CN110907602A - 一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置和方法，监测方法包括如下步骤：建立待检测区域的污染源识别模型；获取待检测区域监测点空气中挥发性有机物的种类和含量以及监测点与各污染源之间的距离；将监测点空气中挥发性有机物的种类和含量代入待检测区域的污染源识别模型，得到各污染源的初始评分；根据各污染源与监测点之间的距离对各污染源的初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。由于本发明所提供的技术方案根据污染源与监测点之间的距离对初始评分进行了修正，所以能够减少距离对污染源评分所造成的影响，提高对污染源评价的准确性。
Description
技术领域
本发明属于污染源识别监测技术领域，具体涉及一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置及方法。
背景技术
根据世界卫生组织的定义，挥发性有机物(VOCs)是在常温下，沸点在50℃至260℃的各种有机化合物。在中国，挥发性有机物是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或者在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10Pa且具有挥发性的全部有机化合物。
大多数挥发性有机物有毒，部分挥发性有机物有致癌性如大气中的某些苯、多环芳烃、芳香胺、树脂化合物、醛和亚硝胺等有害物质对机体有致癌作用或者产生真性瘤作用；某些芳香胺、醛、卤代烷烃及其衍生物、氯乙烯等有诱变作用。多数挥发性有机物易燃易爆、不安全，如挥发性有机物在阳光照射下与大气层的氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，危害人体健康和作物生长；光化学烟雾的主要成分是臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛类及酮类等，它们刺激人们的眼睛和呼吸系统，危害人们的身体健康且危害作物的生长；肉烃类挥发性有机物可破坏臭氧层，如氯氟碳化物((CFCs)。
因此为了提高环境的清洁洗性和保证人们的身体健康，需要对空气中挥发性有机物的含量进行检测，并在其含量超标时采取相应的治理措施。
目前治理挥发性有机物的主要方法是限制污染源的污染物排放量，但是在化工厂比较多的地区很难确定其主要污染源，尤其是在化工园区，不仅化工厂数量众多，而且化工厂的种类也很多，进一步加大了确定主污染源的难度。
虽然现有技术中有根据挥发性有机物种类和含量计算各化工厂的污染物排放量，但是计算过程中只考虑到了各化工厂自身因素所造成的影响，而没有考虑到外界因素造成的影响，因此存在评价结果不准确的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置和方法，以解决现有技术中对污染源所造成的影响评价不准确的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，包括如下步骤：
步骤一：建立待检测区域的污染源识别模型；
所述待检测区域的污染源识别模型为：
Ni＝Ai1x1+Ai2x2+Ai3x3+……+Ai(m-1)x(m-1)+Aimxm+Ai(m+1)
其中Ni为第i种挥发性有机物的总评分，xi为第i个污染源的评分，Aij为第i种挥发性有机物第j个污染源的权重，Ai(m+1)为常数；
步骤二：获取待检测区域监测点空气中挥发性有机物的种类和含量，以及监测点与各污染源之间的距离；
步骤三：将监测点空气中挥发性有机物的种类和含量代入待检测区域的污染源识别模型，得到各污染源的初始评分；
步骤四：根据各污染源与监测点之间的距离对各污染源的初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。
本发明所提供的技术方案，首先建立污染源识别模型，然后获取监测点的挥发性有机物的种类和含量，并结合污染源识别模型得到各污染源的初始评分，最后根据污染源与监测点之间的距离对初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。由于本发明所提供的技术方案根据污染源与监测点之间的距离对初始评分进行了修正，所以能够减少距离对污染源评分所造成的影响，提高对污染源评价的准确性。
进一步的，所述步骤四中对污染源初始评分进行修正时采用的计算公式为：
X’＝(aL+b)X+X0
其中a为权重值，b为常数，X为污染源的初始评分，X0为常数，X’为污染源的最终评分。
进一步的，还包括步骤五：获取待检测区域的风向，并根据待检测区域的风向对最终评分进行补偿；对最终评分进行补偿时所采用计算公式为：
当监测点处于污染源的下风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’|cosα|
