基于主成分分析法的工業(yè)廢氣污染源智能鑒別方法研究

譚濤

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢氣污染；污染源鑒別；主成分分析；智能鑒別；鑒別方法

中圖分類號(hào)：X830.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)廢氣的種類很多，如果不對(duì)其污染源進(jìn)行精準(zhǔn)的鑒別，將很難有效地制定整治計(jì)劃。為解決這一問(wèn)題，提高工業(yè)廢氣污染的整治效果，很多研究人員提出了污染源鑒別方法。如文獻(xiàn)[1]先萃取溶劑，然后利用DART離子源對(duì)處理后的樣本進(jìn)行分析。最后，根據(jù)不同的污染源特征離子，采用偏最小二乘法進(jìn)行多元聚類分析，得出污染源特征離子的鑒別結(jié)果。該方法應(yīng)用后存在鑒別效率不高的問(wèn)題。文獻(xiàn)[2]先建立分析模型，然后設(shè)定模型參數(shù)得到反演模型，最后基于貝葉斯原理對(duì)污染源進(jìn)行鑒別，通過(guò)反復(fù)大量抽樣輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)，完成污染源的鑒別。該方法存在通用性不高的問(wèn)題。文獻(xiàn)[3]先通過(guò)優(yōu)化理論對(duì)快速和諧搜索算法進(jìn)行優(yōu)化，用于對(duì)污染物運(yùn)移進(jìn)行模擬，后結(jié)合MT3 DMS分析污染源質(zhì)量濃度并溯源，得出污染源鑒別結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的鑒別結(jié)果精確度不高，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

考慮到上述文獻(xiàn)提出的污染源鑒別方法無(wú)法滿足當(dāng)前工業(yè)廢氣污染源鑒別的現(xiàn)實(shí)需求，此次研究在以往研究的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種基于主成分分析法的工業(yè)廢氣污染源智能鑒別方法。

1材料與方法

1.1采樣點(diǎn)位

為研究工業(yè)廢氣污染源，在某市多個(gè)工業(yè)生產(chǎn)廠房中布置采樣點(diǎn)位。為保證采集樣本具有代表性，研究在該工業(yè)廠房的廢氣污染排放管道中的垂直管段布置采樣儀器。在長(zhǎng)達(dá)5m的管段中，每隔0.5 m布置一個(gè)采樣點(diǎn)位，采樣點(diǎn)位布置見圖1。

在如圖1所示的位置上循環(huán)布置工業(yè)廢氣污染采樣點(diǎn)位，總共布置11個(gè)點(diǎn)位，其中管頭與管尾的兩個(gè)采樣儀器的方向設(shè)置為面向管口的方向，其他點(diǎn)位的采樣儀器均設(shè)置為垂直于管道切線的方向。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

1.2.1采樣儀器

文章選用了由無(wú)堿超細(xì)玻璃纖維制成的玻璃纖維濾筒，并結(jié)合剛玉濾筒，提高微小顆粒捕集效率。同時(shí)，為增強(qiáng)采樣儀器在高溫工業(yè)廢氣排放管道中的工作強(qiáng)度，為每個(gè)采樣儀器配備少量膠合劑，制成加膠濾筒。所有采樣儀器按照管口一管尾的順序進(jìn)行編號(hào)，并根據(jù)使用膠合劑的不同，制備后的采樣儀器能夠承受不同的溫度。為提高采樣效率，每個(gè)采樣嘴的設(shè)計(jì)采用銳邊漸縮形，并將角度設(shè)置為30°。最終的采樣儀器包括采樣嘴、采樣總管、采樣支管、氣體樣品吸收裝置，各部分的連接方式見圖2。

1.2.2廢氣污染處理儀器

在污染源鑒別的過(guò)程中，需要對(duì)氣體進(jìn)行篩分。此次實(shí)驗(yàn)中，采用型號(hào)為HMK-200的空氣噴射篩進(jìn)行此步驟，將該儀器與鑒別污染源的主成分分析儀器進(jìn)行結(jié)合，搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開展此次實(shí)驗(yàn)。

1.3方法

1.3.1樣本采集與處理

實(shí)驗(yàn)中使用上述采樣儀器在管道內(nèi)部預(yù)定點(diǎn)位進(jìn)行瞬時(shí)采樣，采集工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣污染。將氣體吸收裝置中獲取的廢氣污染樣本轉(zhuǎn)移到采樣氣瓶中。為確保所采樣本的代表性，進(jìn)行了連續(xù)七天的采樣，每天分別在8：00 - 12：00以及13：00-20：00兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行采樣，采樣儀器的流量設(shè)置為1m³／h。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的通用性，選取了不同的工業(yè)行業(yè)類別進(jìn)行廢氣污染采集，最終共獲得了1386個(gè)工業(yè)廢氣污染樣本，總采樣量為110 L。采集工業(yè)廢氣污染樣本后，使用泵抽進(jìn)樣處理，每次泵抽時(shí)間為120秒，可泵抽11個(gè)樣本。泵抽后清洗儀器30秒，將廢氣樣本泵入空氣噴射篩中，總時(shí)長(zhǎng)共計(jì)150秒。篩分過(guò)程使用1μm、0.05μm以及0.01μm不同直徑的篩網(wǎng)，將廢氣顆粒進(jìn)行分離。將其與工業(yè)廢氣污染源特征進(jìn)行對(duì)應(yīng)，得到工業(yè)廢氣污染源智能鑒別結(jié)果。

2結(jié)果分析與討論

經(jīng)過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，將采集的工業(yè)廢氣污染源進(jìn)行鑒別，由于篇幅有限，研究?jī)H在印染、金屬加工等四個(gè)工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)類別中，各選取5個(gè)樣本的污染源鑒別結(jié)果進(jìn)行闡述，見表3。

由表3可知，在此次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不同工業(yè)類別的工業(yè)廢氣污染源智能鑒別結(jié)果中，在不同的樣本中，鑒別結(jié)果相差不大，說(shuō)明該方法鑒別結(jié)果較為穩(wěn)定。與預(yù)設(shè)結(jié)果相比，污染源鑒別結(jié)果精確度高達(dá)99.6%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在文章提出的基于主成分分析法的工業(yè)廢氣污染源智能鑒別方法中，對(duì)不同物質(zhì)類別的污染源均能夠較為精準(zhǔn)地得出鑒別結(jié)果，鑒別結(jié)果可信度較高，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

3結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)廢氣污染是當(dāng)今社會(huì)所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，對(duì)人類健康和環(huán)境保護(hù)都造成了很大的影響，科學(xué)地鑒別工業(yè)廢氣污染源非常重要。文章通過(guò)主成分分析的方法對(duì)工業(yè)廢氣的污染源進(jìn)行智能鑒別。該方法主要先對(duì)采集到的廢氣污染樣本進(jìn)行預(yù)處理，得到了不同大小的廢氣顆粒，然后利用主成分分析的方法對(duì)廢氣污染源進(jìn)行智能鑒別，最后運(yùn)用實(shí)驗(yàn)證明所提方法的先進(jìn)性。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，鑒別結(jié)果精確度較高，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。通過(guò)高質(zhì)量的工業(yè)廢氣污染源智能鑒別，可為工業(yè)廢氣污染的治理提供了科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，為地球生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供了有力支持。