在線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)及異味氣源溯源方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)，更進一步涉及一種結合擴 散模型設置自動采樣后指紋分析比對的空氣異味氣源定位溯源系統(tǒng)及利用該系統(tǒng)進行溯 源的方法。
【背景技術】
[0002] 為敘述方便，本說明書中使用名稱如下： 異味:給人不舒服難受感覺的氣味;惡臭:嚴重的臭味，屬于異味;不嚴格區(qū)分該名稱的 用法。異味/惡臭氣體發(fā)生源指一些生產(chǎn)單位、填埋場等釋放異味/惡臭氣體的排放源。保護 區(qū)指居民區(qū)、人口密集區(qū)等需要對空氣質(zhì)量進行保護的區(qū)域，一般離開相對應的監(jiān)控區(qū)，一 旦監(jiān)控區(qū)發(fā)生異味、惡臭氣體排放，會影響到保護區(qū)；監(jiān)控區(qū)指在工業(yè)園區(qū)、填埋場等可能 產(chǎn)生影響保護區(qū)空氣質(zhì)量的區(qū)域，在本發(fā)明中屬于要監(jiān)控的區(qū)域。監(jiān)控區(qū)中發(fā)生了異味惡 臭氣體排放，該排放的局部稱為排放源，也稱為發(fā)生區(qū)或發(fā)生源。發(fā)生源側重于自然發(fā)生， 排放源側重于主動排放，從監(jiān)測的角度，都是影響空氣質(zhì)量的異味或惡臭氣體發(fā)生源。基 站，本發(fā)明中設置的監(jiān)測網(wǎng)點的設備裝置，完成監(jiān)測空氣異味、氣象信息，電力供應等的整 套裝置，可以是安裝在架子上的一個箱式裝置或一個小屋，能放風防雨。
[0003]由于工業(yè)排放，污染環(huán)境日益嚴重，損害人們的健康。環(huán)境空氣污染，異味氣體的 排放事件、特別是惡臭氣體排放事件時常發(fā)生，特別在一個區(qū)域有多個可能發(fā)生異味氣體 特別是惡臭氣體排放源存在時，利用現(xiàn)有技術常常難以定位具體的惡臭發(fā)生源/排放源，給 預警、治理、執(zhí)法帶來困難。
[0004]現(xiàn)有技術中，通常這樣構建在線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)：網(wǎng)格化設置監(jiān) 測基站(或一個網(wǎng)絡中的網(wǎng)點），將監(jiān)測基站的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳給服務器或者稱為數(shù)據(jù)處理中 心，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分布確定監(jiān)測值高的網(wǎng)點，確定惡臭源的大致區(qū)域。
[0005] 監(jiān)測基站通常配備氣象(氣壓、溫度、濕度、風向、風速）以及惡臭監(jiān)測儀器。根據(jù)氣 象及惡臭數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡記錄的歷史數(shù)據(jù)，來推算發(fā)生/排放源的位置。
[0006] 這樣的網(wǎng)點中，惡臭測定通常針對惡臭標志物進行測量，但是 1)發(fā)生惡臭時，即人感受到惡臭或者難聞或者不舒服，其特定惡臭標志物濃度不一定 高；2)測定惡臭標志物，由于具有相同標志物的發(fā)生源多，這種情況下，難以區(qū)分惡臭的來 源/惡臭發(fā)生點；3)排放經(jīng)過一段時間后，排放發(fā)生時僅僅只有傳感器的讀數(shù)記錄，沒有當 時空氣樣品留存，同樣對定位發(fā)生源帶來不確定性，更難依此進行治理與執(zhí)法。
