工业园区水平衡核算系统的研究与实现

姜浩

（江苏省环科院环境科技有限责任公司 江苏省南京市 210000）

随着人们对生态环境的要求越来越高，工业园区周边居民的信访、投诉越发增多，尤其夏季园区周围地表河流水质发臭、发黑严重影响居民日常生活，当前污水收集处理不到位是制约园区水环境质量改善的主要因素，且企业污染物排放摸排不清无法溯源。如何有效的采集企业的用水、排水信息，且有效的对企业污染物进行监管分析是工业园区一大难点。本系统利用物联网技术获取水量、污染物监测等数据，并通过水平衡核算科学的溯源企业排污问题，指导企业规范生产、排污，为园区环境改善提供信息化支撑。

1 水平衡核算系统原理

工业园区水平衡核算精细化管控每家企业的用水、排水、污染物核算等信息，园区内所有企业合计累加为整个工业园区水平衡核算。水平衡核算原理主要由核算单元、核算因子、核算方法、核算指标等四大要素构成，系统通过四大要素结合数据分析得出水平衡报告。

1.1 核算单元

工业园区内以企业用水水表数据作为基本用水核算单元。

工业园区按照环保要求污水排放以一企一管接管的方式集中至污水处理厂收集，故定位污水厂为收水核算单元。如园区污水收集为分片区收集时，可分别进行按片区统计后归并；当片区范围与园区外边界不一致时，可以调整核算单元为园区边界内接管企业，以保证园区供排水数据统计范围的匹配性。

1.2 核算因子

结合工业园区污水污染物迁移转化特性，建立以化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）等主要污染物为核算因子的区域水污染物平衡核算方法。

系统以COD为主要核算因子，按月为核算周期进行水污染物摸底分析：

（1）园区COD收集量：涵盖园区内所有企业接管污水COD污染物总量。

（2）园区COD削减率：对比园区内污水集中处理设施年出水COD总量与COD收集量，核算园区COD 削减率。

（3）企业水平衡核算：结合年度企业环评排污量、用水、排水总量、废水污染物收集总量核算企业污染物水平衡度。

1.3 核算方法

第一步：先确定园区内企业工业生产用水总量，用水总量设定为Q企业用水i，用水总量计算需考虑以下影响因素：

（1）核算单元用水总量应以用水户实际用水为准。水户实际用水量以水务公司售水量为准，统计企业用水户供水量时应剔除输水过程中的漏损量。

（2）对有计量设施的用水户，应刨除生活用水量，实测工业生产用水量作为用水户实际用水。无计量设施的用水户，可采用移动式计量设备在工业生产车间取水口进行测量汇总，或通过典型用水户样本获得用水定额，推算企业实际生产用水。

（3）企业实际生产存在用水折损，部分水通过循环冷却、蒸发、清洗、未全纳管排出等形式进行损耗，整体折损区间不应跨度太大，并在水平衡核算之前先对企业进行摸排进行相关折损区间的设定。

（4）自备水源用户用水量应从水源取水口计量，逐一统计。未采取计量的可按典型单位时间出水量（单位耗电出水量）指标或按照选取的典型用水样本获得用水定额，推算核算单元用水量。

（5）外购蒸汽用户核算对象为从核算单元外购的蒸汽量。若利用自产蒸汽，不重复计算蒸汽量。

第二步：确定园区每一家企业的污水排放收集量，收水总量设定为Q企业收水i，收水总量计算需考虑以下影响因素：

（1）核算单元收水总量应以污水厂一企一管纳管收水总量为准。如企业共用管道、泵站则以污水厂与企业收水账单水量为准。

（2）对于污水排口有计量设备的企业，我们需要比对企业排口污水排放量与污水处理厂企业污水收水量，如存在差异排除正常管网漏损量之外，差异水量较大则进一步摸排企业排污状况以防偷排、漏排行为。

第三步：进行企业水平衡水量核算，得到企业工业生产用水数据Q企业用水i与企业排污污水厂收水数据Q企业收水i之后，两者之间差值应在固定区间范围我们设定其折损率，其中θ企业i为第i家企业的用水折损率，k为折损率区间下限正常范围为0.85到0.95之间，每一家折损率区间下限通过前期企业摸排进行核定）。

第四步：进行企业水平衡污染物核算，通过监测的核算因子得到企业COD年排放量COD_企业用水i（企业污水厂接管收水量乘以排口污染物平均排放浓度），调研企业产品产生量P1、P2、P3……Pn，结合Q企业用水i与COD企业用水i，通过大数据分析算法得出相关的曲线模型，曲线可能是线性的或者非线性的，但是曲线一定满足某一种平衡核算规律，此处核算周期为每月核算生成相关曲线。一旦发现某月数据突变（明显偏离曲线）则需要考虑在工艺未变更情况下企业是否存在偷排与泄露等问题，并形成企业污染物水平衡核算报告。

