CN110687257A - 一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，通过在一个地区网格化布控恶臭在线监测系统器形成对恶臭气体排放的有效监督和信息记录，在恶臭溯源查询地受到污染时，利用污染源气体扩散模型筛选出最有可能的恶臭排放场所，再次根据污染源气体扩散模型计算得出恶臭排放场所的恶臭气体扩散到恶臭溯源查询地的时间，根据恶臭在线监测系统的数据矩阵可以求得恶臭排放场所与恶臭溯源查询地的相关系数，进而追溯污染源头；本发明针对恶臭气体污染的时间连续性，对污染时间段实行连续在线监测，能够低成本并且准确的追溯污染源头。
Description
技术领域
本发明属于环境监测领域，涉及恶臭在线监测系统，具体为一种恶臭在线监测系统的溯源方法。
背景技术
恶臭是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的异味气体。恶臭气体种类繁多，据不完全统计达到4000多种，含硫化合物、含氮化合物、醛类、酮类、酯类、酸类、酚类、芳香烃、萜烯类等物质都具有嗅觉阈值低、气味明显的特点，可导致恶臭污染的发生。不同行业排放的恶臭污染物种类、浓度、排放量等差异极大，给恶臭污染的监测与特征判定、溯源造成了较大困难。
恶臭气体不仅给人的感官造成不适，还会产生一系列的危害，恶臭气体会使人心情烦躁、压抑，是典型的扰民污染。随着生活水平的提高，环境保护意识的逐步增强，我国公众对生活环境的要求越来越高，企事业单位和其他生产经营者排放的恶臭气体影响了公众的生活环境质量，导致投诉激增。
我国的恶臭污染主要具有以下特征：来源广泛，构成恶臭排放源的既有化工、石油炼制、制药、涂装、造纸、食品加工、香精香料等工厂企业的点源，又有污水处理厂、垃圾填埋场等市政设施的面源、体源，且各种污染源彼此交错，互相干扰，给环境管理部门对于恶臭污染的判别与控制带来了很大的难度；成分复杂，不同的排放源排放的恶臭物质各不相同，且组分复杂，少则十几种，多达几十种甚至上百种；并且恶臭污染还有阵发性、瞬时性的特点，很难捕捉真实有效的样品，难以溯源。
三点比较式臭袋法依赖于气体稀释和人工嗅辨,做一次试验成本很高，不适用于低浓度和有毒物质的监测，而且这种测定方法由于涉及到采样、运输、保存、稀释和闻嗅等诸多环节，需要在标准化实验室进行，而样品是人工配气及人工判定，主观因素影响较大；样品含有大量的有毒有害气体，经常嗅辨会对嗅辨员的呼吸道和器官造成伤害，甚至有生命危险；很多产生恶臭气体的污染源浓度很低，且具有流动性，常规的采样装置并没有真正采集到原始样品；整个监测过程涉及的器材设备较多，引入误差的环节也较多，同一个样品在不同实验室同一个嗅辨员所做结果都会不同，同一个样品不同的嗅辨员所测结果也不一样，其结果存在较大的误差，即便判定结果是正确的，也无法根据结果对恶臭污染物进行溯源分析，无法为环保监测执法提供有效的技术手段。
近年来，为解决恶臭污染环保执法时效性差、无法溯源等问题，基于传感器原理的恶臭监测仪器开始得到应用。国内一些化工园区、垃圾填埋场、污水处理厂等污染源排放单位通过招标采用了德国Airsense公司和法国AlphaMOS公司的恶臭电子鼻，但是上述产品并非针对中国市场专门开发，在应用过程中存在着监测标准不一致、分析模型不适用、稳定性与一致性差、设备和运行费用高昂等一系列问题。国内北京拓扑智鑫公司开发的恶臭监测设备应用偏最小二乘算法(PLS)建立传感器阵列监测值与恶臭强度值之间的线性相关性曲线，实现了对恶臭污染的快速监测，该方法虽能实现对常见恶臭气体的单一组分监测，但不能对恶臭污染进行溯源分析。天津市环境保护科学研究院设计了一种基于夹角余弦法的恶臭污染溯源系统，但考虑到恶臭污染物的复杂多变性以及色谱-质谱仪的应用成本高昂的问题，该方法的使用有一定局限性。
技术方案
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种针对恶臭气体污染的时间连续性，对污染时间段实行连续在线监测的方法。并且基于恶臭在线监测系统的恶臭气体监测，成本大大降低，可实现性更高。
一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，包括网格化布置的恶臭在线监测系统，关键是：所述的方法步骤中包括：
步骤A，根据污染源气体扩散模型，筛选恶臭溯源查询地的N个疑似恶臭排放场所Ya、Yb…YN，N≥1；
步骤B，记录恶臭溯源查询地遭受恶臭污染的时间[tx，ty]，记录恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统在此时间段内的监测数据矩阵
