大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括中心處理模塊、工業(yè)控制模塊和采樣分析模塊，其中采樣分析模塊用于根據(jù)工業(yè)控制模塊的控制動(dòng)作對(duì)目標(biāo)地區(qū)的特征污染源進(jìn)行采樣分析得到第一數(shù)據(jù)，對(duì)該地區(qū)的氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣分析得到第二數(shù)據(jù)，以及發(fā)送第一和第二數(shù)據(jù)到工業(yè)控制模塊；工業(yè)控制模塊與中心處理模塊相連，用于接收并發(fā)送第一和第二數(shù)據(jù)到中心處理模塊，接收并執(zhí)行中心處理模塊的控制指令；中心處理模塊用于生成和發(fā)送控制指令，接收和存儲(chǔ)第一和第二數(shù)據(jù)，將第一和第二數(shù)據(jù)進(jìn)行比照從而實(shí)現(xiàn)大氣細(xì)顆粒物在線源解析。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用上述系統(tǒng)的大氣細(xì)顆粒物在線源解析方法。
【專利說明】
大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在干潔的大氣中，恒量氣體的組成是微不足道的。但是在一定范圍的大氣中，出現(xiàn)了原來沒有的微量物質(zhì)，其數(shù)量和持續(xù)時(shí)間，都有可能對(duì)人、動(dòng)物、植物及物品、材料產(chǎn)生不利影響和危害。當(dāng)大氣中污染物質(zhì)的濃度達(dá)到有害程度，以至破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對(duì)人或物造成危害時(shí)就構(gòu)成了大氣污染。造成大氣污染的原因，既有自然因素又有人為因素，尤其是如工業(yè)廢氣排放、生物質(zhì)燃燒和機(jī)動(dòng)車尾氣等特征污染源和細(xì)顆粒物造成的污染成為當(dāng)今各國關(guān)注的重點(diǎn)和監(jiān)測(cè)的對(duì)象。
[0003]近年來隨著我國城市化進(jìn)程的加快，大量的污染物排放成為城市大氣顆粒物污染的直接誘因。大城市高樓林立，地表粗糙度增加，城市冠層抬升，熱島效應(yīng)顯著，局地環(huán)流增強(qiáng)，擴(kuò)散能力減弱，大氣邊界層結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，跨界輸送、相互污染越來越嚴(yán)重，大、中和小城市并駕齊驅(qū)發(fā)展，缺乏城市群區(qū)域整體規(guī)劃，使城市之間的緩沖帶越變?cè)秸?，大氣污染物容量急劇下降，造就了城市時(shí)常淹沒于霧霾之中的視覺沖擊。近年來各級(jí)政府一直致力于節(jié)能減排工作，但我國目前仍是耗能大國，能源消耗仍然是有增無減，是全球大氣污染物排放最嚴(yán)重的國家之一。特別隨著中國城市群區(qū)域不斷發(fā)展，人為排放和光化學(xué)過程產(chǎn)生的細(xì)粒子作為凝結(jié)核，相對(duì)少量的水汽就有可能使顆粒物發(fā)生碰并和吸濕增長，導(dǎo)致大氣能見度急劇下降。以北京為例，由于特殊的地形和氣候條件，在秋冬季節(jié)形成區(qū)域性霾天的機(jī)率較大。城市區(qū)域大氣近地層出現(xiàn)逆溫時(shí)，一次排放的顆粒物和氣態(tài)污染物通過均相/非均相化學(xué)反應(yīng)生成的二次細(xì)顆粒物累積在近地面層難以及時(shí)擴(kuò)散，從而易形成霾污染；當(dāng)濕度較大時(shí)，顆粒物吸濕增長轉(zhuǎn)化產(chǎn)生城市霧，霧滴吸收大量有毒、有害化學(xué)物質(zhì)，更容易造成城市大氣嚴(yán)重污染事件，而當(dāng)大氣中水分蒸散，霧又轉(zhuǎn)化為霾，這種反復(fù)交互過程可形成區(qū)域長時(shí)間重污染。
[0004]此外，細(xì)顆粒物對(duì)污染物有明顯的富集作用，尤其是細(xì)顆粒物中的有機(jī)碳、水溶性離子、有害元素等化學(xué)成分對(duì)人體健康及生態(tài)環(huán)境造成極大威脅。因此，細(xì)顆粒物的污染控制至關(guān)重要，要想對(duì)細(xì)顆粒物污染進(jìn)行合理有效的控制，就必須弄清楚其來源，也就是對(duì)其進(jìn)行源解析。來源不同的細(xì)顆粒物，其化學(xué)組成具有顯著的差異，因此對(duì)細(xì)顆粒物中化學(xué)成分監(jiān)測(cè)成為其源解析的重要技術(shù)手段。目前對(duì)細(xì)顆粒物的源解析方法和技術(shù)是基于膜采樣-實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)，即使用采樣器采樣后送入實(shí)驗(yàn)室分析的傳統(tǒng)離線分析方法，不能夠?qū)?xì)顆粒物化學(xué)成分進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對(duì)細(xì)顆粒物化學(xué)成分含量及變化趨勢(shì)實(shí)時(shí)感知的需求，也無法對(duì)源解析研究進(jìn)行有力的支撐。另外，現(xiàn)有方法中針對(duì)某種特性是基于部分化學(xué)物種完成的源解析，具有其局限性。
