基于主成分分析法的工业废气污染源智能鉴别方法研究

谭涛

关键词：工业废气污染；污染源鉴别；主成分分析；智能鉴别；鉴别方法

中图分类号：X830.2 文献标志码：B

前言

在实际的工业生产中，工业废气的种类很多，如果不对其污染源进行精准的鉴别，将很难有效地制定整治计划。为解决这一问题，提高工业废气污染的整治效果，很多研究人员提出了污染源鉴别方法。如文献[1]先萃取溶剂，然后利用DART离子源对处理后的样本进行分析。最后，根据不同的污染源特征离子，采用偏最小二乘法进行多元聚类分析，得出污染源特征离子的鉴别结果。该方法应用后存在鉴别效率不高的问题。文献[2]先建立分析模型，然后设定模型参数得到反演模型，最后基于贝叶斯原理对污染源进行鉴别，通过反复大量抽样输出统计结构，完成污染源的鉴别。该方法存在通用性不高的问题。文献[3]先通过优化理论对快速和谐搜索算法进行优化，用于对污染物运移进行模拟，后结合MT3 DMS分析污染源质量浓度并溯源，得出污染源鉴别结果。实验结果表明，该方法的鉴别结果精确度不高，需要进一步改进。

考虑到上述文献提出的污染源鉴别方法无法满足当前工业废气污染源鉴别的现实需求，此次研究在以往研究的基础上，提出并设计了一种基于主成分分析法的工业废气污染源智能鉴别方法。

1材料与方法

1.1采样点位

为研究工业废气污染源，在某市多个工业生产厂房中布置采样点位。为保证采集样本具有代表性，研究在该工业厂房的废气污染排放管道中的垂直管段布置采样仪器。在长达5m的管段中，每隔0.5 m布置一个采样点位，采样点位布置见图1。

在如图1所示的位置上循环布置工业废气污染采样点位，总共布置11个点位，其中管头与管尾的两个采样仪器的方向设置为面向管口的方向，其他点位的采样仪器均设置为垂直于管道切线的方向。

1.2实验仪器

1.2.1采样仪器

文章选用了由无碱超细玻璃纤维制成的玻璃纤维滤筒，并结合刚玉滤筒，提高微小颗粒捕集效率。同时，为增强采样仪器在高温工业废气排放管道中的工作强度，为每个采样仪器配备少量胶合剂，制成加胶滤筒。所有采样仪器按照管口一管尾的顺序进行编号，并根据使用胶合剂的不同，制备后的采样仪器能够承受不同的温度。为提高采样效率，每个采样嘴的设计采用锐边渐缩形，并将角度设置为30°。最终的采样仪器包括采样嘴、采样总管、采样支管、气体样品吸收装置，各部分的连接方式见图2。

1.2.2废气污染处理仪器

在污染源鉴别的过程中，需要对气体进行筛分。此次实验中，采用型号为HMK-200的空气喷射筛进行此步骤，将该仪器与鉴别污染源的主成分分析仪器进行结合，搭建实验环境，开展此次实验。

1.3方法

1.3.1样本采集与处理

实验中使用上述采样仪器在管道内部预定点位进行瞬时采样，采集工业实际生产过程中产生的废气污染。将气体吸收装置中获取的废气污染样本转移到采样气瓶中。为确保所采样本的代表性，进行了连续七天的采样，每天分别在8：00 - 12：00以及13：00-20：00两个时间段进行采样，采样仪器的流量设置为1m³／h。为了保证实验结果的通用性，选取了不同的工业行业类别进行废气污染采集，最终共获得了1386个工业废气污染样本，总采样量为110 L。采集工业废气污染样本后，使用泵抽进样处理，每次泵抽时间为120秒，可泵抽11个样本。泵抽后清洗仪器30秒，将废气样本泵入空气喷射筛中，总时长共计150秒。筛分过程使用1μm、0.05μm以及0.01μm不同直径的筛网，将废气颗粒进行分离。将其与工业废气污染源特征进行对应，得到工业废气污染源智能鉴别结果。

2结果分析与讨论

经过上述实验，将采集的工业废气污染源进行鉴别，由于篇幅有限，研究仅在印染、金属加工等四个工业生产行业类别中，各选取5个样本的污染源鉴别结果进行阐述，见表3。

由表3可知，在此次实验中，对不同工业类别的工业废气污染源智能鉴别结果中，在不同的样本中，鉴别结果相差不大，说明该方法鉴别结果较为稳定。与预设结果相比，污染源鉴别结果精确度高达99.6%。从实验结果可知，在文章提出的基于主成分分析法的工业废气污染源智能鉴别方法中，对不同物质类别的污染源均能够较为精准地得出鉴别结果，鉴别结果可信度较高，具有较强的应用性。

3结束语

工业废气污染是当今社会所面临的一个重要问题，对人类健康和环境保护都造成了很大的影响，科学地鉴别工业废气污染源非常重要。文章通过主成分分析的方法对工业废气的污染源进行智能鉴别。该方法主要先对采集到的废气污染样本进行预处理，得到了不同大小的废气颗粒，然后利用主成分分析的方法对废气污染源进行智能鉴别，最后运用实验证明所提方法的先进性。试验结果表明：该方法在实际应用的过程中，鉴别结果精确度较高，具有较强的应用性。通过高质量的工业废气污染源智能鉴别，可为工业废气污染的治理提供了科学依据，推动工业生产的可持续发展，为地球生态环境保护提供了有力支持。