环境预警系统在环保监管中的应用

周振联，谢中建

（金隆铜业有限公司，安徽 铜陵 244021）

1 引言

有色铜冶炼冶炼行业具有冶金、化工行业特征，污染源及其污染物涉及危化品、危险废物、重金属和砷，属高环境风险行业［1］。近年来，随着国家环境政策的日趋严格、公众环境维权意识的提高、企业自身可持续发展的客观要求，有效防控环境风险、打造环境友好型企业，已经成为摆在企业面前的当务之急。

金隆公司借力信息、互联网与大数据技术在环保领域应用，形成智慧环保监管［2］，给环保工作的监督与管理提供强有力支撑。智慧环保是为了更好地适应当今公众日益增长的环保要求，借助大数据、云平台，以信息手段为载体，在一定区域与层面上，为用户提供环保状态、信息存储、环境检测、环保设施运行状态、环境绩效评估及预测等，从而实现有效控制污染物及污染物排放，为环境管理目标或政策的制定，提供依据。

环保是企业的生命线已成为企业的共识，但实际过程中如何真正实现环保与发展的协调统一，环境预警系统［3］一定程度上能充当抓手之一。环保在线数据与生产控制与操作数据互动，生产操作与环保管理不再是相互分割，你中有我，我中有你。

金隆公司于2016年建立环境预警系统，主要包括：构建了环境监测与感知网络对污染源进行动态监控，监控的对象包括烟气、水质等。在此基础上通过对监控数据的分析计算，为企业各个环保管控部门提供信息共享；针对应急或特殊突发事件状态下的非正常状况，能够对环保事件进行预警，提升企业对可在发生的环境应急事故进行有效及时处置，最大限度地减少负面影响。

2 系统框架

2.1 设计原则

环境预警系统的设计遵循了如下几个原则。

（1）系统性与适用性：利用企业内部已有网络基础设施、应用系统、平台数据。系统设计既从方便操作、方便更新、方便管理出发，又具备较好的用户体验，满足不同层次与不同功能的需求。

（2）先进性与可靠性：系统设计，按照立足现有、适当前瞻的原则，设计定位具有一定先进性，并适合未来发展。可靠性则重点要求系统信息传输中数据不丢失，当子系统或子环节出现故障时，不出现全系统的停用或崩溃。

（3）开放性与安全性：应用系统按照国际相关标准，可多系统衔接、多平台操作、多环境运行。安全性：采用一揽子整体案例方案，重点考虑网络安全、服务器安全、用户安全、应用程序案例、数据安全等。

（4） 可扩充性与可恢复性：系统扩展包括数据、业务、服务等多层面，在实现系统平滑升级和扩充的同时，眷顾考系统今后能方便扩充。

2.2 系统框架

环境预警系统的框架设计见图1。该系统在遵循环境标准规范体系和环境信息安全体系标准下，包括智能感知层、网络及软硬件平台支撑层和智能应用层三个大的层级。

图1 预警系统框架

系统基础支撑平台对系统公共服务和通用业务服务（如权限管理、用户管理、日志管理等）进行归纳和封装，主要为环保信息化系统解决资源共享、信息交换、业务访问、业务集成、安全可信、可管理等共性和关键的问题。

应用支撑平台具备且不限于以下功能：同一用户及权限管理、单点登录、日志管理、第三方应用集成、信息建模、流程设计、界面设计等。系统基础支撑平台是一个分布式实时数据接入和管理平台，提供了分布式环境下的实时数据高效接入、转发、访问、存档以及查询功能。系统用户登录界面如图2。

图2 系统登录界面

3 系统组成与应用

3.1 智能感知层

3.1.1 监控污染源类型

根据排污许可管理、污染物排放、环境监测规范、清洁生产、重点行业环境监管等相关法律法规要求，有色铜冶炼行业污染源监控类型主要包括排放烟道气、厂界环境空气、排水、环保设施、事故应急设施等。每个污染源管理包括排放口管理、治理设施管理、数采仪管理、SIM卡管理等。

根据铜冶炼行业工艺状况、污染因子、厂区位置环境敏感性、地方生态环境部门监管要求等，各监控类型监控点位、监控内容如表1。

表1 监控污染源类型

监控执行的标准为国家污染物排放标准，或地方污染物排放标准，对于位置处于环境敏感区域的企业，必要时可制定更为严苛的企业内部排放标准作为预警参数。

3.1.2 监控分析系统

监控分析系统可分为烟道气监管系统、厂界环境空气监管系统、排水监管［4］系统、环保设施监管系统、事故应急设施监管系统、排水监管系统、站房环境监管系统，有关监管系统功能内容见表2。

