王建成，周衛(wèi)可，張翔，陳凱，顧建冬(1.南京大學鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院，江蘇 鹽城 224001；2.江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院水環(huán)境工程技術(shù)研究所，江蘇 鹽城 224001)

0 引言

化工行業(yè)是我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，在經(jīng)濟社會發(fā)展中占有非常重要的地位。21世紀以來，因政策導向和產(chǎn)業(yè)集聚效應，化工園區(qū)的數(shù)目迅速增加，已成為化工行業(yè)的主戰(zhàn)場[1]。國務院2016年明確提出：“全面啟動城鎮(zhèn)人口密集區(qū)和環(huán)境敏感區(qū)域的危險化學品生產(chǎn)企業(yè)搬遷入園或轉(zhuǎn)產(chǎn)關(guān)閉工作。新建化工項目全部進入化工園區(qū)，形成一批具有國際競爭力的大型企業(yè)集團和化工園區(qū)?！?作為一種集約化的發(fā)展模式，化工園區(qū)帶來大量經(jīng)濟效益的同時，也給對環(huán)境空氣構(gòu)成一些威脅[2-3]?；@區(qū)企業(yè)聚集，廢氣排放量大且類別繁多，排放不規(guī)律，無組織排放多，如何監(jiān)管是個大難題[4-6]。除了惡臭等擾民問題外，化工園區(qū)排放大量廢氣也會對周邊區(qū)域大氣環(huán)境造成影響，比如臭氧、光化學煙霧等的產(chǎn)生，另外還涉及周邊群眾健康風險[7-9]。

目前，化工園區(qū)周邊群眾對廢氣投訴事件頻發(fā)，政府部門整治壓力很大，管理上對于溯源現(xiàn)實需求強烈。現(xiàn)有溯源分析方法在城市、大區(qū)域尺度上應用良好，但在小區(qū)域尺度實現(xiàn)精準溯源分析比較困難，研究成果少，也缺少好的應用案例[10]?；@區(qū)廢氣監(jiān)測監(jiān)控與預警預報技術(shù)為各化工園區(qū)提供了一個很好的廢氣整體管控方案。該技術(shù)在化工園區(qū)大氣特征污染物篩選、監(jiān)測點位優(yōu)選、污染溯源、預警預報等方面進行集成研究，指導化工園區(qū)大氣監(jiān)測網(wǎng)絡構(gòu)建，提升大氣環(huán)境監(jiān)控預警整體水平與能力。

1 技術(shù)路線

建立化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)控預警系統(tǒng)，是降低化工園區(qū)環(huán)境風險，遏制環(huán)境污染事故發(fā)生，保護生態(tài)環(huán)境安全的重要措施?；@區(qū)大氣監(jiān)測監(jiān)控與預警預報集成技術(shù)主要創(chuàng)新在于集成大氣污染物監(jiān)測監(jiān)控預警-排放溯源-應急響應關(guān)鍵技術(shù)，通過特征因子篩選、監(jiān)測網(wǎng)絡優(yōu)化、監(jiān)控平臺搭建、污染動態(tài)溯源、有效預警預報等手段，建立化工園區(qū)全過程大氣監(jiān)管體系(如圖1所示)，最終實現(xiàn)環(huán)境管理提升、企業(yè)整治提升、空氣質(zhì)量提升。

圖1 化工園區(qū)大氣監(jiān)測監(jiān)控與預警預報集成技術(shù)框圖

2 技術(shù)內(nèi)容

2.1 監(jiān)控指標篩選

該技術(shù)全面梳理園區(qū)內(nèi)化工企業(yè)生產(chǎn)工藝、原輔料類別，掌握各企業(yè)產(chǎn)排污環(huán)節(jié)，識別片區(qū)存在的大氣環(huán)境高風險物質(zhì)及其排放特征，確立重點關(guān)注污染源的有組織及無組織排放特征污染物因子。根據(jù)大氣污染物排放量、檢出率、毒性、嗅閾值、光化學活性等指標，結(jié)合現(xiàn)有實施監(jiān)測與控制的必要技術(shù)條件，建立篩選特征污染物方法。同時將化工園區(qū)內(nèi)已造成嚴重污染、嗅閾值較低、環(huán)境風險較大的大氣污染物篩選為特征污染物。

管理者可以根據(jù)污染物種類、環(huán)境標準、監(jiān)測能力等實際情況，有序推進治理措施實施。在針對特定污染源監(jiān)測時，優(yōu)先監(jiān)控其排放的主要污染物，在園區(qū)邊界和周邊敏感保護目標監(jiān)控時，優(yōu)先監(jiān)控園區(qū)的特征污染物。

2.2 監(jiān)測網(wǎng)絡優(yōu)化

構(gòu)建“點、線、面、域”多級監(jiān)測網(wǎng)絡。監(jiān)測點的選擇需綜合考慮園區(qū)地形地貌、氣象條件等自然特征，以及園區(qū)內(nèi)企業(yè)的類型、規(guī)模、工藝技術(shù)及排放控制手段等多種因素[11]。通過模式模擬計算污染物擴散、遷移及轉(zhuǎn)化規(guī)律，預測污染分布狀況，進而尋找合理的監(jiān)測點位。基于園區(qū)優(yōu)先管控大氣特征污染物，選用技術(shù)先進、性能可靠、運行穩(wěn)定的相關(guān)儀器和設備開展監(jiān)測，并結(jié)合區(qū)域污染狀況考慮建站條件[12]。根據(jù)污染排放情況、污染路徑、敏感目標，合理優(yōu)化布局監(jiān)測網(wǎng)絡點位，后期根據(jù)園區(qū)環(huán)境管理工作需要以及園區(qū)發(fā)展實際情況可做動態(tài)調(diào)整。

