化工园区大气监控预警溯源排查一体化监管体系的探索与实践

吴 剑，张玲玲，章许云，吴海琐，张亚一，盛 夏

（江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210019）

0 引言

化工园区的模式最早起源于上世纪40年代发达国家[1]，随着生产力和生产规模的高速发展，污染引发的环境事件接连不断，美国、英国等国家早已开展大气实时动态监测系统进行大气污染识别和预报分析研究与实践，以有效预防和及时控制突发性环境污染[2-3]。相对而言，我国的大气环境监控预警体系建设起步较晚，目前体系的系统化程度较低，自动监测设备能力较弱，污染模拟和预警水平受限，数据分析及应用匮乏，发挥的作用有限，导致园区环境监测不全面、预警不及时、溯源难以实现[4-5]。并且，传统的废气治理大多在企业层面进行，治理不规范、不全面，监督不到位等问题长期得不到有效解决，废气治理工作往往简单粗放，达不到预期效果。

为从源头分析污染成因，精确寻找“病因”，本文基于现有监控预警体系内容，通过建立园区气态污染因子库，创新在线监测方式，探索化工园区大气监测预警溯源排查一体化监管体系，提高园区监控预警水平，实现园区 “摸清底数—精准监控—动态感知—超标溯源—联动管控—靶向治理”的闭环、高效管理目标，从源头解决园区污染排放不规范、异味扰民等问题，打造VOCs 治理达标区。

1 建设思路

大气监测预警溯源排查一体化监管体系建设思路见图1。 从图1 可以看出，该体系重点包含：①大气环境风险源调研，即建立园区大气污染特征因子数据库，为设备选型、污染溯源提供依据；②大气环境自动监测网络构建，即建立动静结合的立体监测网络，选用先进设备，实现监测数据的快与准；③大气环境监控预警平台建设，即扩展数据分析、污染溯源模型功能，即时发现、追踪异常数据，并实现海量数据价值的深度挖掘；④异常因子排查溯源，监测与排查的一体化，在科学设立物质预警阈值的基础上，建立快速响应机制，准确锁定问题源；⑤污染问题跟踪治理，即精确诊断问题后实行靶向治理、跟踪评估，确保园区企业达标排放。

2 某化工园区一体化监管体系实践

2.1 建设背景

江苏省某化工园区内企业众多，排放的废气因子复杂，局部区域异味较重，给周边居民生活带来很大影响。该园区面积较大，基于一体化监管体系建设思路，选取重点片区建成大气监测预警溯源排查一体化监管体系示范工程，平战结合，一方面实现环境应急事件预警监控，另一方面全面把握片区异味扰民、企业不规范排放等问题。 项目位置示意见图2。

2.2 建设内容

2.2.1 风险源、特征污染物调研及优控物质筛选

园区污染现状调研需做到全面、准确和科学，项目通过“综合调查分析法”，充分结合资料分析、现场核查、工艺分析等，对企业生产内容、废气产排环节及因子等进行综合评估、分析，并与现场监测相衔接，掌握各企业气态污染特征因子及有组织废气排放特点，准确收集该园区104 家企业354 个排气筒基础数据，包含258 个特征因子，建立气态污染因子数据库，摸清园区“家底”，为大气环境的因子监测、监控布点、异味溯源等奠定坚实基础。

采用熵权理论进行优控物质筛选，熵权计算基于样本统计[6]，利用熵值法估算各指标的权重，其本质是利用该指标信息的价值系数来计算，其价值系数越高，对评价的重要性就越大。经调研、分析，除文件管理等要求外，需考虑废气因子嗅阈值、大气反应活性、毒性、饱和蒸汽压、园区排放总量、所涉排污企业数量6 个方面，计算结果见表1。

表1 评价指标权重

由表1 可以看出，权重大小顺序为：毒性>嗅阈值>排放总量>大气反应活性>所涉企业数量>饱和蒸汽压。因此，对于园区重点因子的选择除根据管理要求外，最先考虑的是它们的毒性、嗅阈值和排放总量。 园区重点片区优控物质分别为：丁二烯、苯、甲苯、二甲基苯、丙酮、叔丁醇、环氧乙烷、反-2-戊烯、异戊二烯、DMF、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、乙二胺、乙酸、环己烷、环己胺、苯胺、丙烯醛、甲硫基丙醛、甲硫醇、二硫化碳、乙醇、甲醇、环氧丙烷、二氯乙烷等。

2.2.2 大气环境自动监测网络构建

项目结合片区企业的污染因子及排放特点，配备“五站一车”，即5 个固定监测站和1 辆移动监测车，形成“动静”结合的覆盖式监测网络，灵活满足突发环境事件应急及日常管理自动监控要求；并开创性地组合使用GC-MS（气质联用仪）和TOF-MS（飞行时间质谱仪）监测技术，充分发挥GC-MS 的“精准定性定量”与TOF-MS 的“秒级响应、全谱检测”能力，提升大气环境监控速度与准度，并利用园区气态因子库成果，靶向监控片区废气特征因子异动迹象。

分别选取GC-MS 和TOF-MS 连续监测30 d 的数据进行比对，PTR-TOF 和GC-MS 的监测能力具有明显的互补性，如胺类物质TOF-MS 能够很好的响应，而对于低碳烃类物质GC-MS 的相应效果更好。 结合设备性能，选取2 种设备均能够响应的物质：环氧乙烷、丁二烯、丙酮、异戊二烯、反-2-戊烯、苯、甲苯、苯乙烯、二甲基苯、二氯乙烷进行数值相关性分析，结果见图3。