当监测点处于污染源的上风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’(1+|cosα|)
其中X’为污染源的最终评分，α为污染源和监测点所形成直线与风向之间的夹角。
根据风向对污染源的评分进行补偿，能够除去风向对污染源评分所造成的影响，进一步提高对污染源评价的准确性。
进一步的，当有污染源的最终评分大于设定评分时，向该污染源发出警告；所述设定评分随着待检测区域内污染源数量的增加而降低。
由于待检测区域对挥发性有机物的容纳程度有限，因此当污染源增加时将设定评分降低，能够保证待检测区域的环境质量。
进一步的，所述设定评分根据待检测区域内设置的净化设备的数量和使用寿命而变化，当净化设备数量增加时设定评分升高，当净化设备的寿命增加时设定评分降低。
净化设备的数量越多对待检测区域的净化能力越强，净化设备的寿命越长对待检测区域的净化能力越弱，因此根据净化设备的数量和寿命调节设定评分，不仅能够保证待检测区域的环境质量，还能够保证各作为污染源的化工厂的工作效率。
一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，包括气体采集设备、处理器以及与控制器连接的气相色谱仪和质谱仪；处理器还连接有存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；所述处理器执行该计算机程序时实现如下控制步骤：
步骤一：建立待检测区域的污染源识别模型；
所述待检测区域的污染源识别模型为：
Ni＝Ai1x1+Ai2x2+Ai3x3+……+Ai(m-1)x(m-1)+Aimxm+Ai(m+1)
其中Ni为第i种挥发性有机物的总评分，xi为第i个污染源的评分，Aij为第i种挥发性有机物第j个污染源的权重，Ai(m+1)为常数；
步骤二：获取待检测区域监测点空气中挥发性有机物的种类和含量，以及监测点与各污染源之间的距离；
步骤三：将监测点空气中挥发性有机物的种类和含量代入待检测区域的污染源识别模型，得到各污染源的初始评分；
步骤四：根据各污染源与监测点之间的距离对各污染源的初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。
本发明所提供的技术方案，首先建立污染源识别模型，然后获取监测点的挥发性有机物的种类和含量，并结合污染源识别模型得到各污染源的初始评分，最后根据污染源与监测点之间的距离对初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。由于本发明所提供的技术方案根据污染源与监测点之间的距离对初始评分进行了修正，所以能够减少距离对污染源评分所造成的影响，提高对污染源评价的准确性。
进一步的，所述步骤四中对污染源初始评分进行修正时采用的计算公式为：
X’＝(aL+b)X+X0
其中a为权重值，b为常数，X为污染源的初始评分，X0为常数，X’为污染源的最终评分。
进一步的，还包括步骤五：获取待检测区域的风向，并根据待检测区域的风向对最终评分进行补偿；对最终评分进行补偿时所采用计算公式为：
当监测点处于污染源的下风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’|cosα|
当监测点处于污染源的上风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’(1+|cosα|)
其中X’为污染源的最终评分，α为污染源和监测点所形成直线与风向之间的夹角。
根据风向对污染源的评分进行补偿，能够除去风向对污染源评分所造成的影响，进一步提高对污染源评价的准确性。
进一步的，当有污染源的最终评分大于设定评分时，向该污染源发出警告；所述设定评分随着待检测区域内污染源数量的增加而降低。
由于待检测区域对挥发性有机物的容纳程度有限，因此当污染源增加时将设定评分降低，能够保证待检测区域的环境质量。
进一步的，所述设定评分根据待检测区域内设置的净化设备的数量和使用寿命而变化，当净化设备数量增加时设定评分升高，当净化设备的寿命增加时设定评分降低。
净化设备的数量越多对待检测区域的净化能力越强，净化设备的寿命越长对待检测区域的净化能力越弱，因此根据净化设备的数量和寿命调节设定评分，不仅能够保证待检测区域的环境质量，还能够保证各作为污染源的化工厂的工作效率。
附图说明
图1是本发明方法实施例中针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法的流程图；
图2是本发明方法实施例中风向与监测点之间相对位置关系的示意图。
具体实施方式
方法实施例：
本实施例提供一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，用于对挥发性有机物的污染源进行识别监测，解决现有技术中对挥发性有机物的污染源识别不准确的问题。
