大氣惡臭汙染精細源解析方法
2023-07-05 05:44:21
專利名稱：大氣惡臭汙染精細源解析方法
技術領域：
本發明涉及一種環境汙染物源分析方法，特別是涉及一種大氣惡臭汙染精細源解析方法，適用於對大氣惡臭汙染做精細來源分析的源解析方法。
背景技術：
惡臭汙染是我國工業化、城市化快速發展進程中出現的突出環境問題之一，也是困擾環保管理部門的熱點、難點問題。明確惡臭汙染的來源及其貢獻是進行惡臭汙染管理和控制的關鍵。由於惡臭汙染的特殊性和複雜性，迄今為止國際上對揮發性惡臭物質的排放特徵及來源問題一直缺乏深入而系統的研究。惡臭汙染多為複合汙染，涉及惡臭汙染的行業眾多，既有石油煉製、化工、製藥、橡膠、造紙、噴塗、食品加工等點源，又有排汙河、汙水處理廠、垃圾填埋場等線源、面源、散發源等，各種汙染源彼此交錯，相互影響，給環境管理部門對 惡臭汙染源的判別帶來很大困難。惡臭汙染物大多為揮發性有機物，特徵標識物、指紋譜圖在惡臭來源識別中有廣闊的應用前景。特徵標識物，是指可用於來源研究的指標化合物。20世紀70年代末，Simoneit B. R. T.首先將特徵標識物引入大氣氣溶膠中有機物質的研究。目前國內外關於惡臭汙染源排放廢氣的組成特徵的研究已經有所開展，例如，有研究報導石油化工源排放的廢氣中三氯乙烯、甲基環己烷、苯和苯乙烯等物質的含量最高，煉焦廠排放的有機物中苯系物(BETX)佔70%以上，生活垃圾堆肥廠周圍空氣中芳香烴尤其是甲苯、乙苯的濃度最高，建築塗飾(裝修)行業散發的惡臭氣體主要為甲苯和二甲苯，畜禽糞臭氣體的主要成分是三甲胺。然而，這些研究缺乏對典型惡臭源排放特徵以及惡臭特徵標識物等的深入研究，而且所調查的惡臭源數量有限。找出與各類惡臭源相對應的特徵標識物，用於指示惡臭汙染物的來源，成為惡臭源解析研究的關鍵。不同汙染源排放的惡臭物質不同，在分析譜圖中存在不同的色譜指紋特徵，其譜圖的輪廓、峰的強度與物種的分布範圍等都存在一定差異，這為採用色譜指紋圖譜技術鑑別惡臭的來源提供了可能。隨著色譜技術的迅速發展和檢測能力的顯著增強，為指紋圖譜的研究和應用提供了良好的技術保證。以指紋圖譜作為中藥質量控制及藥材鑑定的方法，已成為目前國際共識。近年來許多學者將指紋圖譜技術引入食品風味研究領域中(如白酒、葡萄酒、水產品、乾酪、香醋等)，為氣味指紋圖譜的建立提供了基礎理論和實驗依據。指紋圖譜技術突破傳統的線性思維，根據色譜指紋圖譜的模糊屬性，著眼於整體宏觀規律性特徵的分析，藉助於圖形識別技術，使判別更為簡單、直觀、準確。該技術已成功應用於海上溢油事故源的追查，指紋譜具有特徵明顯、專屬性強、重現性好的特點，在汙染源識別中可使判別更為簡單、直觀、準確。由於惡臭汙染的特殊性和複雜性，國際上對惡臭汙染源解析技術一直缺乏深入而系統的研究。各種汙染源排放出來的惡臭物質種類繁多，各物種的濃度水平、化學活性及來源差異很大，且彼此間還存在著多種相互作用外，惡臭汙染受氣象、地形、地勢等周圍環境的影響較大，不易掌握其汙染擴散規律。與顆粒物、voc、so2、no2等常規大氣汙染物相比，惡臭汙染的來源解析面臨著許多難題，需要在科學理念和技術方法上有更多的創新和突破。而本發明所建立的在複合源條件下進行惡臭汙染的源識別與追蹤技術，能夠解決惡臭汙染防治過程中的關鍵科學技術問題，為惡臭汙染的有效監管提供了有力的技術支撐。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種使惡臭汙染源的判別更為簡單、直觀、準確的大氣惡臭汙染精細源解析方法。