图3 TOF-MS 和GC-MS 连续监测结果对比

对于大部分共同因子，TOF-MS 与GC-MS 具有较好的可比性，相关系数最高达0.96 以上。 此外，TOF-MS 的“精确监测”和“瞬时捕获因子能力”为异常溯源的精准性和及时性提供了可能，GC-MS 数据时间分辨率为1 h，TOF-MS 数据时间分辨率为2 s，甲苯、环氧乙烷异常值可被TOF-MS 精准快速捕获。基于不同设备的甲苯浓度变化（10月23日）见图4。

图4 基于不同设备的甲苯浓度变化（10月23日）

基于不同设备的环氧乙烷浓度变化 （10月24日）见图5。

图5 基于不同设备的环氧乙烷浓度变化（10月24日）

2.2.3 大气环境监控预警平台建设

大气环境监控预警平台功能包含数据采集、数据分析、综合展示等，可实现监测因子的预警及扩散溯源分析。 预警值设定方面，结合国家、地方发布的VOCs 无组织排放厂界标准、物质嗅阈值、有害物质接触限值等，通过化学结构相关及类比法，并参考日常平均浓度水平，确立片区所有特征因子的预警阈值，实现片区特征因子的即时预警。

扩散溯源通过LPDM 模型预测污染物传输轨迹，研判污染物来源及方向，结合气态污染因子库和企业生产与治污设备运行大数据，锁定疑似排污企业，供现场排查人员分析。 实际运行中，LPDM 模型受WRF 模型预测的气象场驱动，模型预测会存在一定的误差，特别是应用于园区层面，WRF 气象模型的误差会被放大，导致溯源结果有可能不合理。因此，考虑采用园区站点的气象数据进行模拟修正，同化近段时间的气象数据，进而优化溯源结果，使得到的结果更加客观，接近自然的分析[7]。 结合园区大气污染特征因子数据库，优化后的LPDM 模型能够获得更准确的溯源模拟结果，最大限度保障溯源结果的可靠性。

2.3 运行效果

一体化监管体系的运行实施可归纳为 “五步闭环”，即：实时监测—异常预警—现场排查—问题反馈—跟踪评估，沟通反馈排查结果，并以报告形式提交相关主管部门，配合主管部门与企业进行问题确认，并提出可行的治理建议。随后相关主体多维度推进问题整治，项目持续实时监测跟踪治理效果，及时发现新的污染问题，进入新一轮循环。

示范项目经3 个月稳定运行，园区边界TVOC浓度下降30.4%，异味扰民信访量下降50%以上，推进企业废气整治工程48 项，拉动污染治理投资4 521万元，在抑制企业废气异常排放、缓解异味扰民等方面取得积极成效。

3 经验与思考

化工园区大气监测预警溯源排查一体化监管体系的关键环节包含以下几点：①全面排查，采用“综合调查分析法”建立园区气态污染因子数据库，摸清园区家底；②创新VOCs 监测模式，实现片区优控VOCs的广覆盖、快响应、准监测；③科学预警，通过溯源模型及“人机结合”排查机制的建立，实现污染精准快速溯源；④组建专业团队，保障污染问题的精确诊断。通过上述关键环节的建设，保障体系高效运行。该体系尚处于探索阶段，在实践中需进一步关注以下方面。

（1）控制监测数据质量

在线监测数据直接反映片区空气环境质量，其质量控制是确保数据真实有效的关键，目前GC-MS的运维可参考《国家环境空气监测网环境空气挥发性有机物连续自动监测质量控制技术规定（试行）》，而TOF-MS 的运维在国内外均无成熟的质控技术标准，因此，需结合设备原理，借鉴现行有关标准探索、完善相应的质控方法，保证数据的真实有效。

（2）挖掘历史数据价值

针对产生海量监测历史数据，需通过多样化的分析手段，探讨、挖掘企业异常排放线索。 远期也可将企业生产工况、环保设施运行信息等相关参数接入平台，与该系统数据进行关联、建模，探索重点企业及其主要生产线工况与特征因子、环境空气质量的相关性，逐步实现区域大气环境质量的预测、预报，支持重污染天气及重污染过程的精准干预管控方案。

（3）完善溯源排查联动机制

大气监控预警体系建设的一个重要目的是通过问题的及时感知和排查溯源，督促相关企业落实整改，从源头改善区域的环境质量。 在实践中，通过建立预警信息联动、现场执法联动、存疑结果答疑、溯源结果签收、整改跟踪闭环等多重手段，进一步完善异常溯源排查机制，保障溯源后的企业污染整治。

4 结论

通过实践，探索建立化工园区大气监控预警溯源排查一体化监管新模式，初步实现对典型化工园区特征因子的实时监测、异常报警、及时溯源、问题诊断和整改跟踪，具有“监测准、因子广、模型精、溯源快、模式新、治污狠”的优点，快速提升了园区大气环境监控管理智慧化、精准化、高效化水平，未来将不断总结、科学优化，形成可复制可推广的成熟经验，为全省乃至全国的化工园区大气环境质量改善贡献力量。