試驗(yàn)設(shè)備
Airsentry OP-FTIR 紅外光譜氣體分析儀（AirSentry-FTIR, CEREX, USA）
實(shí)驗(yàn)方法
圖1 在復(fù)雜的工業(yè)區(qū)中定位空氣污染源的方法論的概念框架的說(shuō)明
圖2 回溯排放源的四個(gè)步驟
- 采樣時(shí)間：2009年4月7日至2009年6月19日，共采集20401個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)。
- OP-FTIR設(shè)置：?jiǎn)纬?27m，高度20m。
- CC-FTIR設(shè)置：20m光程氣室。
采樣步驟如圖2所示：
- 第一步：在下風(fēng)口設(shè)置OP-FTIR采樣線，以攔截工業(yè)園區(qū)內(nèi)工廠排放的煙羽，并確定潛在的VOC物質(zhì)及其擴(kuò)散方向。
- 第二步：基于第一步FTIR路徑得出的分析結(jié)果，將第二個(gè)OP-FTIR和后向反射器單元定位在第一步FTIR光束的上風(fēng)處。然后，并行操作這兩個(gè)FTIR光束以測(cè)量VOC物質(zhì)的濃度，以確定包含潛在VOC排放源的區(qū)域的大小。
- 第三步：如果從先前的測(cè)量獲得的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在上風(fēng)向仍可能存在大量的排放源，則可以在上風(fēng)向進(jìn)一步設(shè)置束流路徑。
- 第四步：對(duì)選定的潛在排放源進(jìn)行CC-FTIR監(jiān)視，以建立排放曲線并驗(yàn)證OP-FTIR和PCA的結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
步驟一：
圖3 不同時(shí)間段12種VOC的濃度表明夜間（20：00~04：00）的VOC濃度比早上（04：00~12：00）和晚上（12：00~20：00）高出兩倍至三倍。
圖4 五種主要VOC種類的日循環(huán)變化顯示，最高濃度出現(xiàn)在19：00~00：00，而從01：00至04：00則出現(xiàn)了較小程度的變化。
圖5 不同時(shí)間風(fēng)向與主要VOC種類濃度的關(guān)系顯示，在盛行風(fēng)向由東向北時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到濃度，這意味著在東向北方向沒(méi)有排放源。且與白天相比，夜間（從晚上10點(diǎn)到早上6點(diǎn)）觀察到的濃度要高很多。
表1 VOC種類的PCA分析所提取的三個(gè)主成分，代表三個(gè)排放源類別，結(jié)合特點(diǎn)分析顯示三個(gè)排放源類別可能是（1）PU涂層行業(yè)，（2）化學(xué)包裝和（3）平版印刷行業(yè)。
圖6 使用Varimax和Kaiser歸一化（PC1，PC2，PC3）的旋轉(zhuǎn)因子圖表明，在PC1與PC2和PC1與PC3旋轉(zhuǎn)因子圖上的2-丁酮，DMF和甲苯之間存在密切相關(guān)性。與PC1相比，發(fā)現(xiàn)二氯甲烷，乙酸乙酯和丙酮，而與PC3相比，發(fā)現(xiàn)了氨，異丙醇和甲醇。將主成分分析受體建模應(yīng)用于三個(gè)提取的排放源，其中排放源1，排放源2和排放源3占附近園區(qū)VOC排放的45％，27％和28％。換句話說(shuō)，PU涂層工廠是附近大學(xué)中VOC污染問(wèn)題的最大責(zé)任者，其次是平版印刷和化學(xué)包裝工廠。
圖7 應(yīng)用多徑OP-FTIR監(jiān)測(cè)線回溯N，N-二甲基甲酰胺的排放源（工廠“ E”是排放源）發(fā)現(xiàn)，A線和B線的排放方向從西南到東北方向顯示出幾乎相同的模式；然而，C線的方向與前兩條線（A線和B線）完全相反。
表2 總結(jié)了這些工廠檢測(cè)到的空氣污染物及其在CC-FTIR光譜法18小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)中的平均濃度。在四個(gè)目標(biāo)工廠中，工廠E的排放與步驟1（如圖2所示）調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的排放一致（即DMF、甲苯、2-丁酮和乙酸乙酯），而且其排放濃度在運(yùn)行期間一直很高。
圖8 展示了E廠的CC-FTIR（Closed-cell FTIR）光譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，E廠煙囪排氣中排放的主要VOCs是DMF、2-丁酮和甲苯，還有微量的乙酸乙酯。
結(jié)論
這項(xiàng)研究通過(guò)應(yīng)用儀器測(cè)量和統(tǒng)計(jì)建模建立了一個(gè)定位排放源的系統(tǒng)方法。統(tǒng)計(jì)模型（PCA）在降低大型測(cè)量數(shù)據(jù)集的維度和識(shí)別潛在排放源方面發(fā)揮了重要作用。而儀器測(cè)量則有助于驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)建模的結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)研究證明了使用多路徑OP-FTIR測(cè)量的可行性，結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型（PCA）的風(fēng)向數(shù)據(jù)可以成功地確定復(fù)雜工業(yè)區(qū)的主要排放源。
