基于主成分分析法的工業廢氣污染源智能鑒別方法研究

譚濤

關鍵詞：工業廢氣污染；污染源鑒別；主成分分析；智能鑒別；鑒別方法

中圖分類號：X830.2 文獻標志碼：B

前言

在實際的工業生產中，工業廢氣的種類很多，如果不對其污染源進行精準的鑒別，將很難有效地制定整治計劃。為解決這一問題，提高工業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[1]先萃取溶劑，然后利用DART離子源對處理后的樣本進行分析。最后，根據不同的污染源特征離子，采用偏最小二乘法進行多元聚類分析，得出污染源特征離子的鑒別結果。該方法應用后存在鑒別效率不高的問題。文獻[2]先建立分析模型，然后設定模型參數得到反演模型，最后基于貝葉斯原理對污染源進行鑒別，通過反復大量抽樣輸出統計結構，完成污染源的鑒別。該方法存在通用性不高的問題。文獻[3]先通過優化理論對快速和諧搜索算法進行優化，用于對污染物運移進行模擬，后結合MT3 DMS分析污染源質量濃度并溯源，得出污染源鑒別結果。實驗結果表明，該方法的鑒別結果精確度不高，需要進一步改進。

考慮到上述文獻提出的污染源鑒別方法無法滿足當前工業廢氣污染源鑒別的現實需求，此次研究在以往研究的基礎上，提出并設計了一種基于主成分分析法的工業廢氣污染源智能鑒別方法。

1材料與方法

1.1采樣點位

為研究工業廢氣污染源，在某市多個工業生產廠房中布置采樣點位。為保證采集樣本具有代表性，研究在該工業廠房的廢氣污染排放管道中的垂直管段布置采樣儀器。在長達5m的管段中，每隔0.5 m布置一個采樣點位，采樣點位布置見圖1。

在如圖1所示的位置上循環布置工業廢氣污染采樣點位，總共布置11個點位，其中管頭與管尾的兩個采樣儀器的方向設置為面向管口的方向，其他點位的采樣儀器均設置為垂直于管道切線的方向。

1.2實驗儀器

1.2.1采樣儀器

文章選用了由無堿超細玻璃纖維制成的玻璃纖維濾筒，并結合剛玉濾筒，提高微小顆粒捕集效率。同時，為增強采樣儀器在高溫工業廢氣排放管道中的工作強度，為每個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行編號，并根據使用膠合劑的不同，制備后的采樣儀器能夠承受不同的溫度。為提高采樣效率，每個采樣嘴的設計采用銳邊漸縮形，并將角度設置為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

在污染源鑒別的過程中，需要對氣體進行篩分。此次實驗中，采用型號為HMK-200的空氣噴射篩進行此步驟，將該儀器與鑒別污染源的主成分分析儀器進行結合，搭建實驗環境，開展此次實驗。

1.3方法

1.3.1樣本采集與處理

實驗中使用上述采樣儀器在管道內部預定點位進行瞬時采樣，采集工業實際生產過程中產生的廢氣污染。將氣體吸收裝置中獲取的廢氣污染樣本轉移到采樣氣瓶中。為確保所采樣本的代表性，進行了連續七天的采樣，每天分別在8：00 - 12：00以及13：00-20：00兩個時間段進行采樣，采樣儀器的流量設置為1m³／h。為了保證實驗結果的通用性，選取了不同的工業行業類別進行廢氣污染采集，最終共獲得了1386個工業廢氣污染樣本，總采樣量為110 L。采集工業廢氣污染樣本后，使用泵抽進樣處理，每次泵抽時間為120秒，可泵抽11個樣本。泵抽后清洗儀器30秒，將廢氣樣本泵入空氣噴射篩中，總時長共計150秒。篩分過程使用1μm、0.05μm以及0.01μm不同直徑的篩網，將廢氣顆粒進行分離。將其與工業廢氣污染源特征進行對應，得到工業廢氣污染源智能鑒別結果。

2結果分析與討論

經過上述實驗，將采集的工業廢氣污染源進行鑒別，由于篇幅有限，研究僅在印染、金屬加工等四個工業生產行業類別中，各選取5個樣本的污染源鑒別結果進行闡述，見表3。

由表3可知，在此次實驗中，對不同工業類別的工業廢氣污染源智能鑒別結果中，在不同的樣本中，鑒別結果相差不大，說明該方法鑒別結果較為穩定。與預設結果相比，污染源鑒別結果精確度高達99.6%。從實驗結果可知，在文章提出的基于主成分分析法的工業廢氣污染源智能鑒別方法中，對不同物質類別的污染源均能夠較為精準地得出鑒別結果，鑒別結果可信度較高，具有較強的應用性。

3結束語

工業廢氣污染是當今社會所面臨的一個重要問題，對人類健康和環境保護都造成了很大的影響，科學地鑒別工業廢氣污染源非常重要。文章通過主成分分析的方法對工業廢氣的污染源進行智能鑒別。該方法主要先對采集到的廢氣污染樣本進行預處理，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廢氣污染源進行智能鑒別，最后運用實驗證明所提方法的先進性。試驗結果表明：該方法在實際應用的過程中，鑒別結果精確度較高，具有較強的應用性。通過高質量的工業廢氣污染源智能鑒別，可為工業廢氣污染的治理提供了科學依據，推動工業生產的可持續發展，為地球生態環境保護提供了有力支持。