在固定點布設的基礎上還可以通過增加移動監(jiān)測站來提升監(jiān)測監(jiān)控能力。在發(fā)生突發(fā)事件時，移動站點則作為應急監(jiān)測設備，移動至事發(fā)地點，實施應急監(jiān)測。

2.3 監(jiān)控平臺建設

建立環(huán)境信監(jiān)控共享平臺，將模型分析結(jié)果、統(tǒng)計分析結(jié)果、數(shù)據(jù)審核結(jié)果、超標事件分析統(tǒng)計結(jié)果、儀器運行狀態(tài)統(tǒng)計結(jié)果及時共享給相關(guān)業(yè)務部門，通過系統(tǒng)采集其他部門的數(shù)據(jù)，包括氣象數(shù)據(jù)、污染源一廠一檔數(shù)據(jù)、居民投訴信息、現(xiàn)場處置信息反饋等。通過監(jiān)控平臺“一張圖”功能，直觀展示目前園區(qū)存在的監(jiān)測站點、排污單元、周邊環(huán)境以及污染物分布等信息。

對歷史數(shù)據(jù)進行采集、匯總，建立環(huán)境數(shù)據(jù)分析儲庫，對匯總數(shù)據(jù)進行清理、分類、分析，例如結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地理信息、空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價，污染趨勢分析[13]。利用大數(shù)據(jù)挖掘手段找出各園區(qū)污染特征以及潛在關(guān)聯(lián)，形成區(qū)域污染特征屬性，提供環(huán)境污染綜合治理決策依據(jù)。

2.4 污染動態(tài)溯源

當園區(qū)內(nèi)空氣質(zhì)量自動站監(jiān)測到因子超標時，系統(tǒng)自動啟動溯源功能，根據(jù)園區(qū)內(nèi)的空氣監(jiān)測站點進行散點圖初步溯源，再通過模型進一步縮小溯源范圍。利用污染源追蹤技術(shù)先將站點監(jiān)測組分聚類或主成分分析，然后與污染源指紋譜進行相關(guān)性分析，進一步鎖定疑似源。結(jié)合氣象條件，快速調(diào)取周邊污染源檔案，分析周邊企業(yè)的原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品，排查污染來源。

隨著新的科技手段不斷出現(xiàn)和應用，鼓勵創(chuàng)新利用走航監(jiān)測等先進手段進行污染定位[14-15]，輔助人工現(xiàn)場排查，最終鎖定污染源。找到問題源頭后，要在監(jiān)控平臺對相關(guān)事件建檔立冊，輔助執(zhí)法和管理，并限期督促整改。

2.5 預警預報機制

積極的預警預報機制，有利于園區(qū)對于污染事件提前開始有效預防，化被動為主動，化解環(huán)境風險。預警預報的前提是對于污染物分布情況的準確預測。根據(jù)源排放特征、氣象、地形等因素，運用大氣污染擴散模型，如：AERMOD、WRF/CALPUFF等[16]，模擬污染物濃度分布特點，建立特定源強排放、氣象等條件下區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)污染物濃度分布特點及規(guī)律，形成原始情景案例庫。通過要素(氣象、工況等)和歷史情景的匹配度來進行篩選，以最高接近度情形為依據(jù)，判斷大氣污染排放和分布情況，實現(xiàn)特征污染物未來分布預測。

對環(huán)境空氣質(zhì)量等進行1 h、12 h、48 h、168 h實時預測分析，并顯示污染氣團擴散趨勢及影響范圍、強度?？梢罁?jù)園區(qū)產(chǎn)業(yè)布局、企業(yè)風險源產(chǎn)生及分布特點、園區(qū)所在地理位置、地形地貌、氣象條件、周邊敏感目標屬性和分布特點及被監(jiān)測風險因子的物化性質(zhì)、毒性、易燃易爆性、職業(yè)衛(wèi)生接觸限值、環(huán)境質(zhì)量排放限值等關(guān)鍵因素進行論證并對污染因子設置對應的預警閾值。將預警信號劃分級別，建立分級響應機制，一定情形下提前發(fā)出預警信息，積極及時處置。此外，還可以根據(jù)減排目標，指導園區(qū)提前采取產(chǎn)能調(diào)整等預防應急措施，化解可能出現(xiàn)的不利環(huán)境事件。

3 結(jié)語

化工園區(qū)廢氣問題多、管控難度大，在加強監(jiān)測基礎上實現(xiàn)精準溯源和預報，是實現(xiàn)有效防控的重要前提。化工園區(qū)大氣監(jiān)測監(jiān)控與預警預報集成技術(shù)聚焦于小尺度集中排放區(qū)的廢氣精準防治，通過集成污染監(jiān)控、溯源排查、預警預報等先進手段，促進企業(yè)廢氣治理、達標排放，改善園區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量。該技術(shù)緊扣當前化工園區(qū)污染防治迫切需求，應用前景廣泛。