目前，我國(guó)正在大力治理大氣污染，其中有機(jī)廢氣VOCs治理是重要內(nèi)容。本文從有機(jī)廢氣排放情況的自動(dòng)監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用、系統(tǒng)監(jiān)管考核等方面綜合考慮，開發(fā)綜合利用VOCs 在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、4G 視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、過程監(jiān)控子系統(tǒng)等設(shè)備組成的有機(jī)廢氣VOCs排放過程監(jiān)控系統(tǒng)。它通過采集有機(jī)廢氣的產(chǎn)生、處理、排放過程中的全過程參數(shù)，將有機(jī)廢氣排放監(jiān)管的范圍從末端排放治理延伸到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)污染治理過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及管理，并通過建立相關(guān)模型，實(shí)現(xiàn)污染治理設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)分析、排放數(shù)據(jù)真實(shí)性判定，為確認(rèn)有機(jī)廢氣排放數(shù)據(jù)的科學(xué)性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為有機(jī)廢氣排放總量核算、排污收費(fèi)提供技術(shù)支撐。有效提升監(jiān)管水平，同時(shí)也滿足了企業(yè)自身減排管理的要求。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

有機(jī)廢氣 VOC 排放過程(工況)監(jiān)控系統(tǒng)主要由企業(yè)端VOC排放過程監(jiān)控系統(tǒng)和環(huán)保局監(jiān)控平臺(tái)兩部分構(gòu)建，見圖1。

企業(yè)端 VOC排放過程監(jiān)控系統(tǒng)包含VOCs 在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、4G視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、排放過程監(jiān)控子系統(tǒng)。VOCs在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)連續(xù)獲取準(zhǔn)確、完整的VOC 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。4視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、視頻監(jiān)測(cè)、無線傳輸?shù)裙δ堋，F(xiàn)場(chǎng)VOC 排放過程監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)依據(jù)生產(chǎn)工藝建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)工藝監(jiān)控、數(shù)據(jù)審核、異常報(bào)警和趨勢(shì)預(yù)警功能，并運(yùn)用相關(guān)模型對(duì)有機(jī)廢氣排放在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)污染治理設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

環(huán)保局監(jiān)控平臺(tái)采用B/S 體系架構(gòu)，以依據(jù)一企一策(VOC生產(chǎn)工藝差異大，治理工藝不同)中生產(chǎn)工藝建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)工藝監(jiān)控為核心，形成依據(jù)同行業(yè)類似生產(chǎn)工藝的分類過程監(jiān)控方式，根據(jù)工藝情況，從產(chǎn)生環(huán)節(jié)(電流、電壓數(shù)據(jù))、治理環(huán)節(jié)(閥、泵、風(fēng)機(jī)等開關(guān)信號(hào))和排放環(huán)節(jié)(VOCs 參數(shù)濃度、流量等數(shù)據(jù))分別進(jìn)行采集，通過4G 視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)端數(shù)據(jù)匯總、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)分析等業(yè)務(wù)功能。監(jiān)控平臺(tái)末端控制主要是過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的應(yīng)用，體現(xiàn)為有機(jī)廢氣排放在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性判定、排放總量核定、有機(jī)廢氣排污費(fèi)的核算等方面。

2 子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 VOCs 在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

VOCs在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，充分利用傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)VOC污染源相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控的設(shè)備，是集儀器控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、顯示功能一體的在線監(jiān)控設(shè)備。采用先進(jìn)的在線色譜技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)苯、甲苯、二甲苯或甲烷、非甲烷總烴濃度或其他工藝固定污染源指標(biāo)(配置不同的傳感器)、采用溫壓流一體機(jī)監(jiān)測(cè)流速、壓力、溫度等多項(xiàng)相關(guān)參數(shù)及統(tǒng)計(jì)排放率、排放總量等，并能對(duì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。該系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，具有遠(yuǎn)程故障診斷等功能，能夠與4G視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的無人值守。

2.2 4G視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

4G視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要功能是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、視頻采集和無線4G 傳輸。全面采集污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染產(chǎn)生數(shù)據(jù)及污染治理主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和過程參數(shù)，要求采用安全隔離網(wǎng)閘確保生產(chǎn)系統(tǒng)安全運(yùn)行，支持?jǐn)嗑€重連。

2.3 排放過程監(jiān)控子系統(tǒng)

