1、污染源在线自动监控 (监测) 数据修约补遗方法研究 孙东旭 段春雪 中国石油安全环保技术研究院 廊坊高科化工有限公司 摘 要： 通过对污染源在线自动监控 (监测) 数据的调研梳理并筛选异常数据识别与判定方法, 结合各大企业实际在线数据, 对筛选方法的实际应用效果进行判定;针对识别出的异常数据、缺失数据, 使用国家在线监测相关技术规范中要求的技术方法, 进行在线监测数据修约补遗;针对应用过程中发现的问题, 提出合理化建议。关键词： 异常数据; 缺失数据; 修约补遗; 作者简介：孙东旭 (1988-) , 男, 吉林市人, 中国石油安全环保技术研究院工程师, 主要从事污染源在线监测相关工作。收稿日
2、期：2017-09-18Analysis on regulations of online automatic monitoring data for pollution-sourceSUN Dongxu DUAN Chunxue CNPC Research Institute of Safety Langfang Gaoke Chemicals Company; Abstract： Based on the analysis of pollution-source automatic monitoring data, a series of detection and judement me
3、thods for abnormal data were selected.Combing with the actual monitoring data from various companies, the application effect was tested as well.The missing and abnormal data were revised and added according to the technical requirements of the relative National Online Montoring Regulations.Furthermo
4、re, rationalization proposal was raised to improve the above processes for monitoring data.Keyword： Abnormal data; Missing data; Montoring regulations; Received： 2017-09-18污染源自动监控系统是以在线自动分析仪器为核心, 由排污企业或者设备运营商 (第三方) 负责维护管理, 以移动通讯为传输媒介, 运用现代传感、自动测量、自动控制、计算机应用等技术, 以环保局监控中心为管理中枢, 由环境监测站和环境监察机构负责对设备运营以及数
5、据可靠性进行日常监督的在线自动监测系统。污染源的在线自动监控能够顺应多变而严峻的环境形势, 有效解决污染源监控中的面大量广以及时效性问题。通过对污染源进行实时、准确、有效的管理, 既体现了现代环境保护管理新的发展方向, 同时也有利于企业提升自身环境保护管理的水平, 在提升经济效益的同时, 提高社会效益1-2。污染源自动监控数据监测、传输过程中, 会出现因仪器设备运行环境变化、仪器性能不稳定、突发设备故障、通信传输故障等原因, 导致自动监控数据出现异常、缺失等情况, 这些情况的发生, 使得自动监控数据不能真实、准确反映污染物外排情况, 严重影响自动监控数据质量。当出现数据缺失和无效的情况, 修约
6、补遗就成为必然手段3。1 研究现状国内对于污染源自动监控应用方面的研究较多, 如奚务俭等4通过对南京市污染源在线监控系统在建设、运行管理中存在问题的分析, 明确存在问题对在线监控数据应用造成的影响, 提出了在线监控数据应用方面“双优一改”的实践做法, 在保证在线监控设备的精确性、稳定性以及数据的可靠性和真实性等方面取得较好的工作效果。张斌5通过分析包头市废水污染源自动监控数据, 动态掌握了企业排污及超标情况, 通过自动监控数据分析研究, 制定相应管理办法, 有效提升了地方环保部门环境监管能力。陈树沛6对江门市污染源在线监控系统运营和管理问题进行了分析, 结合江门市实际情况, 从监督管理、第三方
