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环保在线监测系统解决方案

上海领萃环保科技公司

一、 方案概况
污染物在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络, 涵盖水质监测、 环境空气质量监测、 固定污染源监测( CEMS) 、 以及视频监测等多种环境在线监测应用。系统以污染物在线监测为基础, 充分贯彻总量管理、 总量控制的原则, 包含了环境管理信息系统的许多重要功能, 充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求, 支持各级环保部门环境监理与环境监测工作, 适应不同层级用户的管理需求。
二、 方案架构
污染物在线监测系统设计构成:
1、 连续、 及时、 准确地监测排污口( 环境空气) 各监测参数及其变化状况;
2、 中心站可随时取得各子站的实时监测数据, 统计、 处理监测数据, 编制报告与图表, 并可输入中心数据库或上网查询;
3、 收集并可长期储存指定的监测数据及各种运行资料、 环境资料备案检索;
4、 系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、 报警功能;
5、 具有自动运行、 停电保护、 来电自动恢复功能;
6、 运维状态测试, 例行维修和应急故障处理;
三、 污染物在线监测系统解决方案
1、 环境空气质量在线监测解决方案
空气质量监测系统可实现区域空气质量的在线自动监测, 能全天候、 连续、 自动地监测环境空气中的二氧化硫、 二氧化氮、 臭氧和可吸入颗粒物的实时变化情况, 迅速、 准确的收集、 处理监测数据, 能及时、 准确地反映区域环境空气质量状况及变化规律, 为环保部门的环境决策、 环境管理、 污染防治提供详实的数据资料和科学依据。
1.1系统构成
    环境空气质量在线监测系统包括监测子站、 中心站、 质量保证实验室和系统支持实验室。子站的主要任务是对环境空气质量和气象状况进行连续自动监测, 由采样装置、 监测分析仪、 校准设备、 气象仪器、 数据传输设备、 子站计算机或数据采集仪以及站房环境条件保证设施等组成, 如下图所示:

环境空气质量监测的参数主要包括SO2、 NOX、 O3、 CO、 PM10(2.5)、 气象参数。
1.2系统特点
1.2.1系统集成优势
核心仪表采用该领域内国际先进水平的厂商产品, 具有多项认证, 如USEPA, TUV, CE, CPA等;
可提供不同类型空气站解决方案, 如四类常规空气质量监测站、 路边空气质量监测站、 移动空气质量监测站等;
拥有世界最先进的环境空气质量痕量级分析仪, 最低检测限达到50ppt, 广泛应用于空气质量背景站和农村监测站;
在系统集成上完美发挥各仪表特点, 充分显示产品技术先进性, 并具有专用的数据采集系统, 与API或HORIBA仪器采用数据式通讯, 中心数据管系统AQMS-EGRP, 能够真正的实现对API或HORIBA分析仪的数据采集、 运行控制和远程管理;
1.2.2仪表级优势
仪表采用模块化设计, 便于维修, 能耗小, 具有极小的温度漂移, 并有双开关电源, 抗干扰能力强, 可靠性高;
仪器内置数据采集器, 可存储一百万个数据, 并具有以太网接口, 可直接连接企业局堿网;
各仪表具有独特的预诊断功能, 极大减少仪器故障对数据捕获率的影响;
仪器具有内置的自动校准功能, 只要按自动校准功能键就能够实现传统的烦琐的校准工作, 用户能够在自动周期校准界面的菜单中设置自动校准的开始时间、 间隔时间和量程;
可根据被测气体浓度的瞬时值和平均值自动地选择最合适的量程, 作为可选项, 即使随意设定任何量程( 最大量程比在10%以内) , 量程自动选择功能仍可使用;
环境压力自动补偿功能确保了检测结果稳定可靠, 避免当时大气压力和所处位置的影响;
2、 环境空气重金属在线监测系统解决方案
 大气颗粒物是一种重要的空气污染物, 对环境影响很大。引起人们普遍关注的有总悬浮颗粒物(TSP)、 可吸入颗粒物(PM10)、 可入肺颗粒物(PM2．5)。随着人们的环保认识不断加深, 对PM2.5中所含有各类有毒物质有深入的了解。重金属污染物( 也包括As等类重金属) 作为人们耳熟能详的有毒污染物, PM2.5重金属的危害性有目共睹。因此, 加强PM2.5中重金属元素的监测是环保部门迫切需求。
2.1系统构成
动态加热采样装置、 抽取系统、 X荧光光谱仪、 数据分析软件组成( 如下图所示: )
 仪器以恒定的工况流量将空气吸入颗粒物切割器中, 以PM2.5为例, 动力学直径在2.5um附近及以下的颗粒污染物进入到仪器的富集系统中。经过一段时间的富集后, 富集系统自动切换成β射线分析系统, 利用β射线的衰减与颗粒物的质量浓度成指数的关系, 对颗粒物的质量浓度进行分析。然后卷膜系统精确地将富集有空气颗粒物的滤纸移动到X射线荧光分析系统, 分别利用X射线荧光的能量和强度对颗粒物中的元素成分进行定性和定量的分析, 分析后数据经过通讯接口至管理平台。

