污染源在线监测系统在矿井中的应用

摘要：对煤炭企业安装污染源在线监测系统的系统组成和主要监测原理进行了总结，阐述了在安装在线监测系统时遇到的具体问题和注意事项，并进一步研究了系统建成后环保管理方式的转变，分析了系统运行时可能存在的问题。

关键词：污染源在线监测;矿井;应用

0 引言

随着中国经济进入新常态转型期，社会对良好生态环境的期待逐步提高，推动形成绿色低碳循环发展将成为主流发展模式。对于煤矿企业来说，“三废”治理达标仅是环保管理的初级阶段，追求发展煤炭资源循环产业链、矿区生态治理才是最终目标，而建立一套科学有效的污染源在线监测系统是向最终目标迈进过程中的必经之路。

在环保管理工作中，运用传统环境监测技术所采集到的数据是非连续的，准确率不易控制，已无法满足管理需要。建设污染源在线监测系统，利用现代化的电子通讯和软件技术，实现污染源监测自动化，在实时性和准确性等方面实现对污染源的有效管理，从根本上减小环境污染事故发生概率，提高环保处理设施的稳定性和可靠性，有利于提升煤炭企业的环境社会效益。

1 矿井污染源在线监测系统建设原理和要点

污染源在线监测系统是对矿井产生的主要污染物进行采集分析、数据处理传输，实现对环保处理设施的实时监控和通知预警等功能。主要分为3个部分，即污染物实时测量系统、数据传输和污染治理设施监控系统、报警和控制执行系统。

1.1 污染物实时测量系统

主要用于分析测量矿井生产过程中产生的主要污染物的排放量和排放浓度，产生不间断的实时数据。

1.1.1 水质在线监测系统

矿井安装水质在线监测系统时，应在工业场地总排口前段设置缓冲区域，对矿井废水和生活污水管路进行改造汇集，使两种污水充分混合后再进入在线监测设备，以保证测量数据的真实性。水质在线监测系统主要对污水的流量和COD进行实时测量。

对流量的监测多使用超声波明渠流量计，原理为当污水在自由流状态下流过量水槽(堰)形成一定的节流液位，通过水槽的污水流量与节流液位满足关系式：

Q=CHn，(1)

式(1)中，Q为污水流量，m3/s;H为节流液位高度，m;C、n为与量水槽结构有关的系数。

为此需在总排口缓冲区域修建明渠，将明渠修建为堰槽。当污水通过堰槽时，在水位观测点上方安装超声波明渠流量计，通过测量堰槽内液位高度，测出总排口实时污水流量。

使用UV法(紫外分光光度法)对COD进行监测。基本测量原理是基于污水中有机物对紫外线的吸收。含有共轭双键或多环芳烃的有机物溶解在水中时，对紫外光有吸收作用，根据比尔-朗伯定律，以不饱和有机分子在紫外光254 nm处的吸收为基础，测量这种光的吸收量，进而分析水体中不饱和有机分子的含量，从而折算出COD含量[1]。在总排口明渠中部安装潜水泵以抽取污水，取样头抽取污水后送至UV法COD在线自动分析仪中即可完成污水中COD的测量。由于UV法测COD具有测量时间短(1 min)、可以对水样干扰进行补充测量、不需要对水样进行预处理等优点，故而明显适用于污水在线监控[2]。

1.1.2 烟气在线监测系统(CEMS)

在安装CEMS前应首先在锅炉房烟囱上(中下部)安装永久、安全、便于采样、测试的操作平台。操作平台不少于4.0 m2，平台、爬梯栏杆高度不低于1.5 m，平台爬梯型式应是斜爬式或Z型斜爬式(操作平台和爬梯应在锅炉房建设时综合考虑，在满足环保监测要求的同时避免重复投资)。为保障所监测污染物排放浓度和排放总量的准确性，CEMS安装位置应尽可能选择在烟气流速相对稳定的断面，一般安装在烟囱中下部位置，污染物能完全混合均匀，其监测数据应能代表固定污染源的排放水平。

操作平台设置完成后，在烟囱上打孔安装颗粒物测量仪、烟气参数测量子系统和气态污染物采样装置。其中颗粒物测量仪通过浊度法或光散射法对烟气的烟尘含量进行测量，烟气参数测量子系统通过多种探头对烟气基本参数(包括温度、压力、流量、湿度、含氧量等)进行测量。颗粒物测量仪和烟气参数测量子系统完成对烟气参数测量后，通过信号线传送至CEMS分析仪的数据采集器。气态污染物采样装置采用直接抽取法对烟囱内烟气进行取样后，通过伴热管线传送至CEMS系统，烟气经过滤、冷凝、干燥等预处理后进入气体分析仪，利用非分散红外分析法(SO2和NO等气体污染物在光谱范围的一个区域或多个区域吸收红外光的能量。利用污染物分子吸收特征波长光的特点，测量出不同种类的污染物含量)测量出SO2和NOx含量，并将分析结果传送至数据采集器。

