空气中颗粒物检测方案(颗粒物监测仪)

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大气细颗粒物 PM2.5精细化源解析技术方案 大气细颗粒物 PM2.5燃煤源与机动车尾气源精细化源解析技术方案 大气细颗粒物PM2.5精细化源解析技术方案 股器仪信禾州广 广州禾信仪器股份有限公司 2020年 目录 第一章 .技术背景.. 2 第二章 技术目标.. 2 第三章 .技术路线.. 3 第四章 技术简介.... 5 4.1 PM2.5在线源解析质谱简介. 5 4.1.1 仪器简介..... 5 4.1.2 .管理功能及意义....... .6 4.2 精细化源解析技术.. 7 4.2.1 精细化源解析技术简介..... 7 4.2.2 管理功能及意义....... 8￥份股器仪信禾州广 第一章技术背景 面对灰霾污染，各地政府把大气污染防治作为关系到科技民生的大项目来抓，深入推进实施《蓝天保卫战》，采取综合措施治理大气污染，制定大气污染防治总体实施方案。然而大气污染的治理，不仅要“说得清”空气污染多严重，还要“说得清”是什么、从哪里来，这就需要开展准确而及时的实时动态源解析工作。 目前北方地区的颗粒物污染中，燃煤源和机动车尾气源是普遍占比较大的颗粒物污染来源。城市私家车、轿车保有量大导致城市交通繁重的现象在北方普遍存在，许多城市对于以燃烧柴油为主的大型车辆又没有较好的限行或管控方案，导致机动车尾气常常成为城市颗粒物污染的重要来源之一。另一方面，北方特有的秋冬季供暖期，以及以煤炭为主要能源的重工业，使北方有着更重的“冬防期”任务，这期间主要应对问题之一就是燃煤导致的颗粒物污染。 因此，在解决北方一些城市的颗粒物污染问题时、，不仅需要知道燃煤源和机动车尾气源在当地占比多少，更需要知道是汽油车还是柴油车导致的机动车尾气污染，是供暖燃煤还是工业燃煤导致的燃煤污染，即在颗粒物污染的基本源分类基础上进行精细化的颗粒物源解析。精细化源解析的意义在于，通过对基础污染源更加精细化的分类及识别，明确大气颗粒物管控的重点方向，实现精准的靶向治理。 第二章技术目标 为了摸清楚目目区域大气的 PM2.5来源组成及主要污染来源，并进行燃煤源和机动车尾气源的精细化源解析，为当地环保部门提供大气污染精准管控、靶向治理提供技术支撑。PM2.5在线源解析该系统可以发挥如下作用： (1)空气质量达标规划和总量减排目标 ①指明污染治理的方向，做到靶向治理，最大限度保证经济正常发展。 ②为动态调控、精细化总量减排提供依据。通过污染源动态信息获取，判断颗粒物浓度变化主因，从而实现精确控制，明确精细化减排方案。 ③结合各点位产业结构特色，为产业结构的调整提供科学数据； ④快速评估治理措施的成效，及时调整治理方向和措施，，降低治理成本。 (2)重污染天气应急监测 重污染过程监测和快速源解析。通过在线源解析，可持续观测整个重污染天气过程，分析重污染天气发生前、中、后期污染来源构成及贡献率随时间变化趋势等，获取高时间分辨率(最快可达1小时)的源解析结果，以最快的速度向环境管理部门反馈重污染天气发生的可能原因，从而采取有效针对措施进行应急处理，降低重污染天气的影响； (3)环境应急、污染投诉事件处理 ①环境应急事件的迅速响应。血铅、重金属大气污染等应急事件发生时，利用源解析结果和指纹谱库及时锁定污染源，及时消除不良社会影响，保证人民生命安全； ②异常排放快速判识，污染投诉排查时迅速找到污染源。通过持续监测，可发现特殊污染物(如有毒有害物)的异常排放，进一步结合源解析结果，锁定肇事单位。 (4)明确燃煤、机动车尾气颗粒物污染的主要成因 建立燃煤源和机动车尾气源的精细化源谱库，以此为基础开展精细化源解析工作，主要方向为：1)燃煤源：民用散煤，企业用煤。2)机动车尾气源：汽油车，柴油车。 第三章技术路线 通过分析区域近期空气质量状况，掌握区域主要污染物类型和变化规律。利用 SPAMS 的在线监测获取源解析数据，结合现场走访调查，更新颗粒物源谱库，精细化源解析区域的燃煤源和机动车尾气源。分析研判并提出针对性对策建议，区域政府对相应污染源开展专项整治，有效降低区域颗粒物浓度，从而保障区域环境空气质量持续改善，优良天数明显增加。 (1)机动车尾气源精细化源解析 在区域机动车尾气源源谱的基础上，把机动车尾气源划分为汽油车和柴油车及其他类别。其中柴油车为柴油发动机排放颗粒物的贡献占比，汽油车为汽油发 动机排放颗粒物的贡献占比，其他类别为尾气源中未识别部分。如图将机动车尾气源进行细分，进行精细化源原析。 机动车尾气源精细化源解析示意图 将区域监测期间的柴油车与汽油车小时贡献率的数据进行整合，把每天1时的贡献率进行平均，得到1时的平均贡献率，如此类推可得到24小的贡献率变化趋势。在不同时间段和地区，行驶车辆的种类多有不同。工业区的大型货车相较市区更多，由于其柴油动力的特性，导致柴油车尾气污染更加严重。同样，市区内的私家车会导致汽油车的尾气污染更为严重。总体而言，机动车尾气源的时空变化与城区功能区分布有关。 (2)燃煤源精细化源解析 基于区域燃煤源源谱，将燃煤源划分为民用散煤和企业燃煤以及其他类别。其中企业燃煤为电厂、供暖以及各类工厂企业的燃煤锅炉排放颗粒物的贡献率，散煤为煤炭散烧排放颗粒物的贡献率，如图所示。区域各污染源占比具有季节性变化的特点，供暖期燃煤源的占比大幅上升。为了确定企业燃煤和民用散煤对污染源季节性变化的影响，需对燃煤源进行供暖期前后的精细化源解析，明确污染责任，从而实施精细化的管控措施。 燃煤源精细化源解析示意图 散煤源风玫瑰图示意图 通过将精细化源解析的数据与风向风速等气象信息结合，得到燃煤源风玫瑰图，进一一步判断三种燃煤源的风向来源规律，如图所示。其中圆的半径方向代表来源风向，圆的半径大小代表风速高低，颜色从蓝到红代表贡献率的逐步升高。同时，对监测区域进行调研，将风向玫瑰图与区域实况相结合，得出企业燃煤源和民用散煤源的地区分布，了解不同气象条件下污染的扩散趋势。 第四章：技术简介 4.1 PM2.5在线源解析质谱简介 4.1.1 仪器简介 PM2.5在线源解析质谱监测系统，是禾信公司具有完整自主知识产权、基于质谱技术的在线源解析产品，是目前国际首台 PM2.5在线源解析监测设备，是实现 PM2.5实时在线源解析的有效手段。 PM2.5在线源解析质谱监测系统包括三部分：在线单颗粒气溶胶质谱仪(简称SPAMS)、污染源谱库和“指纹”比对模型。在线源解析的基础在于指纹特征差异化的污染源谱库，比如：机动车尾气、燃煤、工艺工业等的谱图，这些谱图相当于每一个污染源的“指纹”，当仪器在某地进行监测时，与仪器配套的模型比对系 统会自动将实时测到的每个颗粒物特征与谱库中的谱图进行比对，即：“指纹”比对，及时判断出颗粒物的来源。 PM2.5在线源解析质谱监测系统原理图 4.1.2 管理功能及意义 1)掌握重点区域颗粒物来源，，明确治理方向 掌握重点区域颗粒物来源，便于差异化管控整体掌握重点区域，l以及区域中不同类型功能区(如工业区、居民区、生态保护区等)大气颗粒物的大类源分配情况，，明确治理方向。> 2)及时判定污染过程成因，为进行对应监管提供指向 利用单颗粒质谱高时间分辨率的优势，可分析污染过程中逐小时的颗粒物成分及来源随颗粒物浓度变化情况，结合气象条件、污染源分布及现场巡查，判断污染成因。 3)针对重点点位异常升高时段，开展原因分析，实现污染削峰 高时间分辨率成分及来源结果，结合高时间分辨率气象及辅助数据(风向、风速、、气态污染物、污染源分布等)，剖析长期异常的点位异常原因，尤其是异常时段相对于正常时段的差异，提供精准管管指向。 4)针对管控效果开展评估，实时判断管控方向是否正确，动态调控，持续改进 针对污染管控措施，通过实时评估及后评估两种形式，评估污染管控成效， 与调控措施制定结合，实现正向循环和持续改进。 4.2 精细化源解析技术 4.2.1 精细化源解析技术简介 精细化源解析的发展是基于精细化管理的需求，精细化管理是建立在常规管理的基础上，并将常规管理引向深入的基本思想和管理模式，是--种以最大限度地减少管理所占用的资源和降低管理成本为主要目标的管理方式。通过精细化管理，力求充分发挥国家资源，以达到低投入、快成效、高水平的治理目标。 精细化源解析技术示意图 深度学习是极其学习的一个分支领域，在很多情况下，机器学习几乎成了人工智能的替代概念。通过机器学习算法，使计算机有能力从大量已有数据学习出潜在的规律和特征，以用来对新的样本进行智能识别或者预期未来某件失误的可能性。深度学习本质上是构建含有多隐层的机器学习架构模型，通过大规模数据进行训练，得到大量更具代表性的特征信息。从而对样本进行分类和预测，提高分类和预测的精度。和人工设计的特征提取方法相比，利用深度模型学习得到的数据特征对大数据的丰富内在信息更有代表性。所以，未来的发展趋势是深度学习模型在大数据分析中将得到更多的关注。 禾信公司独独开发的基于 SPAMS 数据的深度学习神经网络算法，能够在原有传统分类源解析的基础上，进行精细化污染来源分析，从而进一步展开对大气细 颗粒物污染治理的精细化管控工作。 4.2.2 管理功能及意义 1) 掌握城市精细化污染源构成 在未展开源解析工作的城市/地区，通过精细化污染源解析可直接掌握城市的精细化污染源构成；在已做过源解析的城市/地区，可在原有的源解析工作基础上，继续深化源解析工作，持续改善环境空气质量。 2)给政府提出更精准的管控方向和措施建议 针对精细化源解析的结果，结合监测城市/地区的地理、气候以及社会发展情况，能够提出更准确的管控方向和措施建议，靶向管理。 3) 夏更精准的评估分析管控措施成效 股器仪信禾州广 利用精细化源解析对管控措施的精准评估，有助于更加准确的了解污染源的变化情况，为下一步工作做好扎实的基础 ：       在进行颗粒物污染管控工作中，通过颗粒物的精细化源解析，能够在传统分类基础上进一步细分污染源，如机动车尾气源可分为柴油车和汽油车两类，燃煤源可分为供暖燃煤、工业燃煤和散煤燃烧等类别。通过颗粒物精细化源解析，能够明确大气颗粒物管控的重点方向，实现精准的靶向治理。