本發明所採用的技術方案是一種大氣惡臭汙染精細源解析方法，包括如下步驟I)確定惡臭汙染源調查區域；2)開展惡臭汙染源調查，建立真實可靠、內容全面的惡臭汙染信息資料庫；3)在惡臭源調查的基礎上，分析不同情況下汙染源對環境的影響，判定影響調查區域的主要惡臭汙染源；4)識別各類排放源的惡臭特徵標識物；5)建立能反映汙染源排放特徵的惡臭指紋譜；6)應用模糊聚類模型方法進行指紋圖譜的識別，採用Matlab軟體編程，實現計算機對譜圖之間的快速、精確比較；7)構建大氣惡臭汙染源精細源解析模式首先，在汙染事件發生或接到群眾投訴時，通過現場採樣、分析，確定特徵惡臭汙染物，結合汙染發生時的氣象條件，在惡臭汙染源信息資料庫中尋找上風向存在的潛在汙染源；然後，進一步應用指紋譜圖識別技術，精確地篩選和識別惡臭的來源；最後，運用大氣擴散模型模擬惡臭汙染物的遷移、擴散過程，量化評估汙染源的影響範圍和影響程度。步驟I)所述的惡臭汙染源調查區域，是根據環保部門歷年來的群眾投訴記錄，結合城市總體規劃以及工業產業布局，選擇排放源複雜、惡臭汙染嚴重、群眾反映強烈的區域作為調查研究區域；步驟2)所述的調查包括如下過程(I)基礎資料收集；(2)實地調查；(3)數據處理與分析；(4)惡臭信息資料庫建立。步驟3)所述的汙染源對環境的影響，包括以下幾種情況(I)單個汙染源位於環境敏感點的上風向，根據汙染源與環境敏感點的相對位置關係，制定相應的監測方案，分析汙染源對環境敏感點的影響程度；(2)多個不同類型的惡臭汙染源位於環境敏感點的上風向，根據各汙染源的特徵惡臭物質進行分析判別；(3)多個相同類型的惡臭汙染源位於環境敏感點的上風向，這種情況比較複雜，需對汙染源的源強進行測試，並結合大氣擴散數學模型判定各汙染源的影響大小。步驟4)所述的惡臭特徵標識物的識別方法是綜合考慮惡臭氣體中各組分的含量即客觀指標，以及嗅閾值即感官指標，選擇用閾稀釋倍數作為惡臭特徵標識物的篩選標準，所述的閾稀釋倍數通過下式計算得到閾稀釋倍數=物質含量/物質嗅閾值。步驟5)所述的惡臭指紋譜的建立方法是首先選擇在各類源中廣泛存在的典型惡臭物質，然後對這些惡臭物質組分進行分類編碼，最後根據各組分的相對含量及組分之間的伴生關係繪製而成。所述的惡臭物質選擇遵循以下原則(1)國內外法規、標準中限制排放的惡臭物質；(2)廣泛存在於各類汙染源中，或者是行業的特徵汙染物；(3)具有可靠監測方法的惡臭物質。步驟6)所述的應用模糊聚類模型方法進行指紋圖譜的識別，包括第一步，預處理和標準化；第二步，求模糊相似關係R，R表示樣品與汙染源之間的相似程度；第三步，聚類分析，根據最大隸屬度原理，取最大相似係數者或方差最小者。步驟6)所述的採用Matlab軟體編程，是首先將譜圖信息轉化為計算機能夠接受的數量化矩陣，並採用平移標準差變換的方法，對數據進行標準化處理，消除量綱影響，實現計算機對譜圖的快速、精確比較。步驟7)所述的構建大氣惡臭汙染源精細源解析模式，包括如下過程(I)基於特徵標識物的初步識別，先確定特徵惡臭汙染物，結合各類源的特徵標識物和汙染發生時的氣象條件，在惡臭汙染源信息資料庫中尋找上風向存在的潛在汙染源；(2)基於指紋譜圖的精確識別，應用模糊聚類模型方法，將採集樣品的指紋譜圖與惡臭信息資料庫中的惡臭源指紋譜圖進行比較，求出相似性係數，根據最大隸屬度原則，最終判定樣品惡臭汙染物的來源；(3)汙染源影響的量化評估，汙染源確定之後，根據源強、氣象等信息，運用大氣擴散模型模擬惡臭汙染物的遷移、擴散過程，計算主要汙染物在擴散方向上的衰減距離和濃度以及對汙染發生地點的相對貢獻率。