臨汾市襄汾縣

臨汾萬鑫達(dá)焦化有限責(zé)任公司

污染防治網(wǎng)格化微站溯源體系

建設(shè)方案意見稿

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院

安徽中科大賽悟科技有限公司

2021年7月29日

1.公司簡介

安徽中科大賽悟科技有限公司坐落于國家科學(xué)創(chuàng)新中心-中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院，服務(wù)于中科大先研院城市環(huán)境監(jiān)測預(yù)警實驗室。公司團隊由一支持來自中國科大環(huán)境與人工智能領(lǐng)域的碩博團隊創(chuàng)辦，致力于高端環(huán)境監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，為我國環(huán)境事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

公司與中國科學(xué)院、中國科大、上海交大等科研單位建立“產(chǎn)學(xué)研用”一體化平臺，致力于大氣環(huán)境質(zhì)量管控與環(huán)境應(yīng)急預(yù)警監(jiān)測領(lǐng)域，以真實、可靠、安全、便捷的實用性應(yīng)用為產(chǎn)品理念，面向生態(tài)環(huán)境部門、軍隊、環(huán)科院及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，定制開發(fā)了適用于我國的高端監(jiān)測技術(shù)裝備及區(qū)域環(huán)境監(jiān)測綜合性一體化服務(wù)平臺，是我國最先使用激光雷達(dá)、無人機、無人船等機器人載體結(jié)合車載和便攜設(shè)備進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用的單位之一，并創(chuàng)立了基于環(huán)境動力學(xué)及大數(shù)據(jù)云計算的微尺度地空一體化主動溯源環(huán)境監(jiān)測體系。

公司擁有國內(nèi)優(yōu)秀的技術(shù)專家顧問與科研創(chuàng)新團隊，擁有多項發(fā)明專利，通過積極參與國家環(huán)境領(lǐng)域重點科研項目，進(jìn)入污染防治一線長期調(diào)研，深刻理解環(huán)境污染防治體系建設(shè)、環(huán)境管理手段與技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展需求，瞄準(zhǔn)國內(nèi)國際技術(shù)前沿，充分吸收國內(nèi)外最新理念，開發(fā)適用于我國的高端監(jiān)測技術(shù)設(shè)備及區(qū)域環(huán)境監(jiān)管、化工園區(qū)污染氣體監(jiān)測、安全預(yù)警應(yīng)急處置、污染源溯源解析、區(qū)域污染源清單管理等多種整體解決方案，多次被省部級單位贊揚，充分滿足環(huán)境與安全領(lǐng)域監(jiān)測、監(jiān)管和研究需求。

2.技術(shù)團隊

團隊成員：

安徽中科大賽悟科技有限公司首席科學(xué)家

姓名：聶俊

職稱：教授，研究員

稱號：領(lǐng)軍人才

簡介：聶俊，男，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)環(huán)境工程博士學(xué)位，中共黨員，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院研究員，教授。中科大先研院城市環(huán)境監(jiān)測預(yù)警實驗室，湖泊藍(lán)藻應(yīng)急技術(shù)創(chuàng)新中心主任。2019年5月起受聘于安徽中科大賽悟科技有限公司首席科學(xué)家，從事環(huán)境科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)研究工作，研究方向為環(huán)境大數(shù)據(jù)模型與算法、人工智能。作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)項目4項重點研發(fā)項目。國內(nèi)外發(fā)表論文共25篇。授權(quán)發(fā)明專利多項。2011年入選中國科學(xué)院首屆青年創(chuàng)新促進(jìn)會，2019年入選合肥市“領(lǐng)軍人才”。2020年9月攜安徽中科大賽悟科技有限公司共同推出《基于地空一體化的微尺度多時空環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測及預(yù)警應(yīng)用》 系列應(yīng)用課程。

安徽中科大賽悟科技有限公司研發(fā)總監(jiān)

姓名：林傳文

職稱：副研究員

簡介：林傳文，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士。參與國家核高基重大專項、國家863 項目等重大項目多項，主持或參與安徽省科技重大專項、安徽省重點研發(fā)計劃等多個研發(fā)項目，主持或參與多項地方環(huán)境工程標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。作為核心研發(fā)人員參與了國產(chǎn)魂芯DSP編譯器、龍芯 Java 虛擬機等基礎(chǔ)軟件的研發(fā)，主持了基于深度學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)精細(xì)識別等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)及落地。在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，申請專利多項。主持研發(fā)中科大賽悟科技《大氣污染物溯源監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用》、《無人機大氣遙感監(jiān)測技術(shù)非現(xiàn)場監(jiān)察作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、《無人機多光譜水質(zhì)掃描技術(shù)應(yīng)用》等多項先進(jìn)技術(shù)開發(fā)。

