、异常企业名单自动筛查、企业各项综合指标自动排名、数据造假全程留痕的功能。该系统实现了对污染物排放监控(监测)仪器工作参数、运行状态、监测数据同温度、压力、曲线斜率、校准电流等工作参数，一并上传至监控平台的实时监控，一旦有不法企业弄虚作假等干扰数据的行为，系统将及时锁定现场行为证据并存档，同步推送报警信息至环境管理部门及相关人员，生成执法任务。下文中将该流程简称为“污染源在线动态管控”。

“污染源在线动态管控”主要包括在线分析仪器智能化改造与动态管控仪智能化改造，对各污染源监测设备进行接入，实时监控设备状态，把环境监测各个环节按照一套规范、清晰的管理模式进行全过程监督管理。其中在线分析仪器智能化是通过智能串口协议上报监测数据、运行状态、工作参数等信息、并接受智能反控。动态管控仪智能化改造是根据前端分析仪器的智能化串口协议进行定制化开发，以动态管控仪为数据节点，实现采集传输监测数据、分析仪器运行状态与工作参数、站房门禁刷卡信息、站房视频监控等信息。

1 污染源数据质量影响因素

在环境执法检查中发现，影响污染源自动监控数据质量的环节主要为样品采样环节、分析测量环节、数据传输环节、自动监控设施环节和站房环境环节。其中，尤以样品采样、分析测量最为多见。

1.1 样品采样

污染源自动监测中的取样环节将会对整个监测结果产生直接影响，在对污染源进行采样时，可能会因污染物时空分布不均、生产设施运行状况、生产工况和生产负荷等因素，导致样品采样出现误差，该环节影响污染源自动监控数据质量的方式主要有：不规范排口排放，通过稀释、吸附、吸收、过滤等方式，规避污染源自动监控设施等[5]。

1.2 分析测量

分析测量环节通过违反技术规范要求，采用干扰等手段，造成污染源自动监控系统不能正常运行；擅自改动污染源自动监控系统的相关参数、数据，未向生态环境部门报备，不在监控站房公示等方式，影响污染源自动监控数据质量[6]。其中以通过破坏采样管路等硬件作假方式和修改软件参数最为常见。分析测量作假具体方式见表1。

表1 分析测量作假具体方式Tab.1 Specific method of fraud in analyze and measure

1.3 数据传输

污染源在线监测系统中，污染物在线监控(监测)系统数据传输标准(HJ 212-2017)只推荐采用Modbus(现场总线协议的一种)作为污染物排放监控(监测)仪器与数据采集设备的通讯方式，该协议规定，在满足其要求的基础上不限制扩展其他的信息内容，导致数据传输因各厂商通讯协议不同，各参数数据格式和代码不同等原因，带来数据传输问题[7]。数据传输环节常见的主要问题是：对污染源自动监控系统的存储、处理或传输的数据及应用程序进行删除、修改、增加等操作；故意断开或干扰监控网络连接；终端在线设备人为断电，使超标时段无法正常采样上传，导致污染源监控系统失效，以躲避有关部门的监管。核查方法为：如出现以上情况，应立即调取视频监控，并查看设备日志，以判断系统失效原因及设备断电时的环保设施和生产设施运行情况，确定是否存在人为操作。

1.4 自动监控设施

自动监控设施是指在污染源现场安装的用于监控、监测污染排放的仪器、流量(速)计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪器、仪表，是污染防治设施的组成部分。承担着污染源第一手数据的分析监测工作，因此污染物排放监控(监测)仪器的质量直接关系到污染源监测数据的质量[8]。

经技术分析和审查，自动监控设施虽然都通过了生态环境部环境监测仪器质量监督检验中心相关监测设备适用性检测，但绝大多数设备存在一定的漏洞，为不法企业篡改自动监测数据留下了可乘之机，也给生态环境部门的监管带来隐患和难度。而且污染物排放监控(监测)仪器市场准入门槛比较低，各类污染源监测点位涉及相关产品品牌众多，质量参差不齐。由于市场监管不到位，仍然有许多技术不够成熟的设备流入市场，一些企业在购买设备时经常忽略对设备技术性能的检验，可能会使设备在后期运行过程中出现许多问题，进而对数据采集的精确度和有效性产生极大影响。

1.5 站房环境

污染源自动监测根据现场情况及监测参数的不同，采用固定站房式、集装箱式建站。而污染源自动监测技术的应用很容易受到环境的影响，一旦在工况环境上不符合要求，就很可能影响到各类监测设备的使用寿命及监测结果的精确性。监测站房室内温度应保持在10～30℃之间，相对湿度应小于85%。当室内温度过高时，监测仪器运行过程中产生的热量不能及时散发出去，可能导致仪器温度过高，内部程序混乱，无法进行准确监测[9]。