本發明的大氣惡臭汙染精細源解析方法，優點和有益的效果如下(I)該方法能夠快速、準確的追溯惡臭汙染物的來源，實用性強，有廣泛的推廣應用價值，為環境管理部門應對突發惡臭汙染事故、控制汙染風險提供了可靠的技術保障。(2)傳統的汙染物源解析技術只能大致給出對環境受體貢獻較大的汙染源類別，而不能給出具體排放源對受體貢獻的大小，缺乏對汙染防治工作的實際指導意義。通過本發明所述方法，建立惡臭汙染源信息資料庫，全面揭示典型惡臭源排放組成特徵，篩選能夠指示汙染來源的惡臭特徵標識物，將指紋圖譜技術應用於惡臭汙染源的追蹤，建立圖譜信息模式識別系統，同時應用大氣擴散模型，對惡臭汙染源的影響進行量化評估。(3)本發明為制定區域惡臭汙染控制對策及區域環境空氣品質改善提供技術支持，使今後環境管理部門面對惡臭汙染問題時，可以通過系統、完整的源解析方法和相應的數據信息系統，迅速識別汙染源，從而進行有效地惡臭汙染防控。
圖1是本發明的大氣惡臭汙染精細源解析方法流程圖；圖2是汙染源調查的流程圖；圖3a是汙水處理廠汙泥濃縮指紋譜；圖3b是中藥製藥廠排氣筒指紋譜；圖3c是垃圾填埋場填埋區指紋譜；
圖3d是石油煉化廠氣分處理裝置指紋譜。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明的大氣惡臭汙染精細源解析方法做出詳細說明。本發明的大氣惡臭汙染精細源解析方法，是一種以區域惡臭汙染源調查數據為基礎，提出惡臭特徵標識物、惡臭指紋譜等相關概念，建立區域惡臭汙染源的指紋譜庫和指紋譜圖模式識別方法，將譜圖信息轉化為計算機能夠接受的數量化矩陣，實現譜圖之間快速、精確比對，為惡臭汙染事故診斷分析、快速追溯惡臭汙染的來源提供了一種新的途徑與方法。本發明首先根據惡臭投訴等情況確定惡臭汙染典型區域，然後開展惡臭汙染源調查，建立真實可靠、內容全面的惡臭汙染信息資料庫。根據調查結果評估汙染源對環境的影響，找出能夠識別各類排放源的惡臭標識物，從而能夠對惡臭汙染源進行初步識別；建立能反映汙染源排放特徵的惡臭指紋譜，同時形成一套基於指紋譜圖的惡臭源識別方法，能夠對惡臭汙染源進行精確識別；應用大氣擴散模型，對惡臭汙染源的影響進行量化評估。本發明的大氣惡臭汙染精細源解析方法，如圖1所示，包括如下步驟I)確定惡臭汙染源調查區域所述的惡臭汙染源調查區域，是根據環保部門歷年來的群眾投訴記錄，結合城市總體規劃以及工業產業布局，選擇排放源複雜、惡臭汙染嚴重、群眾反映強烈的區域作為調查研究區域。2)開展惡臭汙染源調查，建立真實可靠、內容全面的惡臭汙染信息資料庫，這是進行汙染控制和風險管理的基本保障。所述的調查過程如圖2所示，包括如下過程(I)基礎資料收集通過對相關資料(如群眾投訴、汙染源普查資料庫、汙染源檔案、環境監測資料、環評報告等)的收集和整理分析，掌握調查區域惡臭汙染行業企業分布，從中篩選出具有代表性、影響較為突出的行業企業，確定要進一步調查的汙染源名單；(2)實地調查對重點汙染源進行實地調查(包括布點、採樣和分析測試)。根據汙染源的生產工藝、生產流程、惡臭汙染物的產生機制以及排放形式等因素，結合氣象條件，參照汙染源調查規範，確定布點和採樣方法。監測指標包括成分濃度指標和感官評價指標。用於惡臭氣體成分檢測的樣品使用蘇瑪罐或聚酯袋採樣法採集，用於感官分析的樣品使用真空瓶或聚酯袋法採集。成分分析主要採用色質聯用法，感官分析採用三點比較式臭袋法；(3)數據處理與分析對汙染源調查及監測數據，結合數據自身特徵和調查目的，採用科學的統計方法進行分類整理和統計分析(4)建立惡臭汙染源信息資料庫該資料庫包括企業基本信息、惡臭排放單元信息、惡臭汙染物信息(物質種類、濃度、理化性質、氣味特徵、嗅閾值等)、惡臭特徵信息(特徵汙染物和指紋譜)、排放量及汙染物處理情況等信息。3)在惡臭源調查的基礎上，分析汙染源對環境的影響
