基于物联网技术的通榆县重点污染源实时监测系统应用

一、引言

通榆县地处松嫩平原西部生态脆弱区，是向海国家级自然保护区核心缓冲带，其生态环境质量直接影响东北地区生态安全格局。近年来，随着区域工业企业（如宏宇供热、三达水务等）排污监管强化、农业规模化发展及风电等清洁能源项目扩张，污染源呈现多元化、动态化特征。传统人工采样与离散式监测模式已难以满足”精准治污、科学决策”的精细化管理需求。物联网技术凭借实时感知、可靠传输及智能处理优势，为破解通榆县污染源监测痛点提供了创新路径。本文聚焦该技术在通榆县重点污染源（工业废水、废气及农业面源）实时监测系统的设计、部署及应用实践展开研究。

二、通榆县污染源现状与传统监测瓶颈

2.1 污染源类型与分布特征

通榆县污染源呈现”点面结合、工农交织”的复杂格局：

工业污染源：以热力发电（宏宇供热南北热源厂）、屠宰加工（牧原肉食品）及豆制品企业为主，废水排放涉及化学需氧量（COD）、氨氮及总磷超标风险，废气排放含颗粒物、二氧化硫等污染物；

农业面源污染：规模化种植（玉米、绿豆）与畜禽养殖导致化肥农药流失、养殖废水渗漏，对地下水及霍林河支流水质构成威胁；

复合型污染：城镇污水处理厂尾水排放与机动车尾气、施工扬尘形成区域性叠加污染。

2.2 传统监测模式的局限性

现有监测体系依赖人工定期采样、实验室分析及局部点位固定监测，存在三方面突出问题：

响应滞后：污染事故响应需6-24 小时，难以捕捉瞬时超标排放；

覆盖不足：农村地区及偏远企业存在监测盲区，农业面源污染监控近乎空白；

数据质量风险：人为干预采样过程、设备故障导致数据缺失率达 15%-20% ，且部门间数据壁垒明显，难以形成监管合力。

三、物联网监测系统架构设计

3.1 感知层：多维度污染因子全域覆盖

针对通榆县地形特征（平原为主，局部盐碱地）与气候条件（冬季严寒），构建适应性传感器网络：

水质监测：在三达水务总排口、霍林河支流等关键点位部署pH 计、溶解氧（DO）、浊度、COD、氨氮及重金属传感器，采样频率达1 次/5 分钟；

大气监测：在宏宇供热厂等重点企业安装PM₂.₅/PM₁₀、SO₂、 NO_x 传感器，同步采集温湿度、气压等气象参数；

工况联动监测：集成高清摄像头与工况传感器（设备启停、阀门状态），实现排污行为可视化与数据交叉验证。

传感器采用 -30^∘C 至 70℃宽温设计，支持太阳能 + 蓄电池双供电，确保严寒季节稳定运行。

3.2 网络层：低功耗传输与云端数据枢纽

采用”边缘汇聚 + 广域传输”混合组网方案：

边缘层：通过 Modbus/RS-485 总线或 ZigBee 协议将传感器数据汇聚至边缘网关，完成数据预处理与本地存储；

传输层：边缘网关经NB-IoT（农村区域）或5G（城镇密集区）传输至省级环境监控云平台，数据传输遵循HJ212-2017 标准，采用AES 加密保障安全；

云端枢纽：依托华为云弹性计算资源，构建分布式数据库，实现日均 100万条监测数据的高效存储与调用。

3.3 应用层：智能分析与业务闭环管理

开发”监测- 预警- 处置- 反馈”全流程管理平台：

GIS 可视化监控：动态展示 127 个监测点位的污染物浓度、设备状态，生成污染热力图与扩散路径模拟；

多级预警机制：设置三级阈值（预警值、超标值、应急值），通过短信、APP 推送实现环保执法人员与企业负责人联动响应；

溯源分析模型：结合气象数据与地形参数，构建”污染源 - 环境质量 - 传输路径”关联模型，污染溯源准确率达 89% ；

公众监督接口：开放微信小程序实时查询功能，累计注册用户达1.2 万人，形成社会共治格局。

四、系统实施与应用成效

4.1 典型场景应用

工业废水治理：三达水务污水处理厂通过系统实时监控尾水 COD 值，超标预警响应时间从4 小时缩短至15 分钟，2023 年达标排放率提升至99. 6% ；

燃煤废气管控：宏宇供热北热源厂实现 S0₂ 浓度与脱硫塔运行参数联动监测，脱硫效率提升 12% ，年减少SO₂ 排放32 吨；

农业面源防控：瞻榆镇农田试验区通过土壤氮磷传感器指导精准施肥，化

肥使用量减少 18% ，周边水体总磷浓度下降 0.03mg/L 。

4.2 综合效益评估

监管效能：数据有效传输率达 92.3% ，较传统人工填报提升 32.6% ，2023年违法排污案件查处量同比增加 25% ；

成本优化：人工巡检频次减少 40% ，年节约运维成本约 68 万元，设备故障率下降至 3.2% ；

生态改善：重点监控断面水质优良率提升至 85% ，PM₂.₅ 年均浓度较系统投用前下降 9μg/m³ 。

五、挑战与未来展望

5.1 现存技术瓶颈

成本约束：传感器初期部署成本较高（单点位平均1.2 万元），制约全域覆盖推广；

环境干扰：盐碱地高湿度环境导致传感器校准周期缩短至 1 个月，增加运维压力；

数据融合不足：农业面源污染（如农药残留）痕量检测能力薄弱，需拓展纳米传感技术应用。

5.2 发展路径

技术融合：引入AI 视频分析识别偷排行为，构建数字孪生工厂模拟治污全流程；

标准建设：制定县域物联网监测设备地方标准，规范接口协议与数据格式；

机制创新：建立”环保链”联盟区块链，实现监测数据司法存证，推动跨部门协同执法。

总之，基于物联网技术的通榆县重点污染源实时监测系统通过全域感知、智能分析与业务闭环管理，有效破解传统监测响应滞后、覆盖不足等难题，为生态脆弱区县域环境治理提供了可复制的技术范式。未来需通过技术创新降低成本、完善标准体系，推动物联网智慧监管与生态保护深度融合，助力区域生态环境质量持续改善。

参考文献

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[2] 张伟东，刘晓宇。基于云计算的环境监测数据处理平台研究 [J]. 计算机科学，2020，47（S1）：495-500.

[3] 王艳龙。基于物联网的环境监测数据分析系统设计 [J]. 计算机工程，2023，49（8）：15-20.