本实施例所提供的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)建立待检测区域的污染源识别模型。
本实施例的待检测区域为化工园区，所建立的污染源识别模型适用的化工园区中共有六家化工厂，各化工厂排放的污染物中有六种挥发性有机物，则建立的污染源识别模型为：
Ni＝Ai1x1+Ai2x2+Ai3x3+……+Ai(m-1)x(m-1)+Aimxm+Ai(m+1)
其中Ni为第i种挥发性有机物的总评分，xi为第i个污染源的评分，Aij为第i种挥发性有机物中第j个污染源的权重，Ai(m+1)为常数。
本实施例中所建立的污染源识别模型，其中各权重和各常数通过标定实验计算得到，即通过多次标定实验获取多组各污染源的评分和各种挥发性有机物的总评分，然后将其代入到所建立的污染源识别模型中，得到包含多个方程式的方程组；然后将各方程组联立，计算得到各权重的值和各常数的值，从而得到污染源识别模型。
(2)测量监测点与各化工厂之间的距离，并对监测点的气体进行采样，得到监测点含有挥发性有机物的气体样本。
(3)对监测点的气体样本进行气相色谱检测和质谱检测，得到其中挥发性有机物的种类和各种挥发性有机物的含量。
本实施例中先采用气相色谱仪对监测点的气体样本进行气相色谱检测，将其中各挥发性有机物分离；然后再采用质谱仪对其进行质谱检测，检测出各挥发性有机物的种类和含量。
(4)根据监测点的气体样本中各种挥发性有机物的含量得到其总评分，然后将各种挥发性有机物的总评分代入到上述污染源识别模型中，得到各污染源的评分。
将六种挥发性有机物的总评分分别代入到所建立的污染源识别模型中，可得到六个方程式，将六个方程式联立并求解，即可得到各污染源的初始评分。
(5)根据各污染源与监测点之间的距离对各污染源的原始评分进行修正。
污染源对监测点的影响与两者之间的距离有关系，两者之间的距离越近污染源对监测点的影响越大，污染源的评分也会受到两者之间距离的影响。因此为了保证对污染源评分的准确性，需要根据各污染源与监测点之间的距离对相应污染源的原始评分进行修正。
设监测点与污染源之间的间距为L，步骤(4)中计算出的该污染源的原始评分为X，则对其修正后该污染源的最终评分为：
X’＝(aL+b)X+X0
其中a为权重值，b为常数，X为污染源的初始评分，X0为常数，X’为污染源的最终评分。
由于风力会影响挥发性污染物在空气中的传播，因此为了进一步的提高对各污染源评分的准确性，还需要根据风速和风向对各污染源的最终评分进行步长。在监测点设置有风速测试仪和风向测试仪，设检测到的风速为v，将污染源和监测点之间设置为一条直线，风向与该直线的夹角为α，如图2所示，则
当监测点处于污染源的下风口时，补偿后污染源的最终评分为：
X”＝X’cosα
当监测点处于污染源的上风口时，补偿后污染源的最终评分为：
X”＝X’(1+|cosα|)
(6)当有污染源的最终评分大于设定评分时，向该污染源发出警告。
污染源的评分越高，其造成的污染程度越强，因此为了防止污染程度过于严重，当有污染源的最终评分大于设定评分时向该污染源发出警告，使该污染源及时采取治理措施。
由于待检测区域对挥发性有机物的容纳程度有限，因此当污染源增加时将设定评分降低，能够保证待检测区域的环境质量，因此设定评分需要根据待检测区域内污染源的数量而改变：当待检测区域内污染源的数量增加时设定评分降低，当待检测区域内污染源的数量减少时设定评分升高。
在待检测区域内可以设置净化设备以降低挥发性有机物造成的污染，待检测区域内净化设备的数量越多对待检测区域的净化能力越强，净化设备的寿命越长对待检测区域的净化能力越弱，因此设定评分根据待检测区域内设置的净化设备的数量和使用寿命调节：当净化设备数量增加时设定评分升高，当净化设备的寿命增加时设定评分降低。
装置实施例：
本实施例提供一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，包括气体采集设备、处理器以及与控制器连接的气相色谱仪和质谱仪；处理器还连接有存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序，处理器执行该计算机程序时实现如上述方法实施例所提供的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法。
以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：建立待检测区域的污染源识别模型；
所述待检测区域的污染源识别模型为：
Ni＝Ai1x1+Ai2x2+Ai3x3+……+Ai(m-1)x(m-1)+Aimxm+Ai(m+1)
其中Ni为第i种挥发性有机物的总评分，xi为第i个污染源的评分，Aij为第i种挥发性有机物第j个污染源的权重，Ai(m+1)为常数；
步骤二：获取待检测区域监测点空气中挥发性有机物的种类和含量，以及监测点与各污染源之间的距离；
