目前，我國正在大力治理大氣污染，其中有機廢氣VOCs治理是重要內容。本文從有機廢氣排放情況的自動監(jiān)控、系統(tǒng)運營維護、自動監(jiān)測數(shù)據(jù)應用、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)等設備組成的有機廢氣VOCs排放過程監(jiān)控系統(tǒng)。它通過采集有機廢氣的產(chǎn)生、處理、排放過程中的全過程參數(shù)，將有機廢氣排放監(jiān)管的范圍從末端排放治理延伸到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對污染治理過程進行實時監(jiān)控及管理，并通過建立相關模型，實現(xiàn)污染治理設施運行狀態(tài)分析、排放數(shù)據(jù)真實性判定，為確認有機廢氣排放數(shù)據(jù)的科學性提供基礎數(shù)據(jù)，為有機廢氣排放總量核算、排污收費提供技術支撐。有效提升監(jiān)管水平，同時也滿足了企業(yè)自身減排管理的要求。
一、系統(tǒng)架構
有機廢氣 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)控平臺兩部分構建，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)測子系統(tǒng)主要是實現(xiàn)連續(xù)獲取準確、完整的VOC 監(jiān)測數(shù)據(jù)。4視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、存儲、視頻監(jiān)測、無線傳輸?shù)裙δ堋，F(xiàn)場VOC 排放過程監(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)依據(jù)生產(chǎn)工藝建立的關鍵環(huán)節(jié)工藝監(jiān)控、數(shù)據(jù)審核、異常報警和趨勢預警功能，并運用相關模型對有機廢氣排放在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，對污染治理設施運轉狀態(tài)進行統(tǒng)計。
環(huán)保局監(jiān)控平臺采用B/S 體系架構，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、風機等開關信號)和排放環(huán)節(jié)(VOCs 參數(shù)濃度、流量等數(shù)據(jù))分別進行采集，通過4G 視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實時傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場端數(shù)據(jù)匯總、報警管理、數(shù)據(jù)分析等業(yè)務功能。監(jiān)控平臺末端控制主要是過程監(jiān)控數(shù)據(jù)的應用，體現(xiàn)為有機廢氣排放在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性判定、排放總量核定、有機廢氣排污費的核算等方面。
二、子系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1 VOCs 在線監(jiān)測子系統(tǒng)
VOCs在線監(jiān)測子系統(tǒng)，充分利用傳感器技術、物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對企業(yè)VOC污染源相關指標進行24小時不間斷監(jiān)控的設備，是集儀器控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、顯示功能一體的在線監(jiān)控設備。采用先進的在線色譜技術連續(xù)監(jiān)測苯、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(配置不同的傳感器)、采用溫壓流一體機監(jiān)測流速、壓力、溫度等多項相關參數(shù)及統(tǒng)計排放率、排放總量等，并能對測量到的數(shù)據(jù)進行有效管理。該系統(tǒng)具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時采集，傳送實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，具有遠程故障診斷等功能，能夠與4G視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)了現(xiàn)場的無人值守。
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)場數(shù)據(jù)采集、視頻采集和無線4G 傳輸。全方面采集污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染產(chǎn)生數(shù)據(jù)及污染治理主要設備運行參數(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)安全運行，支持斷線重連。
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)場端工控機、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)場采集模塊將污染治理設施的進出口VOCs數(shù)據(jù)以及污染產(chǎn)生、治理、排放等環(huán)節(jié)的各種重要工況設備的運行狀態(tài)、運行數(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)，而后轉發(fā)至環(huán)保局的監(jiān)控平臺。