第五步：进行园区污染物核算，计算园区废水cod总收集量，园区废水cod总排放量（污水厂排放），测算园区污染物总削减率，并生成园区污染物水平衡核算报告。

1.4 核算指标

主要核算企业水平衡折损率、企业污染物产生量、园区污染物收集量、园区污染物削减率。

（1）θ企业i为园区第i家企业水平衡折损率。

（2）Q企业用水i为园区第i家企业工业生产用水数据，用水数据涵盖企业自备水源、外购蒸汽水量。

（3）Q企业收水i为园区集中式污水处理厂接管第i家企业收水用量。

Pcod排放量i=（Q企业收水i×P企业i）×10-6

（1）Pcod排放量i为园区第i家企业污染物排放量单位吨。

（2）Ccod收集量为园区企业废水cod总收集量单位吨。

（3）Q企业收水i为园区集中污水处理厂一企一管收水量，此处为第i家企业收水量单位吨。

（4）P企业i为核算单元内一企一管中第i家企业的废水排放浓度，mg/L。

（5）n为园区企业数量。

（1）R为园区污染物废水cod削减率。

（2）Q出水量为园区集中污水处理厂出水流量。

（3）P出水为园区集中污水处理厂出水污染物浓度，mg/L。

2 核算系统平台实现

平台通过大数据、物联网、数字化园区地图等技术，建设工业园区水污染物平衡核算一张图。平台面向企业、园区、环保局三级用户，采用B/S架构。前端采用vue.js结合echarts与GIS天地图进行可视化展现，后端采用springboot的微服务框架，数据库采用mysql，与物联网设备通讯采用socket协议，数据传输格式采用国标（HJ 212-2017），通过以上技术选型建设成为具备综合展示大屏、一园一档、园区供水核算管理、污水收集核算管理、水污染物平衡分析、大数据综合报表、核算报告审核监管、信息共享服务等8大模块为核心的系统平台。

2.1 综合展示大屏

综合展示大屏采用GIS可视化系统，能够一览工业园区水平衡核算热力图，根据echarts热力值显示每家企业污染物排放量，同时展示园区污染物收集量、削减率等信息。

2.2 一园一档

建立市局、园区、企业的三级联动组织架构及权限管理。

建立园区内核算单元、核算因子、核算算法等基本信息。

建立园区内污水处理厂、一企一管的相关监测设备、监测因子等台账信息。

建立园区监测数据一览以图表与GIS形式进行展现，相关企业边界、污水排口经纬度在GIS天地图上进行标点。

2.3 园区供水核算管理

优先接管企业智能水表供水数据（DTU传输），部分企业供水数据从水务公司或自己申报为准。

供水量核算区分企业生活用水、工业生产用水、自备水源、购买蒸汽等，按照工业生产用水作为核算单元进行供水核算。

系统支持供水数据按企业、按月度、季度、年份分类统计分析，同时支持历史数据查询。

2.4 污水收集核算管理

接入集中式污水处理厂一企一管数据，展示园区收水管网信息，实时掌控园区污水排放情况。

对污染物排放浓度超过污水厂接管标准的进行实时报警，并在GIS地图标红。系统支持企业月度、季度、年度收水量核算分类统计，且对历史数据以及排放趋势进行分析。

2.5 水污染物平衡分析

通过大数据核算工业园区内污染物排放指标如：企业水平衡折损率、企业污染物排放量、园区污染物收集量、园区污染物削减率等。

2.6 大数据综合报表

对园区内企业排污量进行统计分析，对园区周边河道信访、污染事件进行溯源分析，根据污染物echarts热力图查看企业污染影响范围。

对工业园区内集中式生活污水收集处理规模分析及趋势预判，并形成相关报表。

构造企业排污脸谱：对园区内各企业COD产生量、COD排放浓度、水平衡核算、数据上报及时率等多维度进行同比、环比分析以及打分，形成环保脸谱绿色为表现较好、黄色为一般、红色为表现较差企业。对水平衡较差、污染物排放浓度较高、污染物总量核算较高的企业进行关注。

生成企业水平衡核算报告，对供水、排水不平衡的企业进行精准溯源采用系统预判与人工核查的方式定位企业问题。

2.7 核算报告监管

建立园区核算报告线上三级审核机制，流程如下：

企业运营人员：通过平台自动生成水平衡核算结果进行确认、辅以人工补充形成企业核算报告（企业水平衡度分析、企业污水产生总量、削减总量、纳管排放总量），将该报告进行上传至园区环保科。

园区环保科用户：对企业核算报告进行审核、汇总加以人工补充形成园区核算报告，支持对该报告进行打回、审核等操作。

如各企业核算报告无问题，增加园区污染物收集量、园区污染物削减率等核算指标生成最终园区污染物水平衡核算报告，上传至市/区生态环境局。

市/区生态环境局用户：生态环境局对各工业园区的污染物水平衡核算报告进行审核，支持对该报告进行打回、审核确认等操作、并可通过平台提出有效的处理意见、相关指导政策和下一步工作任务。

2.8 信息共享服务

定期发布一些法律法规、政策文件、相关指导说明、工作任务等等，为所有用户提供政策支持与工作指导。

支持文件资料上传、共享、检索、传阅，对相应的工作任务进行细化、跟踪。

3 结论

本系统主要研究了工业园区污染物水平衡核算，通过物联网、无线传输、大数据等手段、结合企业供水、生产、收水等环节进行水污染物全周期精准化管控，通过水平衡核算算法结合有效数据监测提升了工业园区对水污染整体情况的掌控，为园区的水污染物超标、信访、企业偷排漏排等行为进行了有力的信息化支撑和辅助决策。