7、运营和计量检定 3 个方面提出了改善提升办法, 为最大限度发挥污染源在线监控系统在环境管理中的作用提供了较好的技术依据。米世侨等7-9从技术、产品、建设等 3 个层面对影响污染源在线监测数据存在影响的因素进行了分析, 提出了配套设置超标留样仪、做好在线设备质量监督、设立市场准入机制、加强系统建设管理等措施建议。孙潇帆等10依据浙江省烟气污染源自动监控系统运行情况, 对污染源自动监控数据应用于烟气排污收费工作的可行性开展了研究。研究表明初始数据传输有效率、修约率能有效提高自动监控数据准确率11, 继而通过合理的人工干预提升修约率, 可以有效减少在线数据与污染物实际排放情况的误差, 证明使用污染源
8、自动监控数据征收烟气排污费前景看好。2 不同监控 (监测) 数据修约补遗的研究对选取的四个监测点应用 HJ/T 3562007水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范 (试行) 中第 7 章“缺失数据的处理”规则, 随机选取一组实测数据进行模拟修约补遗, 并与实测数据进行对比讨论。由于现有标准皆没有对修约数据偏差区间的规定, 故采用 HJ/T 3542007水污染源在线监测系统验收技术规范 (试行) 中“表 2 水污染源在线监测仪器实际水样比对试验验收指标”中各参数的相对误差作为评定修约数据偏差的标准。2.1 连续时段缺失数据的修约补遗随机选择了独山子石化 2 总排口 2016 年 9 月
9、21 日 11:0020:00 时段共 10h 的数据进行单个连续时段缺失数据的补遗对比。依据 HJ/T3562007水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范 (试行) 中 7.1 项的数据补遗规则, 分别对化学需氧量 (COD) 和 (氨氮) 两个参数进行对比, 见图 1 和图 2。图 1 独山子石化 2 口 COD 连续缺失数据对比 下载原图图 2 独山子石化 2 口 (氨氮) 连续缺失数据对比 下载原图由图 1 可知, COD 8 个数据在 60100mg/L 内, 根据 HJ/T 3542007水污染源在线监测系统验收技术规范 (试行) 中“表 2 水污染源在线监测仪器实际水样比对试
10、验验收指标”要求 (简称“规范指标要求”, 下同) 偏差值选用20%; (氨氮) 的偏差值为固定的15%。由图 1 和图 2 可以看出两个参数 10 个对比数据点中 8 个数据的偏差值都在上述范围内, 即满足了 HJ/T 3542007水污染源在线监测系统验收技术规范 (试行) 中 5.1.2.1 项实际水样比对试验“80%相对误差值应达到本标准实际水样比对试验验收指标”的条款。可以说本组数据的修约补遗是可接受的。2.2 间断时段缺失数据的修约补遗随机选择了兰州石化化工污水排放口 2016 年 9 月 6 日 10:00 至 9 月 7 日 10:00时段共 25h 的数据进行间断缺失的修约补
11、遗。依据 HJ/T3562007水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范 (试行) 中 7.1 项的数据补遗规则, 分别对 COD 和 (氨氮) 两个参数进行对比, 见图 3 和图 4。图 3 兰州石化化工污水 COD 间断缺失数据对比 下载原图图 4 兰州石化化工污水 (氨氮) 间断缺失数据对比 下载原图由于 COD 的数据皆在 3050mg/L 内, 根据规范指标要求偏差值选用30%; (氨氮) 的偏差值为固定的15%。由图 3 可以看出, 虽然化学需氧量补遗的偏差值上下起伏, 但都没有超出规定的范围, 本组数据的修约补遗是可以完全接受的。但从图 4 所表现的情况看, (氨氮) 12 个
