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某市空氣質量污染監控和治理解決方案


一、 概述

近年來,空氣環境污染日益嚴重,黨中央、國務院高度重視大氣污染防治,2013年國務院出臺《關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》(國發〔2013〕37號)。提出大氣污染防治的總體要求、奮斗目標和政策舉措。其中明確指出要建立監測預警應急體系,妥善應對污染天氣。各省市,各地區針對本地大氣特點和環境空氣污染現狀,也制定了相應的計劃,主要實現環境空氣質量預報預警體系的建立,突出重點、分類指導、多管齊下、科學施策,把調整優化結構、強化創新驅動和保護環境生態結合起來,用硬措施完成硬任務,確保防治工作早見成效,促進改善民生,培育新的經濟增長點。

市隸屬河北省石家莊市,位于河北省西南部,從當前情況下來看,市地區的大氣污染形勢十分嚴峻。盡管從2006年到2013年的8年時間里,空氣質量為優的天數除2013年以外整體呈不斷增加的趨勢,而在在2013年全年,空氣質量為優的天數為0天,而重度污染天數則達到了驚人的86天。2015年,針對污染日益嚴重的趨勢,河北省痛下決心鐵腕“治霾”,發布了《河北省大氣污染深入治理三年(2015-2017)行動方案》,對全省范圍內的大氣污染治理提出了更高的要求,石家莊市作為污染較嚴重的城市之一,面臨著緊迫而嚴峻的大氣污染治理形勢。

1  2006~2013年空氣質量等級分布

 

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

5

16

26

35

30

32

58

0

210

186

191

213

269

281

261

37

輕度污染

48

47

52

41

36

39

34

167

中度污染

8

2

1

1

0

0

1

70

重度污染

3

0

0

0

0

0

0

86

二、 總體方案

在城市空氣污染治理中可以注意到三大突出的矛盾:一是大氣污染監控的緊迫性與技術手段和管理模式的滯后性矛盾突出;二是揚塵污染源點多、面廣、線長與管理單位人手緊張的矛盾突出;三是揚塵污染源監控的環節多、難點多與多部門聯合執法協同成本高、整治效果反復的矛盾突出。  

針對以上源于現實中的問題,我們借鑒新的城市管理模式——網格化管理,從而將城市大氣污染監測乃至整個環保工程進行網格化管理,也可以稱之為“互聯網+環!钡男问。

網格化監測系統由不同大氣因子微型站、小型空氣監測自動站和監控軟件平臺等設備構成,可對城市道路交通、重點區域、重點企業等領域各類污染排放因子進行實時監控管理,正確定位污染源排放點位及污染物排放因子。

網格化管理圍繞燃煤污染、揚塵及面源污染、工業污染、機動車污染等重點排放源,按照“分級負責、無縫對接、全面覆蓋、責任到人”的原則,對全市空氣質量形成網格化監測,具體內容如下:

1) 全縣按行政區劃共劃分11個網格區域,在各個網格內建立自動化監測設施,對沒有部署空氣質量監控站點的網格,安裝部署空氣質量自動連續監測設備或儀器,保證每個網格內至少具備12個空氣質量監控站點。

2) 根據功能規劃和產業布局,對污染較為嚴重區域重點監控,通過加強對重污染區域的監測,全面獲取空氣質量污染物濃度、污染源等信息,為改善產業布局、提高空氣質量的實施措施提供數據支撐。

3) 不同類型重點污染源(包括工業企業、建筑揚塵、沙石場、堆煤場、秸稈焚燒等無組織煙塵污染源排放)要求安裝對應的監測設備,例如CEMS、揚塵、VOC在線監測裝置。

4) 所有的監測設備或儀器全部劃歸統一管理,充分利用在線監測系統平臺,實現“統一平臺,統一標準,統一監管”。明確工作任務和獎懲措施,每日、月、旬發布各級網格空氣質量指數AQI和排名,對排名落后的各級網格負責人進行約談和問責,敦促其落實好屬地管理責任。

通過在全縣區域內構建網格化監測,建立動態高分辨率大氣污染源排放清單,清單空間精細到縣、鄉,時間精細到季、月,根據污染源變化情況實時更新,并向社會公布;隨著數據的積累,通過云計算、模型分析等大數據技術,構建環境質量與環境容量、排污總量之間的動態聯系,挖掘環境數據應用價值,為環境管理提供科學依據;科學確定各市、縣的年、季、月污染物排放控制指標,各地在總量控制的前提下,將排放權作為生產、建設、經營的前置條件,進行量化分解;對不同地區、不同時段、不同氣象條件下采取的減排調控政策、措施的實施效果進行定量分析評估,并指導行業、企業根據評估結果和既定的減排目標,以可以接受的減排代價達到良好的治污效果,提高減排調控措施的可持久性。  