t为[tx，ty]时间段内选择的时间样本，n为该恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统中的传感器个数；
步骤C，利用污染源气体扩散模型，计算出从Ya、Yb…YN恶臭排放场所扩散到恶臭溯源查询地的时间分别为Δta,Δtb…Δtn；
步骤D，根据网格化布置的恶臭在线监测系统，计算恶臭排放场所Y1的相关系数，其恶臭在线监测系统在污染时间段[tx-Δta,ty-Δta]连续监测的数据矩阵
其中t为[tx-Δta,ty-Δta]时间段的时间样本；
步骤E，计算恶臭排放场所Ya与恶臭溯源查询地的传感器阵列相关系数，计算得到：
其中Aj为A的第j列，Oj为O的第j列
得到恶臭排放场所Ya与恶臭溯源查询地的传感器阵列相关系数为：
按照同样的计算方法求得恶臭排放场所Yb…YN与恶臭溯源查询地的传感器阵列相关系数为：ρb…ρn；
步骤F，依照相关性系数ρa,ρb…ρn的大小排序，选择相关性系数最大的恶臭排放场所，得到最有可能的恶臭排放场所。
所述的步骤B中恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统监测到的数据需要进行温度、湿度补偿。
所述的恶臭在线监测系统包括PID气体传感器和电化学气体传感器。
所述的恶臭在线监测系统还包括温湿压传感器、半导体传感器的一种或两种。
将恶臭溯源查询地的传感器阵列的数据矩阵与数据库各种污染物的标准谱图进行比对，通过相关性及主成分分析，得到污染物可能组份表，将该组份表与疑似恶臭排放场所主要污染物或排放物清单进行比对，将该结果与步骤F得到结果进行复核，即可确定污染物来源。
本发明的有益效果：通过网格化布控恶臭在线监测系统，形成对恶臭气体排放的有效监督及溯源。现有技术只局限于某时间点的恶臭数据对比，因气象因素、采样区域会造成一定误差，导致夹角余弦不容易得到好的匹配效果，而且色谱—质谱监测仪，价格昂贵，运维管理成本费用高昂，不适合大面积使用；本发明能够针对恶臭气体污染的时间连续性，对污染时间段实行连续在线监测，借助污染源气体扩散模型追溯恶臭气体排放场所，通过分析恶臭气体排放场所与恶臭溯源查询地在污染时间段的相关性进行溯源，成本较低，而且能够更全面、准确地进行恶臭溯源。
具体实施方式
本发明提供了一种针对恶臭气体污染的时间连续性，对污染时间段实行连续在线监测的方法。并且基于恶臭在线监测系统的恶臭气体监测，成本大大降低，可实现性更高。
选择河北先河环保科技股份有限公司的XHAQSP-709C恶臭在线监测系统作为恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统，选择CN201910384588.8或CN201910384585.4两个专利文件中的监测仪作为恶臭排放场所的恶臭在线监测系统。
本实施例中，在恶臭排放场所设置CN201910384588.8中的厂界型监测仪作为恶臭在线监测系统，在居民生活场所设置XHAQSP-709C恶臭在线监测系统，形成对一个地区的网格化布控，全面监测并记录该地区的恶臭气体，并通过无线传输信号进行信息输送，对恶臭气体排放进行有效监督和信息记录；
为了使恶臭在线监测系统能够长时间正常工作，均安装有太阳能供电系统，包括太阳能板和太阳能蓄电池，使其在阴天的时候也可以利用蓄电池驱动正常工作；其采用的无线传输信号方式，基于4G无线通讯技术和北斗及GPS双模定位技术，兼容性好，可实现与服务器之间保密安全地通讯，将环境大数据汇集。
在此地区设置好恶臭在线监测系统后，由以下方法计算的到恶臭排放场所：
A、在接到居民区的遭受恶臭污染投诉后，以受到污染的居民区为恶臭溯源查询地，利用污染源气体扩散模型，根据风速6m/s、风向西南等参数，得出疑似恶臭排放场所：化工厂Y1、石油化工厂Y2、化工厂Y3；确定这三个工厂处于网格化监测系统的地区内，并且这三个工厂周围都设置有CN201910384588.8中的厂界型监测仪作为恶臭在线监测系统；
如果算出的疑似恶臭排放场所周围没有恶臭在线监测系统，需要在该地安装；
B、在居民区的XHAQSP-709C恶臭在线监测系统出现高值(根据曲率大小判断)的时间段[t1，t2]为[12:00，12:03]，提取传感器阵列值并进行温湿度补偿后，得到数据矩阵
矩阵O为居民区的XHAQSP-709C恶臭在线监测系统在[12:00，12:03]内每一个传感器在一个时间样本采集到的数据的集合；
C、再次利用污染源气体扩散模型，分别计算出化工厂Y1、石油化工厂Y2、化工厂Y3的恶臭气体扩散到居民区的时间Δta＝6min,Δtb＝7min,Δtc＝8min；