[0005]針對(duì)國內(nèi)大氣細(xì)顆粒物污染狀況和減排控制的迫切需求，為大氣細(xì)顆粒物污染控制達(dá)標(biāo)工作提供基礎(chǔ)技術(shù)和本地化的源譜成為一種當(dāng)前大氣污染物監(jiān)測(cè)工作的目標(biāo)之一，因此，需要提供一種大氣細(xì)顆粒物在線來源解析系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括中心處理模塊、工業(yè)控制模塊和采樣分析模塊。
[0009]采樣分析模塊用于根據(jù)所述工業(yè)控制模塊的控制動(dòng)作對(duì)目標(biāo)地區(qū)的特征污染源進(jìn)行采樣分析得到第一數(shù)據(jù)，對(duì)該地區(qū)的氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣分析得到第二數(shù)據(jù)，以及發(fā)送第一和第二數(shù)據(jù)到所述工業(yè)控制模塊；
[0010]工業(yè)控制模塊與中心處理模塊相連，用于接收并發(fā)送第一和第二數(shù)據(jù)到中心處理模塊，并接收并執(zhí)行中心處理模塊的控制指令；
[0011]中心處理模塊用于生成和發(fā)送控制指令，接收和存儲(chǔ)第一和第二數(shù)據(jù)，將第一和第二數(shù)據(jù)進(jìn)行比照從而實(shí)現(xiàn)大氣細(xì)顆粒物在線源解析。
[0012]優(yōu)選地，工業(yè)控制模塊包括通訊單元和控制單元。
[0013]通訊單元與中心處理模塊相連，用于接收中心處理模塊發(fā)送的控制指令，接收采樣分析模塊發(fā)送的第一和第二數(shù)據(jù)并將第一和第二數(shù)據(jù)發(fā)送給中心處理模塊。
[0014]控制單元與通訊單元和采樣分析模塊相連，用于接收通訊單元發(fā)送的控制指令并對(duì)采樣分析模塊執(zhí)行控制指令。
[0015]采樣分析模塊用于根據(jù)工業(yè)控制模塊的控制動(dòng)作完成采樣分析過程，發(fā)送數(shù)據(jù)信息到工業(yè)控制模塊。
[0016]采樣分析模塊包括采樣稀釋單元、第一采樣分析單元和第二采樣分析單元。
[0017]采樣稀釋單元用于對(duì)特征污染源進(jìn)行采樣和稀釋，所述特征污染源包括生物質(zhì)燃燒、機(jī)動(dòng)車和工業(yè)排放。
[0018]優(yōu)選地，采樣稀釋單元包括采樣部和稀釋部。
[0019]采樣部包括第一進(jìn)樣口、第二進(jìn)樣口和第三進(jìn)樣口，第一進(jìn)樣口采集的生物質(zhì)燃燒排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第一電磁控制啟動(dòng)閥和第一干燥管進(jìn)入采集室，第二進(jìn)樣口采集的機(jī)動(dòng)車排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第二電磁控制啟動(dòng)閥和第二干燥管進(jìn)入采集室，第三進(jìn)樣口采集的工業(yè)排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第三電磁控制啟動(dòng)閥和第三干燥管進(jìn)入采集室；
[0020]稀釋部包括混合室和惰性氣體源，其中采集室內(nèi)的氣體和細(xì)顆粒物在機(jī)械栗的作用下通過第一壓力傳感器和第一質(zhì)流量控制器進(jìn)入所述混合室，惰性氣體源提供的惰性氣體通過第四電磁控制啟動(dòng)閥、第二壓力傳感器和第二質(zhì)流量控制器進(jìn)入混合室，稀釋部用于對(duì)采集室內(nèi)的氣體和細(xì)顆粒物與惰性氣體源提供的惰性氣體進(jìn)行混合，產(chǎn)生特定混合比的氣體和細(xì)顆粒物與惰性氣體的混合氣；
[0021 ] 優(yōu)選地，稀釋部還包括設(shè)置在混合室上的恒壓裝置；
[0022 ]優(yōu)選地，采樣稀釋單元設(shè)置在可調(diào)溫控箱內(nèi)部。
[0023]第一采樣分析單元與采樣稀釋單元相連，用于對(duì)氣態(tài)污染物進(jìn)行采樣和分析。
[0024]優(yōu)選地，第一采樣分析單元包括氣態(tài)污染物采樣部、氣路分配部、顆粒物過濾部和氣態(tài)污染物分析部。