2 污染源数据质量技术措施及系统作用

对比国外污染源自动监控的发展历程来看，国外对环境监测工作开展较早，具有比较健全的环境监测技术。20世纪80年代初，发达国家相继建立了自动连续监测系统和宏观生态监测系统，并结合地理信息系统技术(GIS)、全球卫星定位系统技术(GPS)和遥感技术(RS)，持续观测空气、水体污染状况以及生态环境变化，预报未来环境品质，扩展环境监测的范围，扩大监测数据的获取、处理能力，为全球生态环境质量提供了强大的技术支持，促进了环境监测的现代化发展[10]。例如欧洲国家之间依靠电子网络来实现合作，为欧洲环境保护局收集可靠和可比的数据，便于对欧洲环境的现状及发展趋势作出及时和准确的判断，目的是使各国能够采取必要措施来保护环境[11]；在美国，对点源排污企业没有设置大规模的在线监测网络，监测数据来源主要依靠企业的自行监测上报(点源排污企业由于质量控制和满足达标排放要求自行安装了必要的在线监测设备)；EPA根据情况需要，委托有权威的监测机构进行监测。作为走在前面的发达国家对于企业安装污染源自动监控设备也是以企业作为责任主体，一旦企业超标排污或者偷排漏排则进行重罚处理。

《中华人民共和国环境保护法》第六十五条指出环境影响评价机构、环境监测机构以及从事环境监测设备和防治污染设施维护、运营的机构，在有关环境服务活动中弄虚作假，对造成的环境污染和生态破坏负有责任的，除依照有关法律法规规定予以处罚外，还应当与造成环境污染和生态破坏的其他责任者承担连带责任。我国对于篡改自动监控数据和偷排漏排采取零容忍的态度，对于超标排放则是进行行政处罚或整改处理，处理相对较为宽松，这也是基于我国污染源企业治理能力相对落后的现实考量。

目前环境监测站房普遍存在以下管理混乱的问题：不能对监测站房的出入人员进行有效的管理，对采样口和分析仪器的规范化管理不足，存在擅自挪动采样位置和修改仪器参数的情况，缺少采集图像、视频的可视化的工具，不能对采样口位置挪动和仪器参数修改的情况进行有效取证，环境监管部门或运维工程师无法第一时间获取现场情况，自动监测设备安装后运维管理不规范，运维效率不高，导致自动监测数据无法真实反映企业排污情况，亦或设备故障率高，运行效果差，系统运行无法达到预期效果。

2.1 技术措施

“污染源在线动态管控”系统可通过分析排污企业站房监测数据、运行状态、工作参数等原始数据，追溯出企业生产、治理、采样口、排口相关行为，做到自动侦测出关键参数人为篡改等相关操作，同时进行证据留存，详情见表2。当系统发现不法企业“非法篡改设备工作参数”的行为时，可以短信、邮件等方式通知相关环境管理部门，以便对此类数据造假行为进行快速处置。

表2 企业生产、治理、采样口、排口相关行为Tab.2 Behaviors related to enterprise production, governance, sampling ports, and discharge ports

2.2 系统作用2.2.1 数据质控

首先确保在线监测数据的准确性，实施“污染源在线动态管控”模式后，污染源监测设备运行状态、工作参数和监测数据“三同时”，监测站房门禁，对运维事件进行全程视频监控，并将所有数据均上传并自动做出数据正常与否的判断供管理部门查看。系统数据正常时，表明监测数据可靠准确。

2.2.2 明确责任

明确在线监测运行事故中各方责任，实施运行参数动态管控后，发生运行事故时，相关部门直接调取相关参数变动记录及视频信息，直接锁定责任人，避免相互推诿、沟通效率低下导致权责不清。

2.2.3 规范市场

同时倒逼部分在线监测设备厂家改进产品性能，提升产品质量，通过市场手段淘汰落后厂家，做到在线监测设备运行参数和操作记录公开和实时上传，亦是对第三方运维工作的一种监督。通过对运维过程的全程监督记录，可以综合评价运维单位的运维服务质量，为排污单位考核运维单位提供相应的数据支持，同时也为淘汰运维服务质量较差的第三方运维单位在某种意义上提供了数据参考。

3 实例分析

为进一步加强对重点污染源的有效监管，提高环境监测质量，山西省某市于2017年8月起，采用 “污染源在线动态管控”模式，在37个国控污染源点位试点建设“污染源自动在线监控质量控制与运维管理系统”，至2020年12月，该系统共覆盖重点排污企业56家，污染源点位80个。实施“污染源在线动态管控”模式后，环境管理部门可第一时间取得有力证据，开展环境执法，让违规者“无处遁形”，彻底从根源上打消企业偷排偷放和弄虚作假的侥幸心理，形成不敢排、不能排、不想排的长效机制，倒逼企业加强自律，通过治理设施技改升级促进达标排放。