以惡臭汙染信息數據為基礎，分析不同情況下汙染源對環境的影響，判定影響調查區域的主要惡臭汙染源，所述的汙染源對環境的影響，包括以下幾種情況(I)單個汙染源位於環境敏感點的上風向，根據汙染源與環境敏感點的相對位置關係，制定相應的監測方案，分析汙染源對環境敏感點的影響程度；(2)多個不同類型的惡臭汙染源位於環境敏感點的上風向，根據各汙染源的特徵惡臭物質進行分析判別；(3)多個相同類型的惡臭汙染源位於環境敏感點的上風向，這種情況比較複雜，需對汙染源的源強進行測試，並結合大氣擴散數學模型判定各汙染源的影響大小；4)識別各類排放源的惡臭特徵標識物，根據判定出的影響調查區域的主要惡臭汙染源，選擇能指示汙染源的惡臭特徵標識物，惡臭特徵標識物是對汙染源有指示作用的一類物質，它在排放源造成的感官汙染中起主要作用。所述的惡臭特徵標識物的識別方法是綜合考慮惡臭氣體中各組分的含量即客觀指標，以及嗅閾值即感官指標，選擇用閾稀釋倍數作為惡臭特徵標識物的篩選標準，所述的閾稀釋倍數通過下式計算得到閾稀釋倍數=物質含量/物質嗅閾值；表I給出了不同行業的惡臭標識物表I不同行業的惡臭標識物
權利要求
1.一種大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，包括如下步驟 1)確定惡臭汙染源調查區域； 2)開展惡臭汙染源調查，建立真實可靠、內容全面的惡臭汙染信息資料庫； 3)在惡臭源調查的基礎上，分析不同情況下汙染源對環境的影響，判定影響調查區域的主要惡臭汙染源； 4)識別各類排放源的惡臭特徵標識物； 5)建立能反映汙染源排放特徵的惡臭指紋譜； 6)應用模糊聚類模型方法進行指紋圖譜的識別，採用Matlab軟體編程，實現計算機對譜圖之間的快速、精確比較； 7)構建大氣惡臭汙染源精細源解析模式首先，在汙染事件發生或接到群眾投訴時，通過現場採樣、分析，確定特徵惡臭汙染物，結合汙染發生時的氣象條件，在惡臭汙染源信息資料庫中尋找上風向存在的潛在汙染源；然後，進一步應用指紋譜圖識別技術，精確地篩選和識別惡臭的來源；最後，運用大氣擴散模型模擬惡臭汙染物的遷移、擴散過程，量化評估汙染源的影響範圍和影響程度。
2.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟I)所述的惡臭汙染源調查區域，是根據環保部門歷年來的群眾投訴記錄，結合城市總體規劃以及工業產業布局，選擇排放源複雜、惡臭汙染嚴重、群眾反映強烈的區域作為調查研究區域。
3.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟2)所述的調查包括如下過程 (I)基礎資料收集；(2)實地調查；(3)數據處理與分析；(4)惡臭信息資料庫建立。
4.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟3)所述的汙染源對環境的影響，包括以下幾種情況 (1)單個汙染源位於環境敏感點的上風向，根據汙染源與環境敏感點的相對位置關係，制定相應的監測方案，分析汙染源對環境敏感點的影響程度； (2)多個不同類型的惡臭汙染源位於環境敏感點的上風向，根據各汙染源的特徵惡臭物質進行分析判別； (3)多個相同類型的惡臭汙染源位於環境敏感點的上風向，這種情況比較複雜，需對汙染源的源強進行測試，並結合大氣擴散數學模型判定各汙染源的影響大小。