排放過程監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)端工控機(jī)、工況數(shù)據(jù)采集模塊和過程監(jiān)控軟件等組成。通過現(xiàn)場(chǎng)采集模塊將污染治理設(shè)施的進(jìn)出口VOCs數(shù)據(jù)以及污染產(chǎn)生、治理、排放等環(huán)節(jié)的各種重要工況設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等工況數(shù)據(jù)采集、傳輸、接收匯總到統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)端工況數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過程監(jiān)控軟件發(fā)到4G視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，而后轉(zhuǎn)發(fā)至環(huán)保局的監(jiān)控平臺(tái)。

工況數(shù)據(jù)通過采集程序采集后，數(shù)值按照統(tǒng)一帶時(shí)間標(biāo)簽的存儲(chǔ)規(guī)約格式，存入工況存儲(chǔ)單元。工況服務(wù)器按照小采樣精度(通常為秒級(jí))將數(shù)據(jù)地存入工況過程數(shù)據(jù)庫中。通常工況過程數(shù)據(jù)庫能確保工況過程數(shù)據(jù)長(zhǎng)久地保存，以備相關(guān)人員隨時(shí)調(diào)閱、比對(duì)及分析。工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)軟件采用工藝流程圖的方式對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施、治污設(shè)施、有機(jī)廢氣監(jiān)測(cè)設(shè)施的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可查詢、統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)參數(shù)任意時(shí)間段內(nèi)的變化趨勢(shì)，支持將多個(gè)工況參數(shù)組合進(jìn)行對(duì)比、分析。工況實(shí)時(shí)圖形界面不但要具備實(shí)時(shí)顯示模擬量的數(shù)值變化功能，還要能顯示狀態(tài)量的變化情況。

工況報(bào)警查詢能夠顯示設(shè)施報(bào)警列表、主報(bào)警與詳細(xì)報(bào)警之間的關(guān)聯(lián)。通過選擇條件，能夠搜索出符合條件的報(bào)警類型，還可以查詢到報(bào)警的詳細(xì)信息，包括規(guī)則名稱、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和報(bào)警原因等相關(guān)信息。同時(shí)系統(tǒng)具備良好的用戶權(quán)限管理功能，能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的zuidi層模塊進(jìn)行基本配置與管理。

3 系統(tǒng)模型

利用過程監(jiān)控和有機(jī)廢氣末端排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以現(xiàn)場(chǎng)操作數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，由模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與有機(jī)廢氣在相應(yīng)時(shí)間測(cè)定有機(jī)廢氣的結(jié)果比較，判定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可接受性。

3.1 模型建立步驟

(1)確定影響有機(jī)廢氣產(chǎn)生的獨(dú)立輸入變量和因變量；(2)確定獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)間段，并記錄單位時(shí)間VOC監(jiān)測(cè)的排放濃度和對(duì)應(yīng)時(shí)間傳感器監(jiān)測(cè)的變量的數(shù)據(jù)；(3)將樣本分割成多個(gè)數(shù)據(jù)集；(4)其中一個(gè)數(shù)據(jù)集用于訓(xùn)練模型的適應(yīng)性，另外的數(shù)據(jù)集用于模型的驗(yàn)證；(5)建立模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；(6)模型置于現(xiàn)場(chǎng)，由實(shí)際的過程數(shù)據(jù)在線檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停卸Ｐ湍芊裉峁┧钄?shù)量的準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)估算；(7)繪制以樣本數(shù)為橫坐標(biāo)，有機(jī)廢氣排放濃度為縱坐標(biāo)的模型預(yù)測(cè)結(jié)果與有機(jī)廢氣實(shí)際排放濃度的圖形；(8)對(duì)照模型的技術(shù)條件檢驗(yàn)是否合格；(9)經(jīng)環(huán)境保護(hù)主管部門批準(zhǔn)，用于污染源煙氣排放監(jiān)測(cè)。

3.2 模型的性能與技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)

3.2.1 性能技術(shù)指標(biāo)

有機(jī)廢氣排放過程(工況)監(jiān)控系統(tǒng)模型應(yīng)滿足以下性能技術(shù)指標(biāo)要求。

(1)相對(duì)準(zhǔn)確度(RA)。當(dāng)模型預(yù)測(cè)值＞10e-4 時(shí)，相對(duì)準(zhǔn)確度≤15 %；當(dāng)模型預(yù)測(cè)值為10e-5~10e-4 時(shí)，相對(duì)準(zhǔn)確度≤25 %；當(dāng)模型預(yù)測(cè)值＜10e-5 時(shí)，模型預(yù)測(cè)值與參比方法(RM)測(cè)定值之差的值≤5×10e-6。

