3.4.1 固定污染源
固定污染源是指污染物固定的排放源，包括工厂、企事业单位、饮食服务业单位及居民用于生活等的锅、窑炉、排气筒和排放口等。固定污染源感知体系主要针对重点工业企业和集中排放式污染源，目前初步形成“四控一体”的整体监控模式，包含末端监控、工况监控、预警反控、总量管控4类监控模式（见图3-14）。
图3-14 固定污染源“四控一体”感知体系
1.末端监控
1）建设内容
固定污染源末端监控是指对污染源排放进行实时动态监控，及时、准确地提供各种污染源排放的污染物总量和各种污染物排放浓度的时空分布数据，为环境管理和生态环境监管执法提供依据，全面改善环境监测效率，提高环保监控的现代化水平。目前，全国约有30000家国家级、省级、市级重点排污单位安装了污染源排放在线监控设备并与环保部门联网。按照《国家重点监控企业自行监测及信息公开办法（试行）》和《国家重点监控企业污染源监督性监测及信息公开办法（试行）》要求，各级各部门及各单位均建立了企业自行监测及污染源监督性监测信息发布平台。
2）主要监测标准规范与仪器设备
在对固定污染源废气排放指标实施监控方面，最早从火电行业的SO2、NOx两项指标强制在线监测起步，发展到对钢铁、焦化、化工、建材等其他非电行业的SO2、NOx和颗粒物3项指标约束性实施强制在线监测，同时还开展了对于VOCs、汞排放的自动监测。废水污染物在线监控主要包括化学需氧量、氨氮两项指标，并拓展到总磷、总氮、重金属等指标。我国已制定出台《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75—2017）等一系列规范，全面规范固定污染源排放烟气连续监测系统的适用性检测、安装、调试、验收、运行维护、手工比对、监督考核和自动监测数据审核等各环节，从而为国家总量减排、环境管理决策及环境执法提供可靠的技术支持。
（1）废气污染物在线末端监测系统。由烟尘浓度测量子系统、气态污染物浓度测量子系统、烟气参数测量子系统、数据采集与传输子系统组成，其架构如图3-15所示。通过采样和非采样方式，可实时测定气态污染物浓度、烟气中颗粒物浓度，以及烟气温度、压力、流量或流速、含湿量（或输入烟气含湿量）、烟气含氧量（或CO2含量）等参数；计算烟气中污染物浓度和排放量。
（2）废水污染物在线末端监测系统。固定污染源废水污染物在线末端监测系统由五大部分组成（见图3-16）：采样子系统、配电子系统、分析子系统、数据采集与控制子系统、数据处理与远程控制子系统。
系统所含各类仪表包括监测常规五参数的DO、ORP、pH值、电导、温度传感器，监测有机物的TOC、COD在线分析仪，监测营养盐的NH3-N/总氮、总磷/正磷酸盐、总磷总氮分析仪等。
图3-15 固定污染源废气污染物在线末端监测系统架构
2.工况监控
1）建设内容
工况是指设备在和其动作有直接关系的条件下的工作状态，在环保领域主要是指生产性企业的生产设施和环保治理设施的运行状态。工况监控分为生产工艺过程工况监控和污染治理设施工况监控两大类，推动实现在线监控从“末端监控”向“全过程监控”转变，从独立单项指标向关联多项指标转变，能够根据验证规则自动进行工况分析，精确评价设施运行状态及排放数据的有效性，为确保监控数据的真实性和企业自证清白提供依据。通过对“企业生产情况、污染物产生、污染物治理、污染物排放”等重要过程参数信号的采集，建立所有过程参数信号的相关关系，从而判断企业生产情况、企业污染治理情况、企业停产限产情况是否达标，自动验证其合理合法性，并自动远程报警。该系统采集的数据可以对从企业生产到企业排污行为的各节点进行分析和印证。
图3-16 固定污染源废水污染物在线末端监测系统架构
生产工艺过程工况监控是指对原料的成分、用量，以及对生产工艺各环节的负荷、用电、产量和排放进行监控，以保障清洁生产全过程得以正常进行。生产工艺过程工况监控设备相当于一个节能减排的数据汇集中心，按照清洁生产标准，综合反映排污企业的原材料消耗、能耗和排放水平，并进行多路数据比对，真实反映企业排污和资源利用情况。
污染治理设施工况监控通过对脱硫、脱硝、除尘、水处理等典型污染治理设施的过程监控，监控污染治理设施的工艺过程参数，实现企业端污染产生、污染治理、污染排放全过程数据的监测、采集、传输、现场应用，有效判断污染治理过程运行是否正常，督促企业污染治理设施稳定运行，从而促使企业污染治理设施正常投运，杜绝企业偷排、超排行为。