5.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟4)所述的惡臭特徵標識物的識別方法是綜合考慮惡臭氣體中各組分的含量即客觀指標，以及嗅閾值即感官指標，選擇用閾稀釋倍數作為惡臭特徵標識物的篩選標準，所述的閾稀釋倍數通過下式計算得到閾稀釋倍數=物質含量/物質嗅閾值。
6.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟5)所述的惡臭指紋譜的建立方法是首先選擇在各類源中廣泛存在的典型惡臭物質，然後對這些惡臭物質組分進行分類編碼，最後根據各組分的相對含量及組分之間的伴生關係繪製而成。
7.根據權利要求6所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，所述的惡臭物質選擇遵循以下原則(1)國內外法規、標準中限制排放的惡臭物質；(2)廣泛存在於各類汙染源中，或者是行業的特徵汙染物；(3)具有可靠監測方法的惡臭物質。
8.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟6)所述的應用模糊聚類模型方法進行指紋圖譜的識別，包括 第一步，預處理和標準化； 第二步，求模糊相似關係R，R表示樣品與汙染源之間的相似程度； 第三步，聚類分析，根據最大隸屬度原理，取最大相似係數者或方差最小者。
9.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟6)所述的採用Matlab軟體編程，是首先將譜圖信息轉化為計算機能夠接受的數量化矩陣，並採用平移標準差變換的方法，對數據進行標準化處理，消除量綱影響，實現計算機對譜圖的快速、精確比較。
10.根據權利要求1所述的大氣惡臭汙染精細源解析方法，其特徵在於，步驟7)所述的構建大氣惡臭汙染源精細源解析模式，包括如下過程 (1)基於特徵標識物的初步識別，先確定特徵惡臭汙染物，結合各類源的特徵標識物和汙染發生時的氣象條件，在惡臭汙染源信息資料庫中尋找上風向存在的潛在汙染源； (2)基於指紋譜圖的精確識別，應用模糊聚類模型方法，將採集樣品的指紋譜圖與惡臭信息資料庫中的惡臭源指紋譜圖進行比較，求出相似性係數，根據最大隸屬度原則，最終判定樣品惡臭汙染物的來源； (3)汙染源影響的量化評估，汙染源確定之後，根據源強、氣象等信息，運用大氣擴散模型模擬惡臭汙染物的遷移、擴散過程，計算主要汙染物在擴散方向上的衰減距離和濃度以及對汙染發生地點的相對貢獻率。
全文摘要
一種大氣惡臭汙染精細源解析方法，包括確定惡臭汙染源調查區域；開展惡臭汙染源調查，建立真實可靠、內容全面的惡臭汙染信息資料庫；在惡臭源調查的基礎上，分析不同情況下汙染源對環境的影響，判定影響調查區域的主要惡臭汙染源；識別各類排放源的惡臭特徵標識物；建立能反映汙染源排放特徵的惡臭指紋譜；應用模糊聚類模型方法進行指紋圖譜的識別，採用Matlab軟體編程，實現計算機對譜圖之間的快速、精確比較；構建大氣惡臭汙染源精細源解析模式。本發明能夠快速、準確的追溯惡臭汙染物的來源，實用性強，有廣泛的推廣應用價值，為環境管理部門應對突發惡臭汙染事故、控制汙染風險提供了可靠的技術保障。
文檔編號G06Q10/04GK103065198SQ20121054984
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者李偉芳, 韓萌, 劉詠, 王元剛, 閆鳳越, 寧曉宇, 張歡, 張妍, 劉英會, 商細彬 申請人:天津市環境保護科學研究院