(2)偏差。若模型預(yù)測(cè)值與參比方法測(cè)定值之差值的平均值大于置信系數(shù)，則用偏差系數(shù)修正模型數(shù)據(jù)。

(3)模型方差。在90%置信水平，計(jì)算的F 值≤臨界值Fa。

(4)模型的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)≥0.75。

(5)相對(duì)準(zhǔn)確度審核。模型預(yù)測(cè)3次的平均值與同期參比方法測(cè)定值之間的相對(duì)誤差不大于±15%。

3.2.2 性能技術(shù)檢測(cè)

(1)模型初始驗(yàn)證。模型進(jìn)行15次相對(duì)準(zhǔn)確度運(yùn)算。

(2)定期質(zhì)量保證(QA)評(píng)估。模型執(zhí)行季度相對(duì)準(zhǔn)確度審核和年度與參比方法比對(duì)檢測(cè)審核。

4 環(huán)保局排放過程工況監(jiān)控平臺(tái)

環(huán)保局監(jiān)控平臺(tái)通過企業(yè)端VOC排放過程監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)端數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)端數(shù)據(jù)匯總、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)分析等業(yè)務(wù)功能。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

環(huán)保局監(jiān)控平臺(tái)是一個(gè)集污染源企業(yè)數(shù)據(jù)采集、企業(yè)治理一企一檔、工況流程管理、分析處理、監(jiān)控管理為一體的綜合集成信息管理系統(tǒng)。采用基于B/S架構(gòu)的系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器及PC顯示終端及手機(jī)端等組成。

4.2 軟件功能模塊

(1)提供企業(yè)基礎(chǔ)信息管理功能，能對(duì)企業(yè)如地理位置、名稱、管理人員等進(jìn)行增刪改查詢等功能；

(2)根據(jù)不同生產(chǎn)治理工藝類型不同自動(dòng)匹配工況監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證引擎，進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證；

(3)對(duì)排放企業(yè)的基本信息進(jìn)行方便且安全的維護(hù)；

(4)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)備份，保證數(shù)據(jù)的完整性；

(5)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗(yàn)后上報(bào)到上級(jí)管理部門；

(6)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地更新有機(jī)廢氣設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)時(shí)全面了解運(yùn)轉(zhuǎn)及排放情況；

(7)綜合查詢統(tǒng)計(jì)各類有機(jī)廢氣治理設(shè)施控制信號(hào)，并形成分類報(bào)表；

(8)針對(duì)排污收費(fèi)、總量核定、排污權(quán)交易及其他業(yè)務(wù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。

5 實(shí)例應(yīng)用

在廣東某噴涂廠應(yīng)用了有機(jī)廢氣VOC 排放過程工況監(jiān)控系統(tǒng)。該項(xiàng)目完成了環(huán)保局監(jiān)控平臺(tái)和企業(yè)端現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的建設(shè)、污染源過程工況監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，基本達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目的。

5.1 監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇

(1)出口參數(shù)：溫度、流量、氣壓、苯、甲苯與二甲苯(合計(jì))、總VOCs、總烴；

(2)治理設(shè)備參數(shù)：引風(fēng)機(jī)狀態(tài)

電流、治理設(shè)備電流及功率、噴淋塔電流及功率；

(3)生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)：生產(chǎn)線驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流、攪拌機(jī)電流、加料閥門、噴涂機(jī)器人電流等。

(4)視頻監(jiān)控：監(jiān)控?zé)焽枧欧徘闆r。

5.2 數(shù)據(jù)采集傳輸方式

數(shù)據(jù)采集使用信號(hào)隔離獲取相關(guān)設(shè)備電控箱處的電源線電流、電壓及開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接采用互感器、光電檢測(cè)開關(guān)等傳感器獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過程監(jiān)控系統(tǒng)把采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、并發(fā)送給4G視頻數(shù)據(jù)采集儀；數(shù)據(jù)傳輸采用4G 無線數(shù)據(jù)傳輸方式。

5.3 應(yīng)用效果分析

首先，可通過排放出口參數(shù)、治理設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)，結(jié)合判讀模型等來判定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程工況參數(shù)的監(jiān)控，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)企業(yè)污染治理設(shè)施運(yùn)行規(guī)律的自動(dòng)分析，提升了企業(yè)的自我監(jiān)管能力，同時(shí)對(duì)企業(yè)的有機(jī)廢氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)起到了有效的監(jiān)督和驗(yàn)證作用，提升了環(huán)保工作的管理水平。