[0007]近年、使用電子鼻或電子鼻與電化學傳感器等聯(lián)合使用，例如，本發(fā)明人的"基于 特征污染物和電子鼻雙模式空氣異味監(jiān)測預警系統(tǒng)"（CN204667597U)中，由傳感器模塊、氣 象模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊與數(shù)據(jù)處理中心組成。其中傳感器模塊中，選用選擇性傳感器對典型 惡臭氣體例如硫化氫(H2S，以及巰基化合物，噻吩類化合物）、氯化氫(HC1)、胺類氣體(NH3 以及氨基化合物)和總揮發(fā)性有機物(TV0C)，以及用電子鼻對具有異味的氣體進行監(jiān)控。其 中，所用的電子鼻例如法國阿默斯(AlphaMOS，法國）的金屬氧化物電子鼻，其中可選擇性 地裝有3個或者更多個、例如16個對于各類氣體敏感程度不同的傳感器，根據(jù)其響應值或有 響應特性形成的圖譜來確定與人所感覺到的惡臭的關系，能較好地解決人的感覺與傳感器 測量值的關系。
[0008]依該技術方案，進行監(jiān)控和預警，在異味氣體發(fā)生源點較少并且各發(fā)生源點物理 距離分散，也可以進行溯源。但是，由于分辨率/精度有限，對發(fā)生源復雜，在物理距離上密 集，該類型的電子鼻就難以區(qū)分發(fā)生源，給溯源帶來困難。
[0009]另外一種基于氣相色譜的電子鼻，機器內(nèi)有兩種極性不同的色譜柱，當空氣樣品 氣體進入色譜后，由于極性的不同，空氣中的成分分別在兩種色譜柱上的保留時間不同，形 成特有的二幅譜圖（也簡稱二維譜圖、指紋圖譜），對二幅圖譜進行信息化處理，可以對來源 氣體進行指紋化表征譜。其代表產(chǎn)品是法國阿默斯的快速氣相電子鼻例如HARACLE，它能快 速測定表征氣體樣品，定性的分析時間為每個氣體樣品最長5分鐘，儀器內(nèi)還預置了數(shù)萬種 化合物的二維指紋圖譜以及進行指紋圖譜比對的軟件，可以對指紋圖譜進行各種統(tǒng)計分 析，例如主成份分析(PCA)、判別因子分析(DFA)，計算出指紋圖譜之間的相似度。由于氣體 成分在色譜柱上分離保留時間都有差異，記錄的保留時間與豐度值形成圖譜，作為指紋進 行表征，使其分辨率大大提高。
[0010] 其應用可見中國專利申請："一種利用快速氣相電子鼻鑒別白酒品牌的方法"（CN 104267134A)，"一種白酒等級的監(jiān)測方法"（CN102980948A)，"一種紅葡萄酒中"馬廄 味"不良風味物質(zhì)的分析評價方法"（CN104007194A)，"一種利用快速氣相色譜型電子鼻 指紋分析系統(tǒng)鑒別黃酒酒齡的方法"（CN102645502A)，以及論文"基于電子鼻技術的地 理標志大米產(chǎn)地溯源研究"（農(nóng)產(chǎn)品加工，2014( 12)，doi:10.3969/jissn. 1671- 9646(X) .2014.12.041)，"基于氣相色譜的電子鼻氣體監(jiān)測系統(tǒng)"（技術與創(chuàng)新管理，2011第32卷第6 期，687 - 690)。表明可用該快速氣相電子鼻有效地區(qū)分和定性這些分析對象。
[0011] 本發(fā)明人，經(jīng)過銳意長期應用研究開發(fā)，對在先的異味監(jiān)測預警系統(tǒng)進行升級改 造，發(fā)現(xiàn)采取技術手段耦合自動采樣系統(tǒng)，以及氣象擴散模型計算，結合快速氣相電子鼻的 技術手段，可以實時采樣、快速指紋化比對、可進行精確溯源：當保護區(qū)網(wǎng)點測定值達到預 設值時觸發(fā)自動采樣事件，根據(jù)擴散模型計算空氣質(zhì)量分布，找出監(jiān)控區(qū)中可能發(fā)生源區(qū) 域網(wǎng)點進行自動采樣，將自動采樣獲得的樣品進行快速氣相電子鼻分析，獲得樣品指紋，進 行指紋比對，確定惡臭來源?？朔爽F(xiàn)有技術中惡臭發(fā)生時、難以及時采取空氣樣品以及分 析不及時以及溯源精度不夠高的缺陷，使得溯源過程快速，準確；留置的樣品還可以用于進 一步的分析鑒定。所設置的自動采樣系統(tǒng)還可以應急采樣分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供一種在線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測應急自動采樣系統(tǒng)，進一步提供 一種根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行應急自動采樣、快速指紋比對的空氣異味溯源監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)及 其使用該網(wǎng)絡系統(tǒng)進行溯源的方法。