2.2系统特点
空气颗粒物浓度、 大气重金属浓度一体式协同测量, 为污染溯源及源解析提供更精准数据;
TSP、 PM10、 PM2.5三种切割器可供用户选择, 应用于不同的环境评价场合;
铅、 镉、 砷等30多种重金属含量精确测量, 最低检出限在pg/m3量级;
从光管、 探测器、 数字多道分析器( DCMA) 到整机, 数十项XRF核心技术创造专利;
具有国家级技术证书和测试报告, 仪器的可靠性、 准确性得到充分验证;
3、 水质在线监测系统解决方案
水质在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心, 运用现代传感器技术、 自动检测技术、 自动控制技术、 计算机应用技术以及配套的软件和通讯网络组成的一个综合性在线自动监测体系。方案技术平台基于微定量分析技术及系统智能集成技术, 系统经过对水样取样及预处理系统进行控制, 从而实现了水样的环境参数进行测量控制预警等功能。
3.1系统构成
本系统是由污水排放监测点、 监测中心站组成的污水监测系统。该系统可实现对企业废水和城市污水的自动采样、 流量的在线监测和主要污染因子的在线监测; 实时掌握企业及城市污水排放情况及污染物排放总量, 实现监测数据自动传输; 由监测点对水质参数自动采集、 处理、 保存和远程通讯传输, 监测中心站的计算机控制中心进行数据汇总、 整理和综合分析; 监测信息传至环保局, 由环保局对企业进行监督管理。系统图如下:

主要监测参数: pH、 电导率、 溶解氧、 悬浮物、 COD、 NH3-N、 总磷、 总磷、 总氮、 氟化物、 氯离子、 氰化物、 酚、 TOC、 重金属、 流速流量等。
 3.1.1污水处理监测点利用各种传感器或专用仪表, 采集与污水处理有关的物理、 化学参数。如污水处理设备运行状况, 工业用水排放污水流量, 污水PH值, 污水的相对浊度等。各种数据从监测仪的通信口传送到GPRS DTU, 由GPRS DTU把数据打成TCP/IP 包, 发送到GPRS DTU中设定的具有固定IP地址或者域名的监控中心站数据中心服务器端口上。
3.1.2监控中心站计算机系统主要由数据通信子系统、 数据处理子系统和报表系统组成, 主要完成的功能有数据通信, 数据处理, 报表统计报表统计分析等。
3.1.3数据处理子系统、 报表系统作为主要的人机交互界面, 收监测点传输来的信息和其它污染源的监测信息; 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, 而且还能够向监测点发送有关查询命令和控制信息。
3.1.4各监测点的GPRS DTU上电后自动拨到GPRS网络, 和预先设定的IP地址或者域名建立TCP链路, 这样监控中心和各个监测点间就实现了双向传输数据。
3.2系统特点
3.2.1建设周期短, 成本低:
GPRS无线网络可为系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建在线监测系统, 无线数据传输具有可充分利用现有网络, 缩短建设周期, 降低建设成本的优点, 而且设备安装方便、 维护简单。 
3.2.2实时性强:  
由于GPRS具有实时在线特性, 系统无时延, 无需轮巡就能够同步接收、 处理所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
3.2.3可对环保设备进行远程控制:  
经过GPRS双向通讯方式还可实现对环保设备进行远程控制, 进行参数调整、 开关等控制作用。
3.2.4集抄范围广:
GPRS覆盖范围广, 在无线GPRS网络的覆盖范围之内, 都能够完成对设备的控制和管理。而且, 扩容无限制, 接入地点无限制, 能满足山区、 乡镇和跨地区的接入需求。 
3.2.5系统的传输容量大:  
环保数据中心要和每一个数据采集点保持实时连接。由于数据采集点数量众多, 系统要求能满足突发性数据传输的需要, 而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。 
3.2.6数据传送速率高:  
每个数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可171.2kbit/s, 当前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右, 完全能满足本系统数据传输速率( ≥10Kbps) 的需求。
3.2.7通信费用低: 采用包月计费方式, 运营成本低。
3.2.8系统易于扩展和维护:
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络, 因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名, 各个数据采集点采用GPRS模块经过IP地址或域名来访问该主机, 从而进行数据通信。
4、 固定污染源在线监测系统( CEMS) 解决方案
污染源烟气在线监测系统, 也称CEMS系统。系统经过在线连续监测烟气固定污染源排放, 把采集的各项排污数据经过Modem、 GPRS、 TCP、 IP等传输给环保职能部门, 为环保职能部门提供关于排污申报、 总量控制、 排污收费及时有效的数据资料, 对推动环保职能部门在控制大气污染、 改进空气质量的标准、 政策、 法规方面提供准确的量化依据。
4.1系统构成
污染源烟气在线监测系统主要由采样子系统、 预处理子系统、 气态污染物监测子系统、 颗粒物监测子系统、 烟气参数监测子系统、 数据采集控制子系统、 辅助系统及站房组成。如下图所示:

采样子系统:
气体采样探头是插入烟道气体采集点, 采集样品气体的部件。采样探头装置具有电加热伴热功能, 能自行加热并实施温控。该装置适用于燃烧过程后气样的连续采集。
预处理子系统:
烟气预处理系统用于完成样气的净化、 除尘、 除湿、 排水, 提高了系统的可靠性、 稳定性及检测结果的重复性, 降低了运行维护成本。
气态污染物监测子系统
气态污染物监测子系统采用紫外光谱法进行分析, 该分析仪能够测量SO2、 NOx、 O2、 CO、 CO2等气体的浓度, 具有测量精度高、 可靠性高、 响应时间快、 适用范围广等特点, 各项指标达到或超过国内外同类产品, 可广泛应用于环保在线监测、 工业控制、 安全监测等场合。
颗粒物监测子系统:
颗粒物监测系统采用激光背向散射法测定烟尘浓度:
烟气参数监测子系统:
采用皮托管测流速, 压力传感器测压力, 温度传感器测温度, 烟气湿度采用高温电容湿度传感器测量:
数据采集传输及控制子系统:
由数据采集仪、 工控机、 显示器和系统软件等组成。数据采集仪主要工作是将各个分析仪的分析结果最终采集储存并能够在工控机屏幕上进行实时显示, 生成图表, 并接受数据采集传输仪的访问, 提供现场数据:
辅助系统:
辅助系统由供电系统、 防雷系统等组成。
自动监测系统采用双供电系统, 并配备UPS稳压电源。防雷系统采用专用工业防雷器, 两级防雷措施。
4.2系统特点
4.2.1系统可自动连续测定分析混合气体中的SO2、 NOx、 CO、 CO2、 O2、 C2H4等气态污染物浓度, 同时还能检测排放烟气中烟尘以及检测过程参数;
4.2.2系统的数据采集和处理系统具有数据存储、 处理、 识别无效数据等功能, 能够控制CEMS的日常工作, 包括: 自动校正循环, 自动反吹采样系统过滤器和探头, 提供认证测试和检测所需资料;
4.2.3兼容各种传输方式, 可实现多级联网; 实现现场数据实时传送, 远程故障诊断;
4.2.4标准模块化设计, 具有高可靠性、 安全性、 可维修性和可扩展性。预留了一定的接口和容量。CEMS可与电厂、 电力局、 环保局的局域网连接, 能够远程通讯;
4.2.5系统分析仪器具有自我诊断功能。这些诊断功能包括检测源和探头的失效、 超出量程报警, 并具有主要仪器部件故障警报功能;
4.2.6仪器和系统日志功能, 记录系统的各运行状态参数, 为系统数据的准确性和可靠性作为溯源的基础;
4.2.7采用电加热控温直接抽取取样方式, 辅助环节少, 可靠性高, 能真实反映烟气成分含量;
4.2.8系统具有自动标气测试功能, 能够自动完成系统校核功能, 减少维护工作量;
4.2.9采用工控机控制, 自动化程度高, 可采集系统的详细状态信息, 可作为数据有效性审核的最有利资源;
5、 VOSs在线监测系统解决方案
挥发性有机化合物( Volatile Organic Compounds, 以下简称VOCs) 是指沸点在50-260℃之间, 常温常压下蒸气压大于13.332pa, 分子量范围约在16amu～250amu( amu为原子量单位) 的有机化合物的总称, 其成分包括烃类、 含氧烃、 卤代烃、 低沸点多环芳烃等多种类型, 是环境空气主要污染物之一。VOCs排放总量和防治难度大, 易引起光化学污染、 大气雾霾, 严重危害人体健康。
VOCs主要来源于固定污染源排放, 涉及行业较多, 以有机溶剂、 石油化工、 表面涂装等行业为主。《DB12/524- 工业企挥发性有机物排放控制标准》, 对石油化工、 医药制造、 橡胶制造、 涂料制造、 电子工业等多个行业的VOCs排放限值及在线监测方法进行了详细要求, 监测因子主要包括非甲烷总烃、 苯、 甲苯和二甲苯等。
5.1系统构成
污染源VOCs在线监测系统主要由采样系统、 预处理系统、 气态污染物监测系统、 烟气参数监测系统、 数据采集控制系统、 辅助系统组成。如下图所示:

5.2系统特点
5.2.1预处理模块采用120度以上的全热法采样技术, 样品流路采用特氟隆惰性材料, 有效避免高沸点物质的吸附, 保证了测量的准确性;
5.2.2VOCs分析模块采用GC-FID技术, 可同时检测甲烷/非甲烷总烃、 苯系物( 苯、 甲苯、 乙苯、 邻间对-二甲苯) , 也可根据客户需求分析其它成分( 环氧乙烷、 环氧丙烷、 酮类、 酯类等) ;
5.2.3采样系统具有自动吹扫功能, 可自动去除滤芯表面的粉尘, 延长滤芯使用寿命; 系统具备自动校准功能, 无需值守, 最大限度减少维护量; 5.2.4系统具备断电保护功能, 现场意外停电时可自动置换主流路内的残留气体, 保护流路器件和分析元件;
5.2.5具备正压防爆设计, 可应用于石化行业等防爆区域, 安全可靠。设备稳定可靠、 监测结果准确。
6、 污染源信息综合管理系统
污染源信息综合管理系统是环境监测和环境监理的重要组成部分, 经过污染源监测系统平台, 对全面监控辖区内重点污染源污染物的排放总量, 制止环境违法等方面发挥着不可替代的作用。提高监察效能, 必须采用自动化、 信息化、 科学化的技术手段, 建设污染源在线监控系统平台, 为节能减排、 环境统计、 排污申报、 排污收费等提供依据。
　　利用物联网技术构建污染源自动监测管理体系, 在重点污染企业废水、 废气排放口设置在线监测设备, 并对现有监测设备进行升级改造, 实现对监测点位污染信息的自动获取;经过智能感知和获取污染因子排放数据, 实现中心管理控制平台对污染源全覆盖、 全自动、 全天候的监控, 提高污染源监督管理的水平和效率。
6.1系统构成

6.2系统特点
6.2.1多种数据连接方式, 可实现在线分析仪器/仪表的快速联网;
6.2.2经过”断点续传”、 ”平台补遗”等技术可确保数据上线率达99%以上;
6.2.3经过”说清在线仪器的数据与运行状态”、 ”说清数采仪的数据与运行状态”, 来提升系统的数据有效性建设;
6.2.4产品的模块化结构设计和人性化界面设计, 方便设备运营维护;
6.2.5提供企业级软件平台, 方便企业与局方同步进行数据查看与比对。
6.2.6数据与视频的统一建设, 可有效提高系统的兼容性, 并可为应急指挥、 执法检查, 提供直观的排污口图像