工況數(shù)據(jù)通過采集程序采集后，數(shù)值按照統(tǒng)一帶時間標簽的存儲規(guī)約格式，存入工況存儲單元。工況服務器按照小采樣精度(通常為秒級)將數(shù)據(jù)效率高地存入專用工況過程數(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)長久地保存，以備相關人員隨時調閱、比對及分析。工況數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件采用工藝流程圖的方式對企業(yè)的生產(chǎn)設施、治污設施、有機廢氣監(jiān)測設施的運行情況進行實時監(jiān)控，并可查詢、統(tǒng)計監(jiān)測參數(shù)任意時間段內的變化趨勢，支持將多個工況參數(shù)組合進行對比、分析。工況實時圖形界面不但要具備實時顯示模擬量的數(shù)值變化功能，還要能顯示狀態(tài)量的變化情況。
工況報警查詢能夠顯示設施報警列表、主報警與詳細報警之間的關聯(lián)。通過選擇條件，能夠搜索出符合條件的報警類型，還可以查詢到報警的詳細信息，包括規(guī)則名稱、開始時間、結束時間和報警原因等相關信息。同時系統(tǒng)具備良好的用戶權限管理功能，能夠對整個系統(tǒng)的底層模塊進行基本配置與管理。
三、系統(tǒng)模型
利用過程監(jiān)控和有機廢氣末端排放監(jiān)測系統(tǒng)獲得的大量實測數(shù)據(jù)，以現(xiàn)場操作數(shù)據(jù)集為基礎，建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型，由模型預測的結果與有機廢氣在相應時間測定有機廢氣的結果比較，判定監(jiān)測數(shù)據(jù)的可接受性。
3.1 模型建立步驟
(1) 確定影響有機廢氣產(chǎn)生的獨立輸入變量和因變量；(2)確定獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的時間段，并記錄單位時間VOC監(jiān)測的排放濃度和對應時間傳感器監(jiān)測的變量的數(shù)據(jù)；(3)將樣本分割成多個數(shù)據(jù)集；(4)其中一個數(shù)據(jù)集用于訓練模型的適應性，另外的數(shù)據(jù)集用于模型的驗證；(5)建立模型神經(jīng)網(wǎng)絡模型；(6)模型置于現(xiàn)場，由實際的過程數(shù)據(jù)在線檢驗模型，判定模型能否提供所需數(shù)量的準確的實時估算；(7)繪制以樣本數(shù)為橫坐標，有機廢氣排放濃度為縱坐標的模型預測結果與有機廢氣實際排放濃度的圖形；(8)對照模型的技術條件檢驗是否合格；(9)經(jīng)環(huán)境保護主管部門批準，用于污染源煙氣排放監(jiān)測。
3.2 模型的性能與技術指標檢測
3.2.1 性能技術指標
有機廢氣排放過程(工況)監(jiān)控系統(tǒng)模型應滿足以下性能技術指標要求。
(1)相對準確度(RA)。當模型預測值＞10e-4 時，相對準確度≤15 %；當模型預測值為10e-5~10e-4 時，相對準確度≤25 %；當模型預測值＜10e-5 時，模型預測值與參比方法(RM)測定值之差的值≤5×10e-6。
(2)偏差。若模型預測值與參比方法測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，計算的F 值≤臨界值Fa。
(4)模型的相關系數(shù)。相關系數(shù)≥0.75。
(5)相對準確度審核。模型預測3次的平均值與同期參比方法測定值之間的相對誤差不大于±15%。
3.2.2 性能技術檢測
(1)模型初始驗證。模型進行15次相對準確度運算。
(2)定期質量保證(QA)評估。模型執(zhí)行季度相對準確度審核和年度與參比方法比對檢測審核。
四、環(huán)保局排放過程工況監(jiān)控平臺
環(huán)保局監(jiān)控平臺通過企業(yè)端VOC排放過程監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場端數(shù)據(jù)實時傳到監(jiān)控中心，實現(xiàn)對現(xiàn)場端數(shù)據(jù)匯總、報警管理、數(shù)據(jù)分析等業(yè)務功能。
4.1 系統(tǒng)架構
環(huán)保局監(jiān)控平臺是一個集污染源企業(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架構的系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器及PC顯示終端及手機端等組成。
4.2 軟件功能模塊
(1)提供企業(yè)基礎信息管理功能，能對企業(yè)如地理位置、名稱、管理人員等進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匹配工況監(jiān)控數(shù)據(jù)驗證引擎，進行數(shù)據(jù)驗證；
(3)對排放企業(yè)的基本信息進行方便且安全的維護；
(4)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動或手動備份，保證數(shù)據(jù)的完整性；
(5)將監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗后上報到上級管理部門；
(6)動態(tài)實時地更新有機廢氣設施的運轉狀態(tài)，實時全方面了解運轉及排放情況；
(7)綜合查詢統(tǒng)計各類有機廢氣治理設施控制信號，并形成分類報表；
(8)針對排污收費、總量核定、排污權交易及其他業(yè)務需求進行擴展。（來源網(wǎng)絡）