2）主要监测标准规范与仪器设备
（1）生产工艺过程工况监控。通过实时采集和监控各种仪表、生产设施和排污设施的关键参数，监视主要生产设施的运行状况和效果。关键参数包括电气参数（如电流、电压、电功率等参数）、工艺参数（如物位、温度、流量、压力等）。生产工艺过程工况监控指标体系如表3-4所示。采用可靠的现场控制系统，可实时监视生产设施的运行处理情况；通过工厂总能源流转情况，在生产量估算的情况下，测算出污染排放量，以及应达到的净化指标，结合污染指标测算分析其综合治理情况，全面监测企业污染物治理效果和排放量情况。监测装置可实时采集和处理各种监测仪表和设备的关键参数，根据各行业的清洁生产工艺标准来进行选取。以火电厂为例，生产工艺过程工况监控关键参数如图3-17所示。
表3-4 生产工艺过程工况监控指标体系
图3-17 生产工艺过程工况监控关键参数（以火电厂为例）
（2）污染治理设施工况监控。污染治理设施工况监控主要包括废水污染治理设施工况监控、废气污染治理设施工况监控两大类。废水污染治理设施工况监控包括对生活污水治理及工业企业污水治理设施的自动监控，监控指标包括鼓风机电流、鼓风量、曝气设备的运行状况、曝气池的溶解氧浓度、污泥浓度等。废气污染治理设施工况监控针对废气脱硫脱硝和除尘设施运行工况进行监控，主要实时记录锅炉负荷（或机组发电负荷）、风机电流和叶片开度、试剂泵电流、氧化风机电流、烟气温度、含氧量、污染物去除率等，在治理设施处于异常情况时，自动启动报警并可通过视频技术对现场情况进行远程监控。以废水污染治理设施为例，其工况监控参数如图3-18所示。
图3-18 污染治理设施工况监控参数（以废水污染治理设施为例）
3.预警反控
预警反控系统是指当某排污企业的污染物排放超标到一定的阈值（排放浓度或持续时间）后，排污企业仍没有主动采取有效措施，系统会自动采用声、光、电等形式向该企业发出警告信息，还可以通过远程电磁阀控制关键生产工艺流程，并分批、分级控制该企业的生活或生产供电系统，改变以往在线监系统“只监不控”的状态，从而实现“既监又控”，达到及时制止企业超标排放、支撑实现区域环境总量减排的目标。
预警反控系统常与污染源污染物排放浓度监控系统、生产工艺过程工况监控系统、污染治理设施工况监控系统、环境视频监控系统联合使用。根据对排污信息和污染治理设施运行状态的在线监测数据，自动关联汇总分析各排污企业对排污治理的情况，对排污治理不正常的情况主动采取强制措施协助治理，在一定范围内控制污染物的排放，确保环保整改措施落实。
排污生产控制可分4级进行执行：第1级，当污染物净化设施擅自停运或运行异常时，系统进行自动或手动警铃报警，并能远程启动污染物排放净化设施；第2级，当污染物排放轻度超标时，系统进行自动或手动警铃报警，并能远程切断部分一般性用电（如办公区域用电），强化提醒报警功能；第3级，当污染物排放重度超标时，系统能够进行自动或手动警铃报警，并能远程切断辅助生产设备（如配料系统、进料系统）用电；第4级，当污染物排放严重超标，可能形成重大紧急污染事故时，系统进行自动警铃报警，并能远程立即切断排污设备电源或立即关闭污染物排放口的阀门（如关闭污水总排口）。
4.总量管控
1）建设内容
总量管控是指利用污染源自动监控设施对污染源排放实施总量管控，确保污染源排放不超过许可指标。总量管控主要通过总量IC卡管理系统（见图3-19）来实现。总量IC卡管理系统主要由IC卡智能总量控制仪和智能IC卡组成，主要用于对企业SO2、CO2、氮氧化物、氨氮、COD等常见的可实施自动监控的污染物排放指标进行总量核算。总量IC卡管理系统一并用于系统，在实施初始总量设定后，动态监控排污指标并统计排污总量，实时扣减系统智能IC卡模块中的企业排污许可指标，进一步应用还可支撑排污权交易和排污权信用抵押贷款。
图3-19 总量IC卡管理系统（来源：天一信德环保）
在总量管控系统中，需要及时对企业剩余污染物排放总量进行月度、季度、年度统计，并在排污指标低于设定阈值时，启动智能控制模块的预警程序，通过报警灯、手机短信等方式向企业相关人员及环保监管相关部门人员报警；支持对产品的远程升级和维护；协助环保及相关部门对排污企业进行远程实时环保执法[6]。
2）主要监测标准规范与仪器设备
