Журнал «ИСУП» (Информатизация и системы управления в промышленности)
КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

Умные цифровые сервисы: онлайн-мониторинг качества атмосферного воздуха в действии

В статье приводится описание комплексной системы экологического мониторинга, представляющей собой программно-аппаратный комплекс, предназначенный для сбора и обработки информации о состоянии окружающей среды. Рассматривается состав системы, перечисляются характеристики ее элементов и анализируются различные варианты использования.

ООО «Урус-Умные Цифровые Сервисы», г. Москва

URUS.png

скачать pdf >>

Ведущие мировые промышленные компании придают всё большее значение экологическим аспектам производства – это в первую очередь экологически чистое производство, защита окружающей среды, поддержание природного баланса. Сегодня это стало основным элементом промышленной политики целых государств, превратившись из модного тренда в насущную необходимость. Как свидетельствуют различные индексы, определяющие уровень экологической чистоты то­го или иного предприятия или их объединений, компании с грамотной и рациональной экологической политикой выигрывают на фо­не своих конкурентов. Для полноценной защиты нашей планеты от неблагоприятных техногенных воздействий необходимо превратить экологическую эффективность в фактор капитализации.

Московская компания «Урус-Умные Цифровые Сервисы», включившись в решение проблем экологической чистоты предприятий, разработала программно-аппаратный комплекс, предназначенный для сбора и обработки информации о состоянии окружающей среды. По существу, он представляет собой комплексную систему экологического мониторинга (КСЭМ), позволяющую осуществлять сбор и анализ информации в режиме 24/7/365 с немедленной передачей точных, полных и достоверных данных в информационную систему для дополнительного анализа, контроля за выполнением существующих экологических требований, принятия корректирующих решений и подготовки различных прогнозов.

Основной особенностью данной системы является предоставление информации об экологической обстановке с помощью индекса качества воздуха AQI (англ. Air Quality Index). Это широко используемый во всем ми­ре инструмент для отображения данных о загрязнении атмосферного воздуха в простой и наглядной форме. Обычно он вычисляется на основе концентраций загрязняющих веществ (взвешенные частицы PM10 и PM2,5, угарный газ – СО, диоксид се­ры – SO2, диоксид азота – NO2, озон – О3 и др.), которые пересчитываются (нормируются) методом кусочно-линейной интерполяции и приводятся к единой шкале уровней загрязнения (от 0 до 500 единиц). Для каждого класса этой шкалы вводится цветовое обозначение, по каждому формулируются рекомендации населению. Основная идея индекса качества воздуха – представлять данные о загрязнении воздуха в ви­де уровней воздействия на здоровье человека. Характер отображения рассчитанных значений уровней AQI показан на рис. 1.

Ris_1.png

Рис. 1. Отображение данных об уровне загрязнения воздуха на цветовой шкале AQI


Оборудование

Газоанализаторы, входящие в состав системы мониторинга качества атмосферного воздуха, сертифицированы и имеют свидетельство об утверждении ти­па средства измерений RU.C.31.165.A № 70939. Программное обеспечение внесено в Государственный реестр Российской Федерации программ для ЭВМ (свидетельство № 2019615337). Все датчики регулярно проходят процедуры поверок и планового обслуживания. Пункты наблюдения имеют модульную архитектуру и могут комплектоваться различным набором датчиков и анализаторов в зависимости от потребностей заказчика.

Пост экологического мониторинга (рис. 2 и 3) включает в се­бя головное устройство SensorHUB, газоанализаторы на 1 и 4 га­за и измеритель взвешенных частиц PM2,5/PM10 производства российской компании «Тингеникс» (Москва), а также погодную станцию. Газоанализатор на 4 га­за представляет собой электрохимические ячейки, каждая из которых измеряет концентрацию одного га­за из предлагаемого перечня возможных. Эксплуатационные характеристики элементов системы мониторинга приведены в табл. 1.

Ris_2.jpg

Рис. 2. Комплектация поста экологического мониторинга: 1 – головное устройство; 2 – газоанализатор на 1 газ; 3 – газоанализатор на 4 газа; 4 – измеритель взвешенных частиц PM2,5/PM10; 5 – погодная станция.


Ris_3.jpg

Рис. 3. Пост экологического мониторинга, установленный на объекте

Таблица 1. Эксплуатационные характеристики элементов КСЭМ компании «Урус-Умные Цифровые Сервисы»

Tab.png


Заказчики

Заказчиками КСЭМ могут выступать как администрации городов, муниципальных районов и областей и их исполнительно-распорядительные органы, так и са­ми предприятия, представляющие самые разные сферы народного хозяйства.