3.1 企业疑似违规行为管理模型

系统通过采集生产、治理设施运行状态数据、采样口视频、门禁、站内视频、在线监测仪器“三同时”等综合数据，对企业如下疑似违规行为进行自动甄别，并形成相关留存证据。

3.1.1 疑似污染物排放浓度超标违规事件，判断规则：排放浓度是否超标，当持续超标时间≥设定时间时，产生此判断；优先级依次按照小时均值数据判断；(同时可选择性使用日均值数据)。

3.1.2 疑似污染物排放总量超量违规事件，判断规则：各类因子是否超量。

3.1.3 疑似企业在停产时间内擅自违规生产事件，判断规则：获取停产时间段，有两个来源，一个是企业自行进行【企业停产备案】，另一个是办事员通过【配置限时限产】；获取在该时间段内不允许开启的设施；根据前两个规则判断在停产时间段内不允许开启的设施是否擅自开启。

3.1.4 疑似企业在正常生产期间长时间关停治理设施事件，判断规则：只要有一个生产设施开启，但对应治理设施只要有一个不开启；或者当治理设施持续多长时间不开启，这个时间可配，当超过这个时间时，产生此事件。

3.1.5 疑似人为干扰采样环境事件，判断逻辑顺序：根据上报视频分类中的疑似人为干扰采样口/采样平台视频，办事员对视频进行审核，结果为发现疑似行为；

3.1.6 疑似人为擅自修改分析仪器关键参数事件，判断规则：获取关键参数的标准范围，如不在允许范围内，且配置抓拍，则产生此事件(见图1)。

图1 数据判断结果的流转方式Fig.1 The flow of data judgment results

3.2 应用案例

结合山西省某市污染源自动在线监控质量控制与运维管理系统，2018年11月23日，该系统平台运维工程师对系统正常运维时发现，2018年11月22日21∶06∶37，山西某污水净化有限公司COD参数侦测异常报警，经查，修正因子由0.999修改为0.3，该数据持续32min后，于2018年11月22日21∶38∶06，由0.3恢复为0.999，形成日志记录上传到平台，并启动了抓拍程序生成图片记录并上传平台，显示修改时有无关人员曾在站房出现，详见图2、图3。

图2 系统参数异常Fig.2 Abnormal system parameters

图3 抓拍结果Fig.3 Snapshot result

2018年11月22日，平台数据显示，监测数据由69.2mg/m3(2018年11月22日20∶42∶00上传至平台)急剧下降为14.3mg/m3(2018年11月22日21∶37∶00上传至平台)，后又升高为30.5mg/m3(2018年11月22日23∶17∶00上传至平台)。修正因子被修改当日未发现门禁进门记录，但发现站房窗户卡扣未关，且未安装防盗门窗，该企业疑似违规行为，见图4～图6。

图4 监测因子异常升高Fig.4 Abnormal increase of monitoring factors

图6 监测因子再次异常升高Fig.6 The monitoring factors increased abnormally again

4 应用建议

4.1 推广动态管控，明确各方职责

进一步加强对重点及非重点污染源的有效监管，提升污染源在线自动监控数据质量，“污染源在线动态管控”可提供较完整的数据链，分析并标记数据，溯源标记数据的原因与证据，输出报表并提供相关业务部门的数据共享服务，可预防监测数据弄虚作假行为及事件的发生，提高工业污染源废水废气排放的自动监控技术水平、联动处置和监管创新的综合能力。

4.2 完善监管体制，加强司法保障

在环境监察和执法方面，进一步推行“互联网+监管”，加强事中事后监管越来越成为深化“放管服”改革和推进政府职能转变、落实企业主体责任的有效监管方式,同时理顺各类场景下执法配合手段，丰富执法场景的应用。通过全面梳理形成监管事项目录清单，对地区部门的各类监管业务信息系统和数据加强整合归集，建立监管数据推送反馈机制和跨地区跨部门跨层级监管工作协同联动机制，实现“一处发现、多方联动、协同监管”。

4.3 深化数据挖掘，定制解决方案

以污染源全过程综合监控平台为抓手，将数据进行汇总与分析，对原有流程进行全面的功能和效率分析，消除价值链中非增值活动和调整核心增值活动，聚焦有效数据形成数据链，找到问题症结，提供定制化且高效的解决方案，告知企业问题所在与解决办法。

5 结 论

通过对污染企业生产过程实行动态监管，达到对污染企业排放量、设备工况和治污设备工况实时监管的目的，落实污染源违规事件责任主体，进行违规生产报警、违规排放报警，并留存证据，实时侦测分析仪器关键参数变动，进行数据异常报警，并留存证据，对分析仪器实现精细化管理，形成“运行日志”与“参数变化日志”，进行监测数据质量分析，对异常、故障、呆滞、超标数据进行报警，并对其原因进行追溯。通过本系统的预警信息，精准定位问题企业，为提高环境管理部门执法效率提供有力的技术支持，实现排污企业污染源全过程规范、统一、高效的精细化监管，及时防控环境风险，完善执法监管手段，提升执法监管水平，实现排污单位主体全面覆盖污染源全过程闭环管理的目标。