污染源预警系统分析及RTU在系统中的应用

一、前 言
        随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，工业废气、废水和生活污水排放量越来越大，环境所面临的压力也越来越严峻。国家及各省市地区日趋重视生态环境的保护，在污染方面不断加强治理，但因为环境保护意识的淡薄及利益的驱使等诸多因素，随意偷排和非达标排污，造成环境严重污染的情况时有发生。为了适应国家节能减排的重大举措，将污染排放总量控制、日常环境监督管理、污染源在线监测和污染事故应急管理等工作相结合，形成综合环境排放预警信息系统，以提高企业和环境管理部门了解和处理环境污染的及时性和准确性。
二、系统目的
        通过对污染治理设施运行的监控和排污在线实时监测系统信息的综合处理，对主要污染物排放的浓度和总量变化趋势进行预测和预警，并在此基础上结合排污单位周围的环境敏感点的质量自动监测系统信息，对附近环境质量的影响进行预测和预警。实现：
        1、比较可靠地动态获得各种污染物实时浓度和总量；
        2、预测短期（日）、中期（月）和长期（年）污染物排放可能趋势并给出预警；
        3、用综合信息分析来定期校核在线检测系统的可靠性；
        4、对可能出现的短期冲击负荷对周围环境影响的预测并发出预警，也可在发生污染事故时对环境影响进行快速预警；
        5、通过系统排污状况的预警，为及时调整生产有关环节，节约资源、能源，减少排放量提供即时的信息；有利于地区环境管理部门及时掌握个污染源排放的状况及可能对环境的危害的信息，有针对性地加强执法监督管理。
三、系统组成
        该系统关键是采集污染源排放信息及建立完整的污染物产生系数和排放系数数据库；和建立有关行业采用物料平衡法计算污染物产生量的公式，并与变化的各种参数数据库关联。该系统主要是根据取得与计算污染物排放浓度和总量有关的参数和数据，再进行污染物产生量的计算，排放量计算并对照标准值进行预警。系统可分为四个部分，即污染物产生系数和排放系数数据库、污染治理设施运行监控系统、污染物在线检测系统和污染物排放预警四个部分。
        1、污染物产生量计算——由于污染物产生系数是根据各行业调查平均水平而定的，是指按规范设计正常生产过程而产生的污染物量，如火电厂的主要污染物产生量的计算，是以粉煤炉工艺，规模是≥750Mw的条件下，实际使用原煤的收到基灰分含量（Aar%）计算烟气排放量、烟尘排放量；而根据原煤收到基硫含量（Sar%）计算二氧化硫排放量；而NOx排放量计算是在收到基挥发分20＜（Var%）≤37或（Var%）>37的两种污染物产生系数；其他行业主要是单位产品的产生量。全国污染源普查产排污染物系数事例于表一中。
        2、治理设施监控系统——为了比较客观的计算污染物的排放量，首先需要有比较真实的治理设施的运行状况，以保证设施的污染物除去率（%）能达到设计的水平，其污染物排放系数才能达到正常状况下的排污系数和排放浓度(mg/m3、mg/l)、排放速率（kg/h）。为了了解或监视治理设施运行是否正常，一些排污单位在治理设施中安装有“黑匣子”，以不同的在线实时监测有关参数，来判断设施的运行状况。本系统设计引入数据采集设施的数据，作为校正设施的实际处理效率。以估算实际的排放浓度和总量。
        3、排放口在线监测系统——目前在国家或地方重点排放源，安装了废气、废水在线检测系统，其目的是真实地高频率的获取污染物排放量和排放浓度，问题是由于目前在线系统数据的可靠性在设备水平、管理水平、法律观念等因素的影响下往往受到质疑。目前国家和地方环保管理部门规定由环境监测系统进行定期审核监测，这是一种耗费大量人力和物力的权宜措施。 故本系统设计利用生产过程的各种参数变化、污染设施运行监控信息来计算污染物的排放量和浓度，来及时校核在线监测设施运行的可靠性，是一定程度上代替人工方法的有效措施。
        4、污染物排放预警——利用在线检测系统的数据和前面根据生产过程的因素计算的排放浓度和排放量相互验证，当两法或得的数据误差≤15%（认为确定的）时，以在线监测系统数据发布预警；如果误差>15%时，系统发布警报，通知对在线监测系统进行检查,并以计算系统的数据发布预警。
三、RTU在系统中的应用
        在环境预警系统中，所涉及的污染源处理监测系统、环境质量监测系统、放射源安全管理系统等很多必需无人值守设备或监测点，受到环境检测技术、监测范围、地形、气候等因素影响。环境主管部门也需要数量大、种类多、更新快的信息。所有这一切，给环境监测部门提出了一个引起重视的问题：如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境预警的需求。要求现场的数据采集设备具有等特点。
        安控公司设计的环境预警系统专用RTU可完全实现实时高速数据传输和永远在线、集成传感器技术、视频采集、可靠的环境适应性等功能。
        1、 传感器处理技术
        传感器是环境监测的前端，传感器可以通过捕捉光学的、热学的、电学的以及力学等物理信号并将其转化为电信号，从而感知环境对象的信息。其组成：

