一种卷烟厂挥发性有机化合物排放监测方法

本发明属于环境保护，涉及一种卷烟厂挥发性有机化合物排放监测方法。

背景技术：

1、挥发性有机化合物(vocs)是一类碳基化学物质，在标准状态下具有高饱和蒸气压、低沸点等特点，且在常温下易于挥发进入大气。由于大多数挥发性有机物具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，并且对地表臭氧和光化学烟雾的形成具有重要影响。因此，工业过程中排放的vocs对人类健康和环境造成重大威胁，其排放特征研究成为关注的焦点。

2、卷烟厂vocs排放具有其独有特征，在烟草切碎、混合和干燥全工艺过程均有大量vocs排放，其vocs成分也较为复杂，包括苯酚、甲醇、乙醇等，针对卷烟厂vocs排放特征研究，对于全面表征以制定有效的排放策略具有重要意义。

3、目前，污染物排放特征的研究方法主要包括源排放清单法、排放因子法、在线监测法、采样监测法、遥感反演法和模型模拟法。其中，源排放清单法通过对污染源的调查统计，估算不同污染源的排放量，建立排放清单，可全面评估区域内的污染物排放总量与结构特征，但编制工作量大，数据获取难度高。排放因子法根据各类污染源的活动水平数据和相应的排放因子，估算污染物排放量，操作相对简便，但排放因子的选取和本地化修正至关重要。采样监测法对污染源进行定期采样监测，测定污染物浓度，再结合废气量核算排放总量，可获得阶段性排放水平数据，但连续性差。遥感反演法基于卫星遥感等手段反演大气中的污染物浓度，再通过模型解算出地表排放通量，可实现较大范围的排放监测，但受气象条件等因素影响。模型模拟法利用空气质量模型，在已知气象条件下模拟污染过程，通过优化算法反推排放源强度，但需要模型参数合理设置和验证。在线监测法利用在线监测仪器对污染源废气进行实时监测，获得连续、动态的排放数据，测量结果准确，已经成为全面监测vocs的强大工具。

4、近年来，先进的在线监测技术如开路式傅里叶变换红外光谱（op-ftir）技术被引入用于vocs监测。这种技术能够实现多种污染气体的实时在线监测，同时对多组分进行定性和定量分析；采用非接触式测量模式，避免了样品损失和污染；通过设置长光程反射镜，大大提高了检出限和测量灵敏度。可以提供多种voc在大范围内的连续实时测量数据，从而更全面地了解排放特征。

5、childers等人在某地的一个综合养猪场中利用op-ftir测量了氨气、甲烷、二氧化碳和一氧化二氮等气体的浓度，确定了氨气主要来源于禁闭仓，而甲烷的主要排放源是进行废物处理的潟湖。hall将op-ftir应用于某地的污水处理设施，以识别挥发性有机化合物(voc)的排放源并估计排放率。galle等人在某地的一个城市垃圾填埋场利用ftir吸收光谱的实时分析能力来估算该垃圾填埋场的甲烷排放情况，并通过对大采样区域的检测，成功地展示了ftir相对于传统点测量方法的优势。hegde等人也利用ftir系统监测了某地的一个垃圾填埋场排放的甲烷和二氧化碳。walter和kagann等人展示了op-ftir用于测量环境空气中空气质量标准污染物(臭氧[o3]、一氧化碳[co]、二氧化硫[so2]和二氧化氮[no2])的应用。thorn等学者运用傅里叶变换红外光谱系统，对烟草储存仓库中大型熏蒸结构周围空气中的磷化氢浓度进行了测量，并证实了该系统相较于使用多个单点检测设备具有更全面的数据优势。尽管op-ftir技术在vocs监测中表现出了显著的效果，但单独使用这种技术可能无法全面捕捉工业过程中的动态变化。

技术实现思路

1、本发明的技术方案用于解决如何精确地解析vocs的排放特征和溯源的问题。

2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

3、一种卷烟厂挥发性有机化合物排放监测方法，在卷烟厂污染源区域安装开放光路傅里叶变换红外光谱系统，对卷烟厂开展挥发性有机化合物浓度连续监测，获得挥发性有机化合物的高时间分辨率数据；将其与同步气象数据相结合，使用累积分布函数来作为浓度分级的依据，绘制污染玫瑰图描述各方位污染物浓度的概率分布，用于指示vocs的潜在来源方向。

4、进一步地，所述的使用累积分布函数来作为浓度分级的依据，绘制污染玫瑰图描述各方位污染物浓度的概率分布的方法具体如下：

5、累积分布函数表示污染物浓度的概率分布，即：

6、

7、式中，x是污染物浓度；

8、根据累积分布函数，选取浓度百分位下限值l和上限值u，定义浓度等级ci的划分刻度；

9、在污染玫瑰图中，风向被分为16个方向区间，然后根据这些方向区间内观测到的污染物浓度数据，对于每个风向(i＝1，2，...，16)，计算观测到污染物浓度c落在浓度等级内的概率，公式如下：

10、

11、式中，表示在风向上浓度落在ci等级内的观测次数，表示风向上的总观测次数；

12、玫瑰图中心圆圈部分表示静风或浓度低于分级下限l的比例pq，计算公式为：

13、

14、式中，表示静风或浓度低于l的观测次数，n表示总观测次数；

15、通过将每个风向区间内的浓度分级概率绘制在极坐标图上，形成污染玫瑰图。

16、进一步地，所述的开放光路傅里叶变换红外光谱系统，包括：红外光源、发射望远镜、接收望远镜、傅里叶变换红外光谱仪以及软件处理模块；所述的红外光源和发射望远镜用于产生稳定、高强度的红外信号并准直输出；所述的接收望远镜用于接收目标气体吸收后的红外辐射；所述的傅里叶变换红外光谱仪用于通过干涉仪的动镜移动和探测器的接收记录下干涉图中的吸收信息；所述的软件处理模块用于对采集到的干涉图进行光谱处理、多组分定量分析以及设备的自动连续控制；在系统工作过程中，红外光源发出的辐射经过发射望远镜准直后，穿过外界开放式环境中的待测污染气体，携带气体吸收信息的红外辐射被接收望远镜接收，并聚焦汇聚于傅里叶变换红外光谱仪的干涉仪腔内，通过干涉仪动镜的移动和探测器的接收，干涉图中的吸收信息被精确记录下来；最后，采集到的干涉图被发送到软件处理模块，经过傅里叶变换转换为吸收光谱，从而获得整个测量区域内待测污染气体的浓度信息。

17、一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储支持处理器执行上述卷烟厂挥发性有机化合物排放监测方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

18、一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述卷烟厂挥发性有机化合物排放监测方法的步骤。

19、本发明的优点在于：

20、本发明提出将op-ftir技术与风向玫瑰图结合，形成污染玫瑰图，以更精确地解析vocs的排放特征和溯源；这种结合方法不仅可以提供vocs在大范围内的实时监测数据，还可以结合风向和风速信息，确定主要排放源的时空变化，有助于制定更有针对性的污染控制策略；通过在某卷烟厂对挥发性有机化合物浓度和气象信息进行长期持续监测，实现了关键排放源的精准确定，为大尺度范围内的污染物精确溯源提供了有效思路。