[0025]氣態(tài)污染物采樣部為氣體采樣器；
[0026]氣路分配部包括第一、第二、第三、第四和第五三通電磁閥，各三通電磁閥統(tǒng)一設(shè)置為第一端與氣體采樣器相連，第二端與混合室相連；
[0027]顆粒物過濾部包括第一、第二、第三、第四和第五顆粒過濾器，其輸入端分別與對(duì)應(yīng)三通電磁閥的第三端相連；
[0028]氣態(tài)污染物分析部包括與第一顆粒過濾器輸出端相連的氮氧化物分析儀、與第二顆粒過濾器輸出端相連的氨分析儀、與第三顆粒過濾器輸出端相連的二氧化硫分析儀、與第四顆粒過濾器輸出端相連的二氧化碳分析儀和與第五顆粒過濾器輸出端相連的一氧化碳分析儀。
[0029]第二采樣分析單元與采樣稀釋單元相連，用于對(duì)細(xì)顆粒物進(jìn)行采樣和分析。
[0030]優(yōu)選地，第二采樣分析單元包括細(xì)顆粒物采樣部、氣路分配部、切割部和細(xì)顆粒物分析部。
[0031 ]細(xì)顆粒物采樣部為細(xì)顆粒物采樣管；
[0032]氣路分配部包括第一等流速分流器、第二等流速分流器、氣溶膠發(fā)生器，第六、第七、第八、第九和第十三通電磁閥，第一等流速分流器輸入端與所述細(xì)顆粒物采樣管相連，第一等流速分流器輸出端與第六、第七、第八和第九三通電磁閥第一端分別相連，第十三通電磁閥的三端分別與混合室、氣體溶膠發(fā)生器和第二等流速分流器輸入端相連，第二等流速分流器輸出端與第六、第七、第八和第九三通電磁閥第二端分別相連；
[0033]切割部包括第一、第二、第三和第四切割器，其輸入端分別與第六、第七、第八和第九三通電磁閥的第三端相連；
[0034]細(xì)顆粒物分析部包括與第一切割器輸出端相連的水溶性鹽分析儀、與第二切割器輸出端相連的元素碳和有機(jī)碳分析儀、與第三切割器輸出端相連的金屬元素分析儀、與第四切割器輸出端相連的細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度分析儀和采樣栗，其中采樣栗與各分析儀相連，用于調(diào)整采樣時(shí)間。
[0035]優(yōu)選地，控制指令包括采樣、氣路開關(guān)或切換、氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物及其化學(xué)組分分析指令;第一和第二數(shù)據(jù)包括環(huán)境氣象參數(shù)、氣態(tài)污染物濃度、細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度和細(xì)顆粒物化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)信息。
[0036]優(yōu)選地，氣態(tài)污染物包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳和氨，細(xì)顆粒物中組分包括氯離子、氟離子、硝酸根離子、硫酸根離子、亞硝酸根離子、鉀離子、鈉離子，鈣離子，鎂離子、錢離子、元素碳、有機(jī)碳、K元素、Ca元素、Ti元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Fe元素、Co 素、Ni 素、素、素、Gel^tc 素、素、As^tc素、Se 素、素、素、Sir j l素、Y元素、Mo元素、Ag元素、Cd元素、In元素、Sn元素、Sb元素、Ba元素、Pt元素、Au元素、Hg元素、Tl元素、Pb元素和Bi元素。
[0037]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種大氣細(xì)顆粒物在線來源解析方法。
[0038]—種使用上述在線源解析系統(tǒng)的大氣細(xì)顆粒物在線源解析方法，該在線源解析方法包括以下步驟:
[0039]Stepl:中心處理模塊發(fā)出第一調(diào)試指令，工業(yè)控制模塊接收該指令并控制整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，工業(yè)控制模塊控制閥電磁閥打開，惰性氣體沖洗整個(gè)管路；
[0040]Step2:中心處理模塊發(fā)出第二調(diào)試指令，工業(yè)控制模塊接收該指令并控制第一和第二采樣分析單元進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，測(cè)定整個(gè)大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)背景濃度；
[0041]Step3:中心處理模塊發(fā)出特征污染源采樣稀釋指令，工業(yè)控制模塊接收指令并對(duì)特征污染源進(jìn)行采樣和稀釋;第一和第二采樣分析單元進(jìn)入工作狀態(tài)，測(cè)定研究地區(qū)特征污染源中多種污染物濃度，得到第一數(shù)據(jù)，并將第一數(shù)據(jù)通過工業(yè)控制模塊傳輸至中心處理模塊，中心處理模塊根據(jù)第一數(shù)據(jù)得到特征污染源的成分譜，建立本地特征成分譜庫，為源解析工作提供驗(yàn)證依據(jù)；