三、 系統簡介

3.1 系統測量參數

SO2、NO2NO/NOX)、PM10

現有三參數空氣質量監測系統,主要反映一次污染;

CO

衡量大氣污染的重要標志性污染物,可用來評價系統穩定性;

O3

光化學煙霧的標志,極易氧化氣態污染物轉化成細粒子;國家標準規定污染物;

PM2.5、PM10

造成能見度降低(灰霾天氣)的元兇;已被WHO、EPAEU等列入空氣評價指標體系

3.2 系統拓撲圖

整套系統由感知層、平臺層和應用層3部分組成。其中,感知層由大密度布設的大型、小型監測站組成,監測站監測的數據通過無線網絡傳送到平臺層,進行數據處理和自動修正。

在應用層,可實時顯示各監測點位和整個區域的空氣質量狀況,以及污染物濃度水平,并提供異常報警、區域空氣質量變化趨勢等多種服務業務。

圖片10.png 

3.3 系統組成

環境空氣質量自動監測系統

利用國際上先進的光電技術研制、開發出來的高技術精密儀器設備。在貴方指定地點連續實時監測環境空氣中的PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO等各項污染物濃度,以及風速、風向、溫度、相對濕度、大氣壓等,并可與當地環保局聯網監測。

圖片11.png 

監測子站:包含空氣質量監測儀器和ZWIN-HDAQ8600空氣質量數據采集儀?諝赓|量監測儀器監測空氣的SO2、NO2NO/NOX)、PM10、CO、O3、PM2.5、氣象參數和能見度等。通過模擬量接口、數字接口(RS232/485)將在線儀器的監測數據傳輸給HDAQ8600空氣質量數據采集儀,實現本地數據存儲、處理、展示,并通過有線、2.5G、3G、專網等通信網絡將數據遠傳至監控中心。

通訊網絡:可選用GPRS/CDMA/ADSL/PSTN/WLAN等通訊方式,支持VPN專網接入。

監控中心:實現對SO2、NO2NO/NOX)、O3、CO、PM10、PM2.5、VOC、能見度和氣象五參數數據的管理、統計、分析、報表等功能。 

四、 產品介紹

4.1 SKA/NE-101環境空氣質量監測模塊

概述

該模塊能及時掌握某一區域空氣質量的現狀,在一個區域內組成對環境空氣進行實時采樣和分析的完整網絡,主要應用于各環境保護部門、電力、石油、化工、鋼鐵、冶金、建材大型工礦企業等對周圍環境大氣質量的監測,大型機場環境空氣質量和氣象參數的監測,氣象監測和科研部門對大氣質量參數和氣象參數的監測和環境質量評價,道路交通環境污染監測等。

本模塊采用RS485通訊接口,與RS232相比, RS232只能對一臺下位機,傳輸距離也較短,而RS485可對多臺下位機,傳輸距離更長。本模塊標準值輸出為0-5V,4-20mA并有RS485雙向通訊控制接口。所有儀器均具有良好的抗干擾能力及停電自恢復功能,有效數據捕獲率優于90%。

監測系統采用模塊化結構,設計合理,操作簡單,能實現遠程數據傳輸和故障診斷,完全滿足我國各級環境保護主管部門對大氣環境質量連續自動監測的要求。

模塊組成

污染分析儀器    二氧化硫分析儀、氮氧化物分析儀、可吸入顆粒物(PM10)監測儀、細顆粒物(PM2.5)監測儀、臭氧分析儀、一氧化碳分析儀等

多元氣體校準    零氣發生器、動態氣體校準儀、標準氣體

數據采集控制  子站和中心站軟件能查看實時和歷史測量數據,數據整理存儲并導出其他格式,形成曲線、報表等完整的報告;遠程監控系統參數,采集分析儀事件記錄數據,診斷菜單及初始化校準。

空氣樣品采集    空氣采樣總管、多支路接頭、抽氣風機

氣象參數監測    大氣壓力、溫度、相對濕度、風速、風向(可選雨量、日照、輻射等)

子站站房空調    根據用戶要求可定制:站房大小和結構/組合機柜/室內溫濕度/市電監測/空調/簡易工作臺/樓梯/換氣扇/不間斷電源/火災報警/消防設施等。

多種通訊方式    串口通訊 —— RS232/RS485  無線通訊 —— GPRS/CDMA/

                有線通訊 —— PSDN/LAN/Internet

 

4.2 圣凱安空氣質量數據采集儀

概述

圣凱安環保數據采集儀是我公司為滿足環保行業特殊需求定制開發的一款高性能數據采集傳輸設備。系統采用NXP公司的LPC3250(ARM9 架構)處理器,嵌入式WINCE操作系統和實時數據庫,符合HJ/T212-2005《污染源在線自動監測(監控)系統數據傳輸標準》和IEC-104規約。