[0013]本發(fā)明首先提供一種在線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測應急自動采樣系統(tǒng) 自動采樣模塊1，被設置為連接數(shù)據(jù)傳輸模塊2并根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸模塊2指令進行采樣動 作； 數(shù)據(jù)傳輸模塊2，具有多個數(shù)據(jù)交換接口，被設置為與外部通訊交換數(shù)據(jù)與指令，連接 傳感器模塊3、接受傳感器模塊3信號，指令自動采樣模塊1; 傳感器模塊3，該模塊包含有對空氣異味成分有響應的傳感器組，被設置為與數(shù)據(jù)傳輸 模塊2連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊2讀取傳感器模塊3數(shù)據(jù)。（圖1) 第二、本發(fā)明提供一種在線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測基站20,包括以下模塊： 自動采樣模塊1，被設置為連接數(shù)據(jù)傳輸模塊2并根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸模塊2指令進行采樣動 作； 數(shù)據(jù)傳輸模塊2，具有多個數(shù)據(jù)交換接口，被設置為與外部通訊交換數(shù)據(jù)與指令，連接 傳感器模塊3、接受傳感器模塊3信號，連接氣象監(jiān)測模塊4、接受氣象監(jiān)測模塊4信息，指令 自動采樣模塊1; 傳感器模塊3，該模塊包含有對空氣異味成分有響應的傳感器組，被設置為與數(shù)據(jù)傳輸 模塊2連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊2讀取傳感器模塊3數(shù)據(jù)； 氣象監(jiān)測模塊4，被設置為監(jiān)測該基站所在區(qū)域局部氣象信息。（圖2) 第三、本發(fā)明更進一步提供一種根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動采樣、快速指紋比對的在 線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理中心5、面源網(wǎng)格化設置的上述的在 線連續(xù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測基站20組成。（圖3) 毫無疑問，整個裝置中需要電力的部件都需要配置電力，電力供應系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)有 技術進行配置，可以是市電，也可以是電池，特別是結合了太陽能、風能，及電能儲存功能的 自給電源系統(tǒng)為好，也可以將配備市電與自給系統(tǒng)的結合供電。在本發(fā)明人的在先申請 (CN204667597U)中有詳細的說明。
[0014] 所述的對空氣異味成分有響應的傳感器模塊3,可以選擇能敏感空氣異味的電子 鼻、特定惡臭氣體例如硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)等、總揮發(fā)性有機物(TV0C)等污染空氣的物 質(zhì)的傳感器的一種或數(shù)種組合而成，可以依據(jù)排放氣體的實際情況，選擇敏感的傳感器為 好。該模塊通常提供了信號調(diào)理和數(shù)據(jù)輸出接口，方便與其他設備進行數(shù)據(jù)交換，被其他設 備讀取數(shù)據(jù)。
[0015] 為了達到傳感器模塊的輸出結果可以直接與人的感覺異味程度相一致，對傳感 器，特別是具有較好的信號調(diào)理處理功能的傳感器，電子鼻，可以進行人工嗅辨賦值。例如 對法國阿默斯氧化物性電子鼻RQB0X可以依據(jù)如下方式進行異味惡臭等級賦值，使得輸出 數(shù)據(jù)就是進過人工嗅辨馴化的惡臭等級值： 設定自動采樣條件，自動采集現(xiàn)場空氣樣品； 對采集的空氣樣品，用電子鼻測定記錄，讓嗅辯員使用現(xiàn)場嗅辨儀嗅辨給出惡臭等級 值，把嗅辨給出的惡