[0042]Step4:調(diào)整惰性氣體和單一或者混合污染源樣品的比例和進(jìn)氣總流量，保證惰性氣體和污染源樣品的總流量大于系統(tǒng)觀測(cè)需求流量；
[0043]Step5:中心處理模塊同時(shí)設(shè)置和監(jiān)控每一路氣體的進(jìn)樣量；
[0044]Step6:以一定時(shí)間分辨率或不同溫度下采集分析并測(cè)定污染源排放的大氣污染物濃度；
[0045]Step7:中心處理模塊發(fā)出大氣細(xì)顆粒物源解析指令;第一和第二采樣分析單元進(jìn)入源解析工作狀態(tài)，測(cè)定研究地區(qū)大氣中細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度、化學(xué)組分和氣態(tài)污染物濃度，得到第二數(shù)據(jù)，將第一和第二數(shù)據(jù)進(jìn)行比照并進(jìn)行判斷和分析，提供源解析結(jié)果；
[0046]StepS:中心控制計(jì)算機(jī)同時(shí)設(shè)置和監(jiān)控每一路氣體的進(jìn)樣量；
[0047]Step9:以設(shè)定時(shí)間分辨率采集分析并測(cè)定大氣污染物濃度；
[0048]SteplO:重復(fù)步驟Step7、Step8和Step9，獲取采樣分析時(shí)段大氣污染物的變化特征和通過正交矩陣因子分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出大氣顆粒物的源解析結(jié)果。
[0049]優(yōu)選地，時(shí)間分辨率為小時(shí)或天。
[0050]本發(fā)明的有益效果如下:
[0051]1.本發(fā)明所采用的中心處理模塊生成并發(fā)送工控指令，對(duì)采樣、氣路開關(guān)或切換、質(zhì)流量控制器的精確控制、氣態(tài)污染物采集和分析、細(xì)顆粒物樣品采集與細(xì)顆粒物化學(xué)組分分析進(jìn)行統(tǒng)一控制，接收并存儲(chǔ)工業(yè)控制模塊組發(fā)來的含有環(huán)境氣象參數(shù)、氣態(tài)污染物、細(xì)顆粒物質(zhì)量和細(xì)顆粒物化學(xué)組分濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合氣態(tài)污染物、氣溶膠濃度和氣溶膠化學(xué)組分組成一體化在線檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物的在線源解析，能夠滿足大氣污染物和污染源監(jiān)測(cè)與細(xì)顆粒物源解析的需要
[0052]2.本發(fā)明中氣路邏輯分配器的使用實(shí)現(xiàn)了細(xì)顆粒物樣品在不同檢測(cè)儀器間的切換，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的標(biāo)定。氣路邏輯分配器通過三通電磁閥不同狀態(tài)的組合，分別完成細(xì)顆粒物樣品和氣態(tài)污染物濃度分析和系統(tǒng)標(biāo)定的轉(zhuǎn)換，完成多種成分同時(shí)分析，獲取更多的數(shù)據(jù)量，等流速分配器為精確測(cè)量和數(shù)據(jù)質(zhì)量提供了可靠保證。
[0053]3.本發(fā)明提出了一套特征污染源排放因子觀測(cè)系統(tǒng)，適用于獲取不同污染源的成分譜，能夠自動(dòng)連續(xù)原位觀測(cè)不同污染源(機(jī)動(dòng)車，工業(yè)排放或生物質(zhì)燃燒等)氣體污染物和細(xì)顆粒物排放的技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)將在線源解析技術(shù)與2射線吸收技術(shù)、快速捕集后進(jìn)行的離子色譜分析技術(shù)、逐步升溫后進(jìn)行的非色散紅外技術(shù)和X熒光衍射分析技術(shù)結(jié)合起來，能同時(shí)進(jìn)行二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氨、氯離子、氟離子、硝酸根離子、硫酸根離子、亞硝酸根離子、鉀離子、鈉離子，媽離子，鎂離子和銨離子、元素碳、有機(jī)碳、K元素、Ca元素、Ti元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Fe元素、Co元素、Ni元素、Cu元素、Zn元素、Ga元素、Ge元素、As元素、Se元素、Br元素、Rb元素、Sr元素、Y元素、Mo元素、Ag元素、Cd元素、In元素、Sn元素、Sb元素、Ba元素、Pt元素、Au元素、Hg元素、Tl元素、Pb元素和Bi元素的觀測(cè)。這是一套可鑒別特征污染源成分譜并能服務(wù)于細(xì)顆粒物源解析研究工作的連續(xù)觀測(cè)的自動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)有效率達(dá)90 %以上。