表2 监管系统功能内容

3.2 数据传输与存储层

数据传输与存储层主要有以下几个方面。

（1）数据库及操作系统。数据库与操作系统，均采用标准版，开放许可方式。

（2）系统基础支撑平台。企业环境监测数据中心标准建设；用户及权限管理、登录管理、日志管理、第三方应用集成、流程设计、界面设计、监测配置管理、污染源配置管理等；实现数据中心数据管理应用的建立、初步数据的采集整理入库等；建设基于企业用户管理的即时消息平台；企业内部环境质量数据应用门户。

3.3 预警系统功能输出

环境预警系统的功能，主要体现在自动监测功能、数据查询分析功能、数据发布功能、站房环境监测功能等。

（1）环境自动监测管理平台。主要包括厂界环境大气、烟道气、废水排放口、重要环保岗位控制参数、事故应急设施等自动采样与监测。

（2） 数据查询与分析系统。监测数据智能查询、统计分析、报表输出和数据导出等应用的开发，实现数据的总体分析、同比分析、趋势分析、多站点同比分析、综合分析等功能。

（3）数据发布系统。包括监测管理数据空间展示、监测管理数据发布、大屏监测管理信息发布、监测管理数据、短信推送、移动数据发布等。

（4）站房环境监控统计。对监测站房实施有效监控，能够及时、有效完整的掌握各个环境监测站房的运行情况，实时将站房各种环境数据传递到后台管理系统中，提供有效防控决策使用。具体输出功能见表3。

表3 系统输出功能

3.4 预警系统日常维护管理

在线分析设备，特别是紫外荧光法二氧化硫气体检测仪，其测量精度与运行的稳定性，事关环境预警系统能否发挥预警功能的关键。因此分析仪器的校准和保养十分重要。

3.4.1 校准

校准前或零/跨检查前，必须满足一些条件。首先，仪器必须至少预热 30 min并稳定。第二，校准或零/跨检查时范围必须与正常监控过程相同。第三，仪器的所有操作调节必须在校准前完成。第四，气体流量系统的所有零件，如试样线路和颗粒过滤器等在正常监控过程中使用的，校准时也必须使用。最后，建议在仪器校准前，校准正常监控过程中使用的记录装置和输出装置，在校准或零/跨检查时使用。建议每周校准一次。

零气：校准和检查仪器时需要供应不含 SO2的空气。

校准气体：校准气体系统能够提供精确的 SO2校准气体，气体可达满刻度的0%~ 80%。校准系统必须能够为仪器至少 0.8 LPM 的流量率，仪器的标准流量（较高流速的仪器要求最小校准系统流速较高）。所有校准气体必须符合当地或工作标准。

零/跨检查：零/跨检查程序可在任何时候进行，快速检查仪器的精确度。通常，零位和跨度需要每天检查。因为仪器的担任需要经验，检查频率可以相应调整。

跨度检查中使用的跨度气体浓度必须在全刻度范围 70%~90%之间。零位和跨度浮动必须在调节前测量和记录。

所有气体都必须在大气压力下提供给仪器，完成这项工作必须采用大气旁路管。

如果使用了过滤器，所有气体都必须通过过滤器进入仪器。

3.4.2 预防性保养

为确保正常操作而对仪器进行定期保养的程序。由于不同仪器的使用情况和环境条件的差异很大，因此，应经常性地检查部件，确定合适的保养周期计划。

（1）设备损坏：如果有静电（即使很少），一些内部组件也可能被损坏。因此，在处理任何内部组件时，须配带正确接地防静电腕带。

（2）清洁外箱体：用湿布小心地清洁外箱体，注意不要损坏外箱体上面的标签。清洁外箱体时，不得使用溶剂或其他清洁产品。

（3）外观检查与清洁：应当适时对仪器进行检查，看是否有明显的可见缺陷，如连接器松动、接头松动、管线出现裂纹或堵塞、灰尘或污垢聚集过多等。灰尘和污垢在仪器中聚集时会产生过热现象或使零部件失效。零部件上污垢会阻碍有效散热，可能会导电。清洁仪器内部最好方法是：先用真空吸尘器仔细打扫所有可接近的区域，然后用低压压缩气将剩余污垢吹干净，用软漆刷或布将坚硬的污垢清除。

（4）清洁反光镜：位于光具座上的反光镜不跟样品气体接触，不需要清洁。不要试图清洁光具座上的反光镜。这些反光镜不跟样品气体接触，不需要清洁。否则，清洁时可能损坏反光镜。