服務(wù)團隊主要成員

3.任務(wù)背景

臨汾萬鑫達(dá)焦化有限責(zé)任公司成立于2003年8月，位于襄汾縣河?xùn)|冶金焦化工業(yè)園，占地面積1800余畝，現(xiàn)有員工2600余人，年產(chǎn)210萬噸焦炭、8萬噸焦油、2.1萬噸粗苯、2萬噸硫銨，配套年產(chǎn)20萬噸甲醇、6萬噸合成氨等煤化工產(chǎn)品。公司自成立以來累計納稅超20億元，多次被省、市、縣評為“納稅超億元企業(yè)”、“山西省優(yōu)秀民營企業(yè)”、“環(huán)保治理先進(jìn)企業(yè)”，是山西省政府確定的焦化行業(yè)兼并重組主體企業(yè)。

圖 1 廠區(qū)分布圖

近年來公司累計投入資金16億元，全面實施了企業(yè)生態(tài)環(huán)境深度治理，先后完成了焦化綜合廢水處理、焦?fàn)t煙氣脫硫、脫硝、白色煙羽治理及等高排放、料場封閉、裝煤出焦消煙除塵、化產(chǎn)VOCs尾氣治理、60萬噸、90萬噸干熄焦及余熱發(fā)電、上升管余熱回收利用、無組織排放智能化管控、水的酚氫治理等工程項目，企業(yè)環(huán)保設(shè)施實現(xiàn)了全面升級，做到了污水零排放、廢氣污染物全部達(dá)到超低排放，通過了市縣環(huán)保部門生態(tài)環(huán)境深度治理的驗收。主要污染物排放源焦?fàn)t煙囪：顆粒物濃度低于10mg/m3、SO2濃度低于30mg/m3、NOx濃度低于130mg/m3。

而在今日，企業(yè)開始安裝空氣小型站來監(jiān)測廠區(qū)內(nèi)部環(huán)境空氣質(zhì)量，從污染源排放的數(shù)量級下降1000倍來監(jiān)測廠區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量，企業(yè)現(xiàn)階段面臨無法判斷小型站數(shù)據(jù)升高的原因，無法進(jìn)行污染貢獻(xiàn)溯源，掌握不了企業(yè)內(nèi)部污染排放分布。

4.建設(shè)方案

4.1 污染因子分析

目前，涉及國家監(jiān)管的城市環(huán)境質(zhì)量參數(shù)共有AQI六參數(shù)CO、PM2.5、PM10、NO2、O3、SO2，該六參數(shù)分別反應(yīng)了區(qū)域碳排放、機動車、工業(yè)等人為活動產(chǎn)生的局部污染狀況，其中：

表 1 AQI因子描述表

4.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

4.2.1系統(tǒng)組成空氣質(zhì)量網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)由空氣質(zhì)量網(wǎng)格化監(jiān)測站、系統(tǒng)支持實驗室、質(zhì)量保證實驗室和信息平臺組成。

圖 2 空氣質(zhì)量網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖

4.2.2系統(tǒng)功能與配置

空氣質(zhì)量網(wǎng)格化監(jiān)測站

空氣質(zhì)量網(wǎng)格化監(jiān)測站監(jiān)測參數(shù)包括PM10、PM2.5、TSP、SO2、NO2、CO、O3、TVOC等其中的一種或幾種，也可根據(jù)需要增加溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓等氣象參數(shù)的一種或幾種進(jìn)行監(jiān)測。

當(dāng)空氣質(zhì)量網(wǎng)格化監(jiān)測站包含微型空氣質(zhì)量監(jiān)測站或采用傳感器檢測方法的物聯(lián)網(wǎng)移動空氣質(zhì)量監(jiān)測站時，還應(yīng)配備必要的網(wǎng)格質(zhì)控點。網(wǎng)格質(zhì)控點可以是國家和地方各級環(huán)境保護行政主管部門為評價環(huán)境空氣質(zhì)量建立的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位，必要時也可以是新建的小型空氣質(zhì)量監(jiān)測站。

表 2 系統(tǒng)監(jiān)測方法

4.2.3點位布設(shè)(1)布設(shè)原則

（一）科學(xué)性

網(wǎng)格化點位布設(shè)應(yīng)綜合考慮城市自然地理信息、氣象等環(huán)境因素，以及城市建設(shè)、工業(yè)布局、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、人口分布等社會特點，滿足大氣污染防治精細(xì)化管理的需求。

（二）完整性

網(wǎng)格化點位布設(shè)應(yīng)涵蓋各類功能性監(jiān)測點位，能夠反映污染物濃度較高區(qū)域的空氣質(zhì)量變化，滿足區(qū)域環(huán)境空氣監(jiān)測的需求，客觀評價重點污染區(qū)域的空氣質(zhì)量。

（三）代表性

具有較好的代表性，能客觀反映一定區(qū)域范圍內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量水平和變化規(guī)律，客觀評價區(qū)域環(huán)境空氣狀況和污染源對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響。

（四）可比性

同類型監(jiān)測點位環(huán)境條件應(yīng)客觀一致，確保各個監(jiān)測點獲取的數(shù)據(jù)具有可比性。

（五）動態(tài)性

應(yīng)結(jié)合企業(yè)建設(shè)規(guī)劃、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、區(qū)域空氣質(zhì)量變化等因素，確定重點評價區(qū)域，及時合理、科學(xué)有效地調(diào)整網(wǎng)格化點位布設(shè)。