實現了對一次儀表的實時監控,永遠在線,并通過模擬信號接口、數字信號接口、RS232/485接口與二氧化硫在線分析儀、臭氧在線監測儀、在線粒徑分析儀、氮氧化物在線監測儀等多種儀器連接,使得對一次儀表監控,更加方便快捷。

采集的數據通過GPRS/CDMA無線網絡將數據傳輸到環保監控平臺,從而實現數據的遠程傳輸和設備反控,同時設備配有7的觸控顯示屏,能夠隨時觀測到污染物排放的實時曲線,同時也可以調閱1年以上歷史數據,為未來的環保執行提供強力的保證。

功能特點

內置多種串口協議,可以與國內外主流氣體分析儀器進行無縫連接;

協議開放,主協議可方便擴展,同時提供在線儀器端的二次開發環境,便于二次開發,實現在線儀器的快速聯網;

系統可自動或定時上傳各類業務數據;

“斷點續傳”功能使現場數據不丟失的傳輸到局方,保證設備的在線率達到97%以上,實現了數據的完整性;

支持GPRS/CDMA/ADSL/PSTN/WLAN等多種通訊方式,并可以VPN專網接入;

支持環保專網與企業本地雙通道同時輸出,即可使數據遠傳至各級環保局、又方便企業實時(同步)觀察現場儀器數據;

RTDB實時數據庫支持實時、分鐘、小時、日的歷史數據存儲1年,支持多種形式的數據查詢與導出功能,以完成數據的可追溯性;

即時采樣、校零校滿、遠程校時、上傳時間間隔設定、提取歷史數據,實現全面的反控功能;

可通過WEB方式對數采儀進行遠程設置、升級和程序查看,便于操作人員對數采儀的遠程維護;

系統的模塊化設計,方便第三方運維公司運營維護管理;

豐富的輸入、輸出接口,如8AI 、4DI 、5DO 、3.5寸液晶屏顯示、8RS232/485,并且可擴展;

系統自備電源,在運行中如遇停電,自備電源立即啟動,維持系統繼續正常運行,保全數據的完整性;

系統內置軟硬件看門狗,保證系統運行的可靠性;

可選配“空氣質量在線監測平臺”,完成現場數據的接收、存儲、入庫,并可對現場設備進行遠程控制,方便形成各類數據表現形式如棒圖、曲線及各類報表,方便企業同步監控數據。

    技術指標

1. 安裝結構:壁掛式;

2. CPUNXP公司LPC3250;

3. 芯片主頻:200MHz;

4. 存儲器:256M,可選外部存儲:SD卡及USB存儲設備;

5. 操作系統:內置Wince操作系統;

6. 儀表接口:多種類型的數據輸入接口功能,基本配置:8AI 、4DI 、2DO 、觸控液晶屏顯示、8RS232/485(可擴展);

7. 顯示單元:7寸的TFT液晶觸摸顯示屏;

8. 通訊方式:支持GPRS/CDMA/ADSL/PSTN/WLAN/短波電臺等多種通訊方式,可多中心傳送;

9. 精度:≤0.2%;

10. 電磁兼容:滿足IEC三級標準;

11. 電源220VAC ± 15%  50HZ ± 5;

12. 功耗<10W;

13. 通訊協議:污染源在線自動監測(監控)系統數據傳輸標準HJ/T212-2005;

14. 三防設計:防水、防塵、防破壞;

4.3   空氣質量在線監測平臺

空氣質量在線監測平臺軟件,采用B/S模塊開發、windows界面風格,操作簡單方便。能實時顯示各個監測站點的空氣質量監測數據,并以各種圖形展示業務數據,形成各種業務報表。

系統功能

實時監測:實時顯示某監測站點的SO2、NO2、O3、CO、PM10、PM2.5、能見度、風速、風向、溫度、濕度、氣壓等空氣質量指數的監測數據及儀器的運行狀態; 

歷史數據查詢:可以根據時間段、監控站點等條件查詢歷史數據,并可以數據表格和圖形的形式輸出;

統計報表:按業務要求生成小時、日、周、月、季、年報表及相應圖表,并可以導出EXCEL表格到本地;

空氣質量日報:可以將采集的數據轉換為國家標準統一日報格式上報;

空氣污染指數報告:將一天采集的數據生成空氣污染指數報告;

設備監控功能:實時監視在線監測儀器是否正常工作,數據上傳是否正常,若設備故障或傳輸異常,及時以短信形式告知相關聯系人;

站點管理:配置站點信息,增加或刪除站點等操作;

用戶管理:為保證系統的有效和安全,設置多級用戶登錄管理;

 

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