环境预警系统维护管理分为企业自行维护与委托第三方维护。企业自行维护包括生产岗位与设备岗位人员的日常点检；第三方维护通常是委托设备制造单位，保证在线监测设备完好及正常工作；监测设备的比对与校验委托第四方，保证检测数据准确，误差符合标准要求。

4 实施效果

环境预警系统使企业的环保工作系统抓、抓系统，进一步强化企业内部生产管理、设备操作、人员管理与环境保护的关联，为企业、环保部门、社会在信息沟通上架设了桥梁。

4.1 促进环保与生产的融合

尽管闪速熔炉是目前国际冶炼行业清洁的生产工艺，但无论是双闪工艺、还是单闪+PS转炉工艺，熔炉主厂房内都不可避免地存在部分含硫烟气低空弥散现象。金隆公司采取将熔炼主厂房整体封闭、环境集烟及局部集烟，最大程度地捕集低空弥散烟气体。

铜-酸系统生产操作岗位，可根据气象状况（风向、风速、气压）、政府环境空气子站、企业自建的厂界环境空气SO2自动监测站点等，不仅能够全天候、全时段、多方位监测厂界环境空气、政府环境空气监测子站的SO2浓度值，而且还对动态地调整生产负荷（投料量等）、强化冶炼与制酸系统的平衡与协调。监测数据通过DCS、手机App与生产操作参数同步显示，作为指导生产岗位、调控、操作、管理的主要依据。

4.2 防范环境风险［5］

环境预警系统借助生产系统、环保系统的硬软件，通过环境风险源（点）监测、感知、传输、控制、报警等手段，从而实现环境数据的无缝融合、信息的综合分析，提高重特大环境事故的应对与处置能力。

分级报警与控制：当环保指标，特别是污染物排放指标达预警值时，系统以短信形式发送给相关人员，生产与环保岗位操作者能在第一时间，采取相应的措施，能够最大程度地降低和消除环境风险。

趋势管理：环境预警系统在具备报警功能的同时，还能提供数据曲线变化趋势分析与管理，为现场操作者、管理者下阶段的操作与管理，提供依据与遵循。

4.3 自证清白

环境投诉是公民的权利与义务，针对厂区周围居民烟气污染环境投诉，我们依靠环境预警系统，通过污染源监测报表日报、周报、月报、季报、年报，统计分析中的同比分析、趋势分析、综合分析等，可查询、溯源企业过去、现在的生产状态与环保数据，既定性又定量的数据支撑，可“有理、有节、有据”应对投诉，化被动为主动，既维护居民的环境权益，又能自证企业自身的清白。

4.4 信息共享

企业的环保工作是系统工程，不仅涉及企业内部的相关部门，也涉及政府环保部门。企业要想提升环保管理水平，不能停留信息“孤岛”，要眼观六路，耳听八方，环境预警系统犹如“千里眼”与“顺风耳”。

一是企业内部信息共享：预警系统利用传感器及网络，可随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统和流程，将生产操作、管理、污染预防与控制有机地链接在一起，企业内部生产与环保的信息共享，企业的环保真正是全过程、全天候、全员。

二企业与政府外部信息共享：企业会关注与自身相关的政府环保部门的相关信息，如环境空气子站测得的环境空气质量。

三是能够让社区和公众更多更好地知晓企业的环境信息，尊重公众的环境知情权与参与权，实现企业与社区的环境友好。

4.5 提升环保管理水平

环保预警系统可更好实现人机组合、时间与空间的无缝对接，能在一定程度上实行全过程、全天候、全方位地实施监控，提升管理手段与效率。环保监督与管理手段，由定性化到定量化、由事后的补救与抢险变成事前预防与调控。

预警系统信息与数据的分级、分层推行，可将环保压力传递、关口前移，形成人人有责，层层担责。环保工作不再是环保部门的孤军奋战，不再是“一个人在战斗”，是千军万马协同作战。

5 结语

环境预警系统是信息、互联网与大数据技术在企业环保领域的新应用，能推动环保与生产两手抓，促进环保监管协同化、精细化，是生产操作与环保一体化一体化的桥梁。

预警系统能将污染源、在线设施、应急设施及相关岗位全过程、定量化、可视化呈现，能追溯索源、可趋势预测，极大地创新与提升环保管理水平，是新形势下进一步搞好企业环保工作的利器。

预警系统能将政府执法监管与企业自身环境要求相统一，既是企业模范遵守国家环保法律法规，也是企业自证清白和环境自信，更有利于防范与化解环境风险。

随着政府对企业环保要求的提高，企业自身环保监管要求的提高，环境预警系统企业版要同步动态升级提高，预警系统前端的监测设备仪器的日常检验校准、动态维护显得特别重要。