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【應(yīng)用】復(fù)雜工業(yè)區(qū)的空氣污染源進行表征和定位

發(fā)布人:jim 來源: 發(fā)布時間:2024-12-19 16:05:12
試驗設(shè)備
Airsentry OP-FTIR 紅外光譜氣體分析儀(AirSentry-FTIR, CEREX, USA)

實驗方法
圖1 在復(fù)雜的工業(yè)區(qū)中定位空氣污染源的方法論的概念框架的說明
圖2 回溯排放源的四個步驟
  • 采樣時間:2009年4月7日至2009年6月19日,共采集20401個連續(xù)數(shù)據(jù)。
  • OP-FTIR設(shè)置:單程227m,高度20m。
  • CC-FTIR設(shè)置:20m光程氣室。
采樣步驟如圖2所示:
  • 第一步:在下風口設(shè)置OP-FTIR采樣線,以攔截工業(yè)園區(qū)內(nèi)工廠排放的煙羽,并確定潛在的VOC物質(zhì)及其擴散方向。
  • 第二步:基于第一步FTIR路徑得出的分析結(jié)果,將第二個OP-FTIR和后向反射器單元定位在第一步FTIR光束的上風處。然后,并行操作這兩個FTIR光束以測量VOC物質(zhì)的濃度,以確定包含潛在VOC排放源的區(qū)域的大小。
  • 第三步:如果從先前的測量獲得的監(jiān)測結(jié)果表明,在上風向仍可能存在大量的排放源,則可以在上風向進一步設(shè)置束流路徑。
  • 第四步:對選定的潛在排放源進行CC-FTIR監(jiān)視,以建立排放曲線并驗證OP-FTIR和PCA的結(jié)果。
實驗結(jié)果
步驟一:
圖3 不同時間段12種VOC的濃度表明夜間(20:00~04:00)的VOC濃度比早上(04:00~12:00)和晚上(12:00~20:00)高出兩倍至三倍。
圖4 五種主要VOC種類的日循環(huán)變化顯示,最高濃度出現(xiàn)在19:00~00:00,而從01:00至04:00則出現(xiàn)了較小程度的變化。
圖5 不同時間風向與主要VOC種類濃度的關(guān)系顯示,在盛行風向由東向北時沒有檢測到濃度,這意味著在東向北方向沒有排放源。且與白天相比,夜間(從晚上10點到早上6點)觀察到的濃度要高很多。
表1 VOC種類的PCA分析所提取的三個主成分,代表三個排放源類別,結(jié)合特點分析顯示三個排放源類別可能是(1)PU涂層行業(yè),(2)化學(xué)包裝和(3)平版印刷行業(yè)。
圖6 使用Varimax和Kaiser歸一化(PC1,PC2,PC3)的旋轉(zhuǎn)因子圖表明,在PC1與PC2和PC1與PC3旋轉(zhuǎn)因子圖上的2-丁酮,DMF和甲苯之間存在密切相關(guān)性。與PC1相比,發(fā)現(xiàn)二氯甲烷,乙酸乙酯和丙酮,而與PC3相比,發(fā)現(xiàn)了氨,異丙醇和甲醇。將主成分分析受體建模應(yīng)用于三個提取的排放源,其中排放源1,排放源2和排放源3占附近園區(qū)VOC排放的45%,27%和28%。換句話說,PU涂層工廠是附近大學(xué)中VOC污染問題的最大責任者,其次是平版印刷和化學(xué)包裝工廠。
圖7 應(yīng)用多徑OP-FTIR監(jiān)測線回溯N,N-二甲基甲酰胺的排放源(工廠“ E”是排放源)發(fā)現(xiàn),A線和B線的排放方向從西南到東北方向顯示出幾乎相同的模式;然而,C線的方向與前兩條線(A線和B線)完全相反。
表2 總結(jié)了這些工廠檢測到的空氣污染物及其在CC-FTIR光譜法18小時連續(xù)監(jiān)測中的平均濃度。在四個目標工廠中,工廠E的排放與步驟1(如圖2所示)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的排放一致(即DMF、甲苯、2-丁酮和乙酸乙酯),而且其排放濃度在運行期間一直很高。
圖8 展示了E廠的CC-FTIR(Closed-cell FTIR)光譜監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,E廠煙囪排氣中排放的主要VOCs是DMF、2-丁酮和甲苯,還有微量的乙酸乙酯。
結(jié)論
這項研究通過應(yīng)用儀器測量和統(tǒng)計建模建立了一個定位排放源的系統(tǒng)方法。統(tǒng)計模型(PCA)在降低大型測量數(shù)據(jù)集的維度和識別潛在排放源方面發(fā)揮了重要作用。而儀器測量則有助于驗證統(tǒng)計建模的結(jié)果。現(xiàn)場研究證明了使用多路徑OP-FTIR測量的可行性,結(jié)合統(tǒng)計模型(PCA)的風向數(shù)據(jù)可以成功地確定復(fù)雜工業(yè)區(qū)的主要排放源。
鍋爐燃燒排放信息


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