（1）IC卡智能总量控制仪。IC卡智能总量控制仪一般由总量监控柜体、数据通信传输模块装置（网络传输）、电源模块装置、显示模块装置、系统运行状态指示模块、总量非接触式IC刷卡模块装置等部分组成。
通过采集在线监控设备、生产设施负荷等相关数据内容，并实时反馈给环保部门中心后台进行信息确认；环保部门根据排污企业建设规模、所执行的排放标准和所处环境功能区域，按照排污量分配方案对企业分配排污量；IC卡智能总量控制仪可实时显示企业各项指标排污量、累计排放量、剩余排放量，可在环保部门许可条件下对各项指标进行充值，并支持相关企业排放指标进行总量交易置换。当排污企业的某一指标排放总量达到阀值时（如设定为许可量的90%）进行报警，给企业以警示作用，提醒排放总量交易置换。当某一指标超标后，可对控制系统进行远程联动控制，协助当地环保部门对排污企业进行远程实时环保执法，为实现排污许可控制、排污费上门缴纳、排污权交易提供数据支持。
排污总量控制数采仪的功能通过对智能IC卡读卡模块控制，完成智能IC卡与排放总量控制数采仪之间的数据交互，并通过企业现场仪器仪表获取所排放的污染物数据，计算各污染物的排污当量数，从系统存放的总当量数中扣减，并与设定的剩余报警阈值进行比对，如果低于报警阈值，则通过屏幕显示或向环保平台传输报警信息。
（2）智能IC卡。智能IC卡由环保部门统一分发至各家企业，每家企业的智能IC卡为唯一编号。企业可根据自身生产情况，按照环保部门核定的排污量，在环保部门购买相应污染物排放量存于智能IC卡。IC卡智能总量控制仪实时采集企业排污量，并通过计算扣减已存污染物总量。当污染物总量扣减到一定数量时，由IC卡智能总量控制仪通过显示屏进行标识，同时通过网络向环保部门上报信息，由环保部门通知企业相关负责人采取相应措施，对在规定时限内出现的超标和超量排污企业采取限产、停产或其他减排措施，在符合污染物总量控制要求的情况下进行充值，从而实现排污总量控制功能。
5.用电量监控
1）建设内容
用电量监控系统可实现污染治理设施的源头监管，从“用电分析”的角度，可迅速摸清各污染企业生产、污染治理设施的关联关系。通过安装电流互感开关、智能电表等，可实时监测及分析，实现生产作业行为、设备运行状态、电能消耗过程的“可视化、数字化、精细化”管理；通过对电流、电压和电量等各种用电情况进行提前预警，减少及杜绝用电及设备异常情况；同时，对污染治理设施的全天候监测，可防止企业出现偷排、减排、漏排等情况，使企业严格执行排放标准，最终实现100%达标排放。结合在线数据、用电量数据，制定限产减排清单，可实现错峰生产、重污染天气应急措施过程监管、异常提醒，评估应急减排措施执行效果。另外，电能监控智能分析系统收集的所有电能数据可为环保部门淘汰落后产能、执行环保电价、控制污染物排放总量、优化资源配置、改善人居环境决策提供数据支撑[7]。
2）主要监测标准规范与仪器设备
用电量监控作为工况监控的重要补充，若无法通过工况接入，则优先使用用电量监控。根据企业规模及现场实际情况，在每家企业部署一套或数套用电量数据集中器，实现该企业所有点位的用电量信息采集，并在对所有数据信息进行汇总后，统一传输至环保中心端平台。用电量采集示意如图3-20所示。
图3-20 用电量采集示意
（1）用电量信息采集设施：使用开口式互感器进行穿刺取电，同时测量电压及电流信号，安装、部署设备端用电量采集模块必须不影响企业正常生产。
（2）高精度用电量计量单元：与开口式用电量信息采集传感器进行配合，独立精确计量用电量；有多种无线通信模式可选择，可以实现微功率长距离无线通信，具有超低功耗、数据通信保密的特点。
（3）智能用电量数据集中器：与用电量采集模块无线组网；具备高可靠性操作系统；实现智能多协议自动转换，以及多协议、多目标IP地址通信；具有大存储容量嵌入式数据库，系统可在线配置升级和管理。
（4）物联传输端：通过扩展SCADA（数据采集与监视控制系统）接收的现场物联设备的类型，使系统能够识别并与用电量信息现场采集端的用电量数据集中器发起网络连接；拓展环保HJ/T 212数据传输标准，使用电量信息能通过国标协议进行数据传输。SCADA将接收到的用电量信息现场采集端上报的用电量信息报文进行校验、解析，并重新组织为遵循数据处理规范的报文；再由数据处理层对所有数据进行分类，并进行统一的预处理及判断，将原始数据及初步的判断结果写入数据库。