由于在线监测系统测量设备对工作环境要求较高，所以在水质和烟气采样点附近应建设专用监测站房。监测站房面积和高度应满足设备占地空间、设备正常工作和维护操作时使用。站房内应配备空调、排风扇和冬季采暖设备，室内温度应保持在18 ℃～28 ℃，湿度在60%以内，空调应具有来电自动复位功能。此外，还需通水通电，配备UPS不间断电源和消防设备，以防发生断电和着火等意外情况。

1.2 数据传输和污染治理设施运行监控系统

污水、烟气中主要污染物实时数据经在线监测系统检测出后，都可通过现场工控机实时显示，管理人员可通过计算机进行数据分析。同时，数据采集器将采集到的各类污染源排放数据转换为标准数据格式后进行存储，并通过调制解调器和公共通讯线路传送到公司环境管理部门和上级环保管理机构。

另外，在矿井水处理站、生活污水处理站和锅炉房还安装有污染治理设施运行监控系统。主要安装在配电室内，对关键环保处理设施的用电状态进行监视，如生活污水处理站鼓风机和曝气装置，锅炉房的鼓、引风机和除尘泵等。从而掌握环保处理设施的运行时间和运行状态，并将运行数据上传至监测网。

1.3 报警及控制执行系统

当污染物排放超标或环保设施运行不正常时，将触发安装在环保管理部门或调度指挥中心的报警系统，引起环保管理人员重视，及时发现处置问题。

当报警系统报警持续一定时间后，污染物排放仍然超标将启动初级控制执行系统，切断部分办公用电。

若初级控制执行系统运行持续一定时间后，污染物排放仍然超标，将启动紧急控制执行系统，强行切断矿井出煤皮带电源，影响矿井正常生产。此功能一般为上级环保主管部门的强制手段。

2 污染源在线监测系统的环保管理方式和运行中存在的问题

a) 污染源在线监测系统的安装使煤炭企业环保管理人员能实时掌握主要污染物的监测数据，从对污染物排放浓度的限制转向对污染物排放总量的控制，管理思维逐步从“被人管牢”转变为“我要管好”，有利于充分发挥主观能动性，加强环保责任意识和风险意识，体现出煤炭企业的社会责任;

b) 不断完善在线监测系统日常管理、维护、巡检等制度，建立操作运行人员岗位责任制和系统操作规程，并通过报警控制系统完善污染事故应急预案和演练制度，形成污染物超标快速反应机制，有利于工作人员迅速采取措施解决环保问题，从而提升了环保管理水平。在线监测系统的实时监测与以污染物浓度为主的日常监测相铺相成，提高环保管理人员对污染源排放的管理和控制能力;

c) 烟气在线监测系统检测的主要数据之一即为SO2折算浓度，其数值是根据实测SO2浓度乘以实测空气过剩系数，再除以规定的空气过剩系数得出。也就是说，SO2折算浓度与燃烧后烟气含氧量有直接关系，如果进入炉体参与燃烧的空气过多，造成空气过剩系数过大，烟气含氧量过大的话，虽然会使SO2实际浓度略有下降，但会导致折算数值显著增高，造成折算后数据失真。如果控制锅炉的空气过剩系数，SO2折算浓度马上降低。所以在控制好脱硫除尘设施稳定运行的同时，还应控制好锅炉运行时鼓、引风机的风量，将烟气含氧量控制在一定范围内，使燃料燃烧充分，才能保证SO2折算浓度不会超标;

d) 使用UV法检测的有机物仅限于具有共轭双键的有机物，不能测量其它类型的有机物和无机还原性物质，故检测出的COD存在一定误差。同时UV法检测COD要求有稳定的水质条件，然而在矿井生产中，可能存在矿井废水水质条件发生变化的情况，如井下地质条件发生变化，增加注浆材料的使用;或煤泥量大，增加絮凝剂的投入等。这种情况下的矿井废水集中排放时，容易引起排放水水质变化，就会使UV法检测的COD数据与实际数据产生误差，从而降低在线监测系统的可靠性。

3 结语

随着煤炭产业“转型”的提出，煤炭企业向“集约高效”、“延伸循环”、“生态环保”等方向转变已成为共识。建立污染源在线监测系统，掌握了解系统组成和污染物监测原理，有利于提升环境保护管理水平，促进矿井污染物总量减排，不断向生态示范型矿山迈进。

在环保设施建设期，应统筹考虑为建设在线监测系统预留安装空间和操作接口，避免重复投资，增加不必要的工作量。在线监测系统运行管理中，还应针对监测原理的局限性，寻找技术突破口，不断完善监测方法和制定补偿措施，提高在线监测系统的准确率和可靠性。

参考文献：

[1] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京:中国环境科学出版社,2002:50-52.

[2] 吴国平.UV法COD在线监测仪在监控城市污水处理出水的应用[J].工程科技,2005(3):62-63.

原标题：污染源在线监测系统在矿井中的应用