步骤三：将监测点空气中挥发性有机物的种类和含量代入待检测区域的污染源识别模型，得到各污染源的初始评分；
步骤四：根据各污染源与监测点之间的距离对各污染源的初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。
2.根据权利要求1所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，其特征在于，所述步骤四中对污染源初始评分进行修正时采用的计算公式为：
X’＝(aL+b)X+X0
其中a为权重值，b为常数，X为污染源的初始评分，X0为常数，X’为污染源的最终评分。
3.根据权利要求1所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，其特征在于，还包括步骤五：获取待检测区域的风向，并根据待检测区域的风向对最终评分进行补偿；对最终评分进行补偿时所采用计算公式为：
当监测点处于污染源的下风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’|cosα|
当监测点处于污染源的上风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’(1+|cosα|)
其中X’为污染源的最终评分，α为污染源和监测点所形成直线与风向之间的夹角。
4.根据权利要求1所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，其特征在于，当有污染源的最终评分大于设定评分时，向该污染源发出警告；所述设定评分随着待检测区域内污染源数量的增加而降低。
5.根据权利要求4所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测方法，其特征在于，所述设定评分根据待检测区域内设置的净化设备的数量和使用寿命而变化，当净化设备数量增加时设定评分升高，当净化设备的寿命增加时设定评分降低。
6.一种针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，包括气体采集设备、处理器以及与控制器连接的气相色谱仪和质谱仪；处理器还连接有存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；其特征在于，所述处理器执行该计算机程序时实现如下控制步骤：
步骤一：建立待检测区域的污染源识别模型；
所述待检测区域的污染源识别模型为：
Ni＝Ai1x1+Ai2x2+Ai3x3+……+Ai(m-1)x(m-1)+Aimxm+Ai(m+1)
其中Ni为第i种挥发性有机物的总评分，xi为第i个污染源的评分，Aij为第i种挥发性有机物第j个污染源的权重，Ai(m+1)为常数；
步骤二：获取待检测区域监测点空气中挥发性有机物的种类和含量，以及监测点与各污染源之间的距离；
步骤三：将监测点空气中挥发性有机物的种类和含量代入待检测区域的污染源识别模型，得到各污染源的初始评分；
步骤四：根据各污染源与监测点之间的距离对各污染源的初始评分进行修正，得到各污染源的最终评分。
7.根据权利要求6所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，其特征在于，所述步骤四中对污染源初始评分进行修正时采用的计算公式为：
X’＝(aL+b)X+X0
其中a为权重值，b为常数，X为污染源的初始评分，X0为常数，X’为污染源的最终评分。
8.根据权利要求6所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括用于设置在监测点的风向测试仪，所述控制步骤还包括步骤五：获取待检测区域的风向，并根据待检测区域的风向对最终评分进行补偿；对最终评分进行补偿时所采用计算公式为：
当监测点处于污染源的下风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’|cosα|
当监测点处于污染源的上风口时，补偿后污染源的评分为：
X”＝X’1+|cosα|)
其中X’为污染源的最终评分，α为污染源和监测点所形成直线与风向之间的夹角。
9.根据权利要求6所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，其特征在于，当有污染源的最终评分大于设定评分时，向该污染源发出警告；所述设定评分随着待检测区域内污染源数量的增加而降低。
10.根据权利要求9所述的针对挥发性有机物的在线污染源识别监测装置，其特征在于，所述设定评分根据待检测区域内设置的净化设备的数量和使用寿命而变化，当净化设备数量增加时设定评分升高，当净化设备的寿命增加时设定评分降低。
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