D、计算处化工厂Y1的恶臭在线监测系统经过湿度补偿后在时间段[t1-Δta,t2-Δta]即[11:54，11:57]的数据矩阵：
[11:54，11:57]为居民区遭受恶臭污染的时间段减去化工厂Y1中的恶臭气体扩散到居民区的时间，也就是化工厂Y1排放恶臭气体的时间段，矩阵A为化工厂Y1排放恶臭气体的时间段内每一个传感器在一个时间样本采集到的数据的集合，同理计算得出疑似恶臭排放场所Y2、Y3的数据矩阵B、C。
E、分别计算矩阵A、B、C与居民区的相关性向量为：
[0.7976,0.7011,0.2633,0.5398]
[-0.4386,0.5440,-0.861,-0.0755]
[0.1655,0.3381,0.2110,-0.5543]
(其中Aj为A的第j列，Oj为O的第j列)
得到化工厂Y1与受污染居民区的传感器阵列相关系数为：
求得化工厂Y1、石油化工厂Y2、化工厂Y3与居民区的相关系数分别为：ρa＝0.5755,ρb＝-0.0340,ρc＝0.0426；
由此可以判断得到化工厂Y1为居民区O的主要污染来源；
F、通过受污染居民区O的传感器阵列的数据矩阵与数据库各种污染物的标准谱图进行比对，发现其主成分是苯乙烯、CL2，而比对周围化工厂主要污染物或排放物清单：化工厂Y1排放物清单是苯乙烯、CL2、HCL；石油化工厂Y2排放物清单是H2S、NH3及苯；化工厂Y3排放物清单是甲醛、乙醛和二甲苯，比对发现受污染居民区O成分与化工厂Y1排放清单吻合，该结果与步骤E中相关性计算结果吻合，确认化工厂Y1为居民区O的主要污染来源。
因为可能有外来排放物的影响，当相关性系数大于0.5时，选择步骤E中的判断结果，此时，本发明中的相关性系数的判断更为准确；当相关性系数小于0.5时，选择步骤F中判断结果，此时，本发明中相关性系数的判断结果不准确。
Claims (5)
1.一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，包括网格化布置的恶臭在线监测系统，其特征在于：所述的方法步骤中包括：
步骤A，根据污染源气体扩散模型，筛选恶臭溯源查询地的N个疑似恶臭排放场所Ya、Yb…YN，N≥1；
步骤B，记录恶臭溯源查询地遭受恶臭污染的时间[tx，ty]，记录恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统在此时间段内的监测数据矩阵
t为[tx，ty]时间段内选择的时间样本，n为该恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统中的传感器个数；
步骤C，利用污染源气体扩散模型，计算出从Ya、Yb…YN恶臭排放场所扩散到恶臭溯源查询地的时间分别为Δta,Δtb…Δtn；
步骤D，根据网格化布置的恶臭在线监测系统，计算恶臭排放场所Y1的相关系数，其恶臭在线监测系统在污染时间段[tx-Δta,ty-Δta]连续监测的数据矩阵
其中t为[tx-Δta,ty-Δta]时间段的时间样本；
步骤E，计算恶臭排放场所Ya与恶臭溯源查询地的传感器阵列相关系数，计算得到：
得到恶臭排放场所Ya与恶臭溯源查询地的传感器阵列相关系数为：
按照同样的计算方法求得恶臭排放场所Yb…YN与恶臭溯源查询地的传感器阵列相关系数为：ρb…ρn；
步骤F，依照相关性系数ρa,ρb…ρn的大小排序，选择相关性系数最大的恶臭排放场所，得到最有可能的恶臭排放场所。
2.根据权利要求1所述的一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，其特征在于：所述的步骤B中恶臭溯源查询地的恶臭在线监测系统监测到的数据需要进行温度、湿度补偿。
3.根据权利要求1所述的一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，其特征在于：所述的恶臭在线监测系统包括PID气体传感器和电化学气体传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，其特征在于：所述的恶臭在线监测系统还包括温湿压传感器、半导体传感器的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种基于恶臭在线监测系统的溯源方法，其特征在于：将恶臭溯源查询地的传感器阵列的数据矩阵与数据库各种污染物的标准谱图进行比对，通过相关性及主成分分析，得到污染物可能组份表，将该组份表与疑似恶臭排放场所主要污染物或排放物清单进行比对，将该结果与步骤F得到结果进行复核，即可确定污染物来源。
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