Администрациям решение по непрерывному онлайн-мониторингу экологической обстановки на подотчетных территориях позволяет отслеживать реальную ситуацию в потенциально опасных зонах и при необходимости достаточно быстро принимать ме­ры по разрешению конфликтных ситуаций, а также контролировать размеры санитарно-защитных зон вокруг промышленных объектов и зон ограничения жилой застройки на территориях региона.

Что касается предприятий, то они заинтересованы в наличии объективной информации о неблагоприятном воздействии производственных процессов на близлежащие территории и о своем подлинном вкладе в их общее загрязнение. Кроме то­го, использование КСЭМ в онлайн-режиме позволяет при необходимости корректировать отдельные производственные процессы, перенастраивать технологическое оборудование (например, при изменении погодных условий), выявлять случаи нарушения используемых технологий и оценивать эффективность проводимых работ по уменьшению неблагоприятного воздействия предприятия на окружающую среду. Таким образом, реализуется обратная связь, необходимая для эффективной работы любой системы.

Рассмотрим типовые задачи экологического мониторинга, решаемые с помощью платформы, которую предлагает компания «Урус-Умные Цифровые Сервисы».

- Экомониторинг для региональных государственных заказчиков (администраций городов, муниципальных районов, областей).

Объекты контроля: постоянные составляющие антропогенного воздействия – взвешенные частицы PM2,5/PM10, диоксид азота (NO2), диоксид се­ры (SO2), угарный газ (CO). Дополнительно, в зависимости от точки размещения, местной специфики и других факторов, возможно измерение концентраций сероводорода (H2S), аммиака (NH3), озона (O3) и др. Опционально может проводиться анализ концентраций дополнительных наборов газов, а также шумового воздействия.

Расположение постов мониторинга: внутри жилых зон и по границам промышленных зон/площадок, находящихся в зонах жилой застройки или вблизи от них. Конкретное расположение постов и их количество (рис. 4) выбираются в зависимости от плотности застройки, рельефа местности, плотности размещения промышленных объектов, ро­зы ветров.

Ris_4.jpg

Рис. 4. Расположение постов экомониторинга в Калужской области (работа выполнена по заказу администрации региона)

- Экомониторинг полигонов твердых коммунальных/бытовых отходов (ТКО/ТБО) и предприятий мусороперерабатывающей отрасли.

Объекты контроля: характерные индикаторы наличия свалочного га­за – сероводород (H2S) и метан (CH4), а также диоксид азота (NO2) и аммиак (NH3). Опционально возможно измерение концентраций угарного га­за (CO), взвешенных частицы PM2,5/PM10 и т. д. Кроме выбросов свалочного га­за система экомониторинга может отследить нарушения в эксплуатации полигона, случаи задымления и горения и т. п.

Расположение постов мониторинга: по границам санитарно-защитной зо­ны (СЗЗ) полигона, в непосредственной близости от его те­ла и (или) на территориях прилегающей жилой застройки. Количество постов на один полигон может варьироваться, но опыт показывает, что их должно быть не меньше трех – четырех (рис. 5).

Ris_5.jpg

Рис. 5. Расстановка постов мониторинга вокруг полигона ТКО с учетом прилегающих объектов

- Экомониторинг предприятий нефтегазовой отрасли.

Объекты контроля: сероводород (H2S), диоксид се­ры (SO2), метан (CH4) и опционально – взвешенные частицы PM2,5/PM10 и диоксид азота (NO2).

Расположение постов мониторинга: по границам санитарно-защитной зо­ны предприятия, а также в рабочей зо­не. Количество постов определяется размером территории и программой производственного экологического контроля (ПЭК) предприятия, но, как правило, устанавливается не менее 5–6 постов.

На базе постов возможно создание сигнальной се­ти со звуковым и световым оповещением (рис. 6). В этом случае территория предприятия окружается по периметру постами (их количество зависит от размера территории), оснащенными звуковыми и световыми сигнальными устройствами, которые срабатывают при наступлении некоторого заложенного в программу события, например превышения ПДК по заданному параметру. При этом настройка делается достаточно гибкой, чтобы включать в се­бя несколько возможных сценариев. Это нужно для предотвращения возможных аварийных ситуаций и своевременного реагирования на них с необходимым запасом по времени, поскольку чувствительность датчиков и анализаторов системы экомониторинга существенно вы­ше, чем у контрольных приборов, которые носит персонал.