[0054]4.本發(fā)明的系統(tǒng)精度高、準(zhǔn)確可靠，減少觀測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。本發(fā)明能夠原位獲取不同特征污染物源的細(xì)顆粒物化學(xué)組分和氣態(tài)污染物長期同步觀測(cè)有效數(shù)據(jù)，是研究復(fù)合型大氣污染等突出環(huán)境問題，實(shí)施多種大氣污染物綜合控制和深化顆粒物污染控制的基礎(chǔ)，也是獲取驗(yàn)證模型的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和參數(shù)，以及實(shí)施國家節(jié)能減排措施非常必要的檢測(cè)技術(shù)手段。
【附圖說明】
[0055]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0056]圖1示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]圖2示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)指令數(shù)據(jù)流。
[0058]圖3示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)控制關(guān)系示意圖。
[0059]圖4示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)氣路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0060]圖5a示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)第一采樣分析單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061]圖5b示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)第二采樣分析單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖5c示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)采樣稀釋單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖6示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)開啟狀態(tài)工作示圖。
[0064]圖7a示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)清洗管路示意圖。
[0065]圖7b示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)測(cè)試細(xì)顆粒物采集分析系統(tǒng)狀態(tài)工作示意圖。
[0066]圖7c示出為本發(fā)明氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物采樣分析部源解析工作示意圖。
[0067]圖8示出等流速分配器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0068]為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0069]圖1示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)由中心處理模塊1、工業(yè)控制模塊2和采樣分析模塊3組成，其中:
[0070]選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為中心處理模塊I，與工業(yè)控制模塊2通過RS232接口連接，通過中心處理模塊I中的工控組態(tài)軟件編寫程序，生成并發(fā)送工控指令，工業(yè)控制模塊2通過該工控指令對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。具體表現(xiàn)為:工業(yè)控制模塊2對(duì)采樣分析模塊3的氣路開關(guān)切換、采樣、分析和稀釋等工控指令進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，生成并輸出控制采樣分析模塊多路開關(guān)信號(hào)、氣路邏輯分配信號(hào)和控制采集分析的多路開關(guān)電壓信號(hào)。