 
图 3 1 传感器信号处理组成示意图

        ? 单一的或集成的传感器：是从环境中收集数据。
        ? 中心单元：作为微处理器管理传感器采集的数据。
        ? 无线收发设备（包括通讯模块）：是发送和接收无线信号并与周围环境通讯。
        ? 存储器：用来存储临时数据以及在过程中产生的数据。
        ? 电池：提供所用部件的能量。
        ? 传感器是将诸如流速、化学电位、以及病原微生物存在的现象转化为电信号的反应的装置。

        2、视频技术
        随着智能视频分析与自动识别技术的发展，视频技术成为最重要的感知技术，成为环境预警系统中最重要的技术之一。与其它传感器相比，视觉设备具有覆盖范围大、信息丰富、精确度高，对环境和用户透明等优点。
        利用视频感知技术，可以确保环境预警工作的及时有效实施。通过视频感知可以查看治污设施是否在正常运行，从而判断治污效果；对企业烟囱即时排放情况进行实时监控，可以实现烟气黑度预警；通过对事故现场应急事件的视频采集，使指挥中心能够及时掌握事件的发展态势。
本RTU集成视频接口，通过连接视频服务器可将监测数据和现场视频叠加。
        3、数据采集处理技术
        系统采集和处理的数据包括监测点基本信息、污染治理设施运行状态、污染物浓度和总量、预警信息。
RTU以数据处理子系统、报表系统作为主要的人机交互界面，收集监测点传输来的信息和其他污染源的监测信息；负责对监测信息分类、筛选和综合分析；完成对数据的统计、运算、处理，能自动生成各种报表；具有存储、显示、记录、打印、统计等功能，而且还可以向监测仪器发送有关查询命令和控制信息。
为了完成这些功能本RTU拥有以下配置：
        ? 8路AI，A/D分辨率16位；
        ? 8路DI、4路DO；
        ? 1路以太网接口、4路RS232接口、2路RS485接口；
        ? ARM9处理器，拥有更强处理能力；
        ? 128M Flash内存，可存储一年监测数据。
        4、通讯技术
        系统需要将大部分监测数据实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。本RTU可实现专线接入、ADSL拨号、PSDN、无线网络等通讯方式。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过有线方式传送数据往往事倍功半，通过GPRS/CDMA/EDGE无线网络进行数据传输，成为环保部门选择的通信手段之一。本RTU可将采集到的污染数据和告警信息通过GPRS/CDMA/EDGE无线网络同时发送到多个环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。
同时RTU还支持短信发送功能，当RTU识别预警系统出现故障或告警可立即将信息发送至指定管理人员手机。
        5、可靠的环境适应性
        本专用RTU采用优秀的工业级器件，适合在恶劣环境中工作，其高温和低温特性为-40℃～+70℃，且具有良好的抗干扰、抗潮湿、抗冲击能力。完全可以适应本系统中监测点所处的环境带来的雨水、潮湿、严寒、酷暑、机动车行驶和强干扰等不利因素，保证系统的正常运行。
四、结 语
        人类的许多活动都向大气、水体、土壤等自然和人工环境排放有害物质，造成环境污染，建立完整的污染源预警系统是非常必要的。对污染源排放情况和环境状况进行定性、定量的测试，可为科研、决策、立法、处理污染事故和环境监督管理提供依据。系统的正常运行需要有一个功能完善、性能优良、质量可靠的数据采集器作为前端信息采集处理和通讯设备。安控开发的专用RTU凭借其卓越的性能成为最为适合应用在污染源预警系统的产品。