Ris_6.jpg

Рис. 6. Пример совмещения поста комплексной системы экологического мониторинга с метеостанцией и сигнальной системой

- Экомониторинг предприятий химической и других отраслей обрабатывающей промышленности.

Объекты контроля: взвешенные частицы PM2,5/PM10, диоксид азота (NO2), диоксид се­ры (SO2), аммиак (NH3), формальдегид (CH2O), угарный газ (CO), хлороводород (HCl), а также некоторые другие специфические загрязнители, характерные для данного предприятия.

Расположение постов мониторинга: по границам санитарно-защитной зо­ны предприятия и в прилегающих жилых районах. Количество постов определяется размером СЗЗ и программой ПЭК, но, как правило, их не меньше 4–5.

Отметим, что в данном случае система мониторинга также позволяет оценить эффективность проводимых предприятием работ по улучшению его экологических показателей (эффективность очистных сооружений, пылеуловителей, защитных экранов и т. п.). Результатом может стать пересмотр границ СЗЗ в сторону уменьшения (если соблюдаются все нормы и в показателях стабильно отсутствуют превышения), а также увеличения мощности производства при сохранении тех же параметров и границ СЗЗ.

- Экомониторинг для горно-обогатительных комбинатов (ГОК) / карьеров / погрузочных терминалов.

Объекты контроля: взвешенные частицы PM2,5/PM10, диоксид азота (NO2), диоксид се­ры (SO2), а также другие ви­ды загрязнений, характерных для данного предприятия, включая шумовое загрязнение. Кроме то­го, система мониторинга позволяет оценить эффективность проводимых работ по пыле- и шумоподавлению путем сравнительного анализа показаний в рабочей зоне и на границах СЗЗ, наложенных на график работы предприятия.

Расположение постов мониторинга: по границам санитарно-защитной зо­ны предприятия и в рабочей зо­не. Количество постов определяется размером территории, но, как правило, составляет не менее 5–6. Рекомендуется применение дополнительного автономного передвижного поста, смонтированного, например, на треноге, для оперативного измерения концентрации загрязняющих веществ «в точке» при проведении периодических работ (погрузочно-разгрузочных и т. п.). Также на ба­зе постов можно создать сигнальную сеть со световой и звуковой сигнализацией – такую же, как для предприятий нефтегазовой отрасли.


Заключение

Решения, предлагаемые компанией «Урус-Умные Цифровые Сервисы» в рамках комплексной системы экологического мониторинга, по сравнению с традиционными станциями экомониторинга и зарубежными аналогами имеют ряд неоспоримых преимуществ. Перечислим основные из них:
- низкая стоимость поста наблюдения (около 1,5 млн руб.) при его высокой комплектности без потери качества сбора и анализа информации. Для сравнения: стоимость традиционной станции мониторинга, представляющей собой классическую лабораторию, составляет больше 14 млн руб., зарубежных аналогов – около 3 млн руб.;
- низкое электропотребление, возможность работы от автономных источников питания, включая солнечные батареи;
- отсутствие необходимости землеотведения и решения других вопросов землепользования, которыми приходится заниматься при размещении традиционных станций мониторинга;
- использование современных цифровых технологий, включая IoT-технологии, беспроводные се­ти LoRaWAN/M и стандарт сотовой связи для устройств телеметрии NB-IoT;
- система вместе со всеми ее элементами, в том числе используемыми «облачными» сервисами, представляет собой полностью отечественную разработку, она внесена в Государственный реестр средств измерений, программное обеспечение внесено в Государственный реестр программ для ЭВМ.

Система онлайн-мониторинга атмосферного воздуха от компании «Урус-Умные Цифровые Сервисы» уже установлена на различных объектах в Подмосковье, Калужской и Мурманской областях, Красноярске и других регионах России. Всего на сегодняшний день установлено более 80 постов наблюдений, в ближайшее время их количество возрастет.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 4(94)_2021

ООО «Урус-Умные Цифровые Сервисы», г. Москва,
тел.: +7 (495) 117‑2873,
e‑mail: info@urus.city,
сайт: urus.city



Бюджетные новинки от STEGO 
Новые взрывозащищенные модели от 50 до 250 Вт
Термостаты и гигростаты 24-56 VDC
IP 55 кожух для вентиляторов
www.stego.de