(2)布設(shè)要求

?監(jiān)測網(wǎng)格點位布設(shè)可采用方位法和網(wǎng)格法。采用方位法布點時原則上不少于8個方位，采用網(wǎng)格法布點時,地級及以上城市監(jiān)測網(wǎng)格原則上不大于3km×3km，縣級城市監(jiān)測網(wǎng)格原則上不大于2km×2km。根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況和需求可適當(dāng)加密布點。

?監(jiān)測設(shè)備距地面高度一般應(yīng)在3m—20m范圍內(nèi)，在保證監(jiān)測點具有空間代表性的前提下，若所選監(jiān)測點位周邊無法滿足此安裝高度要求，其設(shè)備安裝高度可放寬至20m—30m范圍。

?對于監(jiān)測道路交通的污染源區(qū)域監(jiān)測點，監(jiān)測設(shè)備距地面高度應(yīng)在2m—5m范圍內(nèi)。

?污染源區(qū)域監(jiān)測點應(yīng)在污染源的主導(dǎo)風(fēng)向上、下風(fēng)向處布設(shè)，兼顧排放強度大的污染源及污染的最大落地濃度。

?污染傳輸通道監(jiān)測點應(yīng)按區(qū)域污染傳輸通道或風(fēng)道梯次布設(shè)。

?垂直梯度監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)于同一地點不同海拔高度的垂直空間內(nèi)，一般遵循近地面加密的基本原則、布設(shè)于距離地面10m—300m高度范圍內(nèi)。點位數(shù)量可根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點或管理需求確定，一般不少于3個。

?網(wǎng)格質(zhì)控點原則上設(shè)在國控/省控監(jiān)測點周邊半徑25m內(nèi)或小型空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備10m內(nèi)，用于微型空氣質(zhì)量監(jiān)測站和物聯(lián)網(wǎng)移動空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備傳遞與平行比對，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

?采樣口周圍水平面應(yīng)保證270°以上的捕集空間，如果采樣口一邊靠近建筑物，采樣口周邊水平面應(yīng)有180°以上的自由空間。

?監(jiān)測點周圍環(huán)境應(yīng)符合下列要求：

1)環(huán)境狀況相對穩(wěn)定、安全，防火措施有保障；

2)周圍有合適的車輛通道，便于設(shè)備運輸和安裝維護；

3)周圍無強大的電磁干擾，有避雷設(shè)備和可靠的電力供應(yīng)。

(3)監(jiān)測點位變更

1、大氣污染防治網(wǎng)格劃分發(fā)生變更或監(jiān)測污染源發(fā)生變化時，其對應(yīng)的網(wǎng)格監(jiān)測點位可相應(yīng)增加、變更或撤消。

2、新增或變更的監(jiān)測點位應(yīng)滿足布設(shè)要求。

(4)企業(yè)點位布設(shè)方案

根據(jù)廠區(qū)地圖，按照點位布設(shè)規(guī)則，初步在廠區(qū)設(shè)計安裝微站點位如下：

在廠區(qū)邊界布設(shè)12個站點將企業(yè)邊界包圍，了解企業(yè)內(nèi)部和外部排放特征，了解污染物主要貢獻(xiàn)來源是來自外部或者內(nèi)部。

在空氣站周邊廠區(qū)布設(shè)8個點位，了解企業(yè)內(nèi)部各生產(chǎn)裝置對空氣站數(shù)據(jù)影響。當(dāng)前布設(shè)點位為初步方案，后期可根據(jù)現(xiàn)場實際要求進(jìn)行增加、移位等。

4.2.4平臺功能(1)數(shù)據(jù)展示

通過在廠區(qū)布設(shè)微站點位，每個站點的數(shù)據(jù)通過4G傳輸?shù)骄C合管控平臺，平臺記錄站點數(shù)據(jù)并在地圖上實時顯示。

圖 3 微站數(shù)據(jù)展示

(2)污染物分布熱力圖

通過廠區(qū)布設(shè)微站站點數(shù)據(jù)，生成廠區(qū)內(nèi)部濃度熱力分布圖，掌握企業(yè)污染濃度分布。

圖 4 污染物熱力圖

(3)污染物擴散模型

基于時空特征學(xué)習(xí)的大氣污染擴散和溯源模型，實現(xiàn)大氣污染擴散和溯源場景的標(biāo)簽數(shù)據(jù)集構(gòu)建、基于殘差網(wǎng)絡(luò)的空間特征提取、基于ConvLSTM網(wǎng)絡(luò)的時空特征提取、基于全連接網(wǎng)絡(luò)的時空特征整合分析等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)大氣污染的擴散評估和溯源分析，為大氣污染因子異常變化的精準(zhǔn)分析和自動預(yù)警提供支撐。

圖 5 污染物擴散模型

4.3配置清單及預(yù)算

表 3 項目投入清單