12、对比点的偏差值都超出了15%的可接受范围, 因此本组数据的修约补遗是不可接受的。综合图 1图 4四次修约补遗情况来看, 一次完全接受、一次不可接受、两次基本可接受, 所以现有的修约补遗方式在多数情况下还是能够合理体现真实排放情况。但同时也要注意到, 图 1 和图 2 中 COD 和 (氨氮) 偏差较大的两个点以及图 4 (氨氮) 的对比偏差值都明显超出了合理偏差区间范围, 这表明修约数据的准确性依赖于需修补时间段和之前取值时间段的相似程度, 所以修约所使用时间段的选择应增加工况方面的考量, 选取最近的工况相似时间段补遗数据。2.3 数据异常时段修约补遗随机选择了四川石化综合污水处理场排放口 2
13、016 年 7 月 14 日 4:0015:00 时段共 12h 的数据分别模拟 COD 出现极大监测值和 (氨氮) 出现极小监测值的情况进行对比, 以分析是否需要进行修约补遗, 其中极大监测值和极小监测值都是该监测点参数 2016 年历史数据中出现过的数值, 见图 5 和图 6。图 5 四川石化综合污水 COD 极大监测值与实测数据对比 下载原图图 6 四川石化综合污水 (氨氮) 极小监测值与实测数据对比 下载原图由于 COD 的数据皆小于 30mg/L, 根据规范指标要求偏差值选用10%; (氨氮) 的偏差值为固定的15%。由图 5 可以非常明显地发现, COD 出现了极大的偏差, 最大的
14、偏差值达到了 1161%, 最小的偏差也有 281%, 所有值都严重超出了可接受范围。同样图 6 中 (氨氮) 也出现了从 90%到 98%不等的偏差, 均超过了15%的偏差区间。所以, 参数监测值出现极值情况时, 如果不是因工况造成的真实值, 其数据已经失去了实际意义, 也必须进行修约补遗。补遗方法与数据缺失情况相同。2.4 无效时段数据修约补遗广西石化废水流量数据实测与修约对比见图 7。图 7 广西石化废水流量数据实测与修约对比 下载原图随机选择并假定广西石化厂区废水排放口 2016 年 8 月 31 日 0:0023:00 时段共24h 的数据无效而进行数据的修约补遗, 无效数据在日常监
15、测中主要形式是流量数据缺失, 首先要进行流量数据的补遗, 而 COD 与 (氨氮) 两个参数的补遗可在流量补遗后同之前缺失相同补遗。由于流量没有误差标准, 所以偏差值区间选为 COD 和 (氨氮) 中的最大偏差区间30%。由图 7 可以看出, 流量在实测中的数值波动幅度很大, 以单一数值的平均流量进行补遗会产生严重的偏差, 从最低的 1.4% (修约值几乎可以完美的代替) 到最高的 220.3% (完全无法接受) , 24 个偏差值中 16 个超出可接受范围, 达到了 66.7%。而且仅看 24h 实测算数均值 282.25, 其与修约值的 379.6 之间的偏差也达到了 34.5%, 依然是
16、不可接受的。所以想对流量进行修约补遗, 就一定要参考相应时段的工况才能进行。3 结束语研究表明, 类似供暖锅炉等季节性开工监测点, 会出现长期超标而未及时进行人工监测的时段, 无法按照现有修约规则对缺失数据进行修约补遗。对工况波动较大的监测点, 缺失超过 24h 以上采用现有的补遗方法误差较大。对自动监控数据进行快速、准确地从海量数据中找出可能存在异常数据、缺失数据并进一步与污染源运行状态进行核实, 并对数据进行修约补遗, 替换异常数据。这就要求选择的修约补遗方法不能过于严格, 否则会识别出大量异常数据。同时也不能过于宽泛, 否则会造成在线数据质量下降, 不能满足相应要求。例如对长期超标而未及
17、时进行人工监测的监测点和工况波动较大的监测点, 现有的超过 24h 修约方法误差较大, 建议采取新的修约方法, 如参照 24h 内数据缺失情况进行修约, 或选择录入人工监测数据, 如果与在线监测系统平台相结合可有效提高污染源自动监控数据管理人员的工作效率和准确性。参考文献1吴邦灿.现代环境监测技术:第二版M.北京:中国环境科学出版社, 2005:9-13. 2石田耕三.环境监测技术的现状及发展趋势J.中国环境监测, 2005, 21 (1) :4-7. 3郑涛, 徐海红.废气污染源自动监控数据中异常数据的识别方法J.环保前线, 2013 (6) :13-16. 4奚务俭, 孙翔, 朱晓东.如何
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