[0071 ]上述電壓信號(hào)用于:1.控制采樣分析模塊按照工控指令進(jìn)行自動(dòng)開啟與關(guān)閉；2.用于控制采樣分析模塊按照工控指令對(duì)特征污染源排放因子觀測(cè)管線輸送的氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物化學(xué)組分樣品進(jìn)行采樣;3.用于對(duì)氣態(tài)污染物(包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳和氨)和細(xì)顆粒物中組分(包括氯離子、氟離子、硝酸根離子、硫酸根離子、亞硝酸根離子、鉀離子、鈉離子，媽離子，鎂離子、銨離子、元素碳、有機(jī)碳、K元素、Ca元素、Ti元素、V 素、Cir 素、Mn 素、P θ^τπ 素、Co ^tc 素、N i 素、Cu ^tc 素、Ζη^τπ 素、Gsi ^tc 素、Ge ^tc 素、As 夕 Li素、Se元素、Br元素、Rb元素、Sr元素、Y元素、Mo元素、Ag元素、Cd元素、In元素、Sn元素、Sb元素、Ba元素、Pt元素、Au元素、Hg元素、Tl元素、Pb元素和Bi元素)進(jìn)行分析。
[0072]中心處理模塊I接收并存儲(chǔ)工業(yè)控制模塊2發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其中，數(shù)據(jù)信息為包括環(huán)境氣象參數(shù)、氣態(tài)污染物濃度和細(xì)顆粒物濃度及化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)。
[0073]圖2示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)指令數(shù)據(jù)流。圖中實(shí)線代表工控指令，虛線代表數(shù)據(jù)信息。指令流為:中心處理模塊I生成的工控指令通過工業(yè)控制模塊2中的通訊單元21傳輸?shù)娇刂茊卧?2，控制單元22對(duì)采樣分析模塊3中的各單元進(jìn)行控制;數(shù)據(jù)流為:采樣分析模塊3中各單元獲取的數(shù)據(jù)信息通過工業(yè)控制模塊2中的通訊單元21傳輸至中心處理模塊I，中心處理模塊I根據(jù)該數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得到大氣細(xì)顆粒物在線源解析結(jié)果。
[0074]圖3示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)控制關(guān)系示意圖。工業(yè)控制模塊2中控制單元22分為第一控制單元2201、第二控制單元2202和第三控制單元2203，其中，第一控制單元2201通過第一氣路邏輯分配器Ql控制采樣分析模塊3中的第一采樣分析單元31;第二控制單元2202通過第二氣路邏輯分配器Q2控制采樣分析模塊3中的第二采樣分析單元32，第三控制單元2203控制采樣分析模塊3中的采樣稀釋單元33。
[0075]通訊單元21與中心處理模塊I通過接口連接，通過通訊總線與第一控制單元2201、第二控制單元2202和第三控制單元2203并行連接;通訊單元21接收中心處理模塊I的工控指令，將工控指令傳輸給第一控制單元2201、第二控制單元2202和第三控制單元2203;通訊單元21接收第一控制單元2201、第二控制單元2202和第三控制單元2203發(fā)送的模擬信號(hào)并傳輸給中心處理模塊I。
[0076]第一控制單元2201與第一氣路邏輯分配器Ql連接，接收工控指令并轉(zhuǎn)化為開關(guān)量信號(hào)，根據(jù)氣體分析的工控指令，生成并輸出對(duì)第一氣路邏輯分配器Ql進(jìn)行控制的控制信號(hào)，進(jìn)而控制第一采樣分析單元31，實(shí)現(xiàn)氣體樣品按照設(shè)定程序進(jìn)入各檢測(cè)儀器。另外，第一控制單元2201還接收第一采樣分析單元31生成的具有大氣污染物濃度的電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)通過通訊單元21發(fā)送給中心處理模塊I。
[0077]第二控制單元2202與第二氣路邏輯分配器Q2連接，根據(jù)細(xì)顆粒物分析的工控指令，生成并輸出對(duì)第二氣路邏輯分配器Q2進(jìn)行控制的控制信號(hào)，進(jìn)而控制第二采樣分析單元32，實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物樣品按照設(shè)定程序進(jìn)入細(xì)顆粒物分析儀、水溶性離子分析儀、元素碳有機(jī)碳分析儀和金屬元素分析儀。另外，第二控制單元2202還接收第二采樣分析單元32生成的具有細(xì)顆粒物濃度和化學(xué)組分的電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)通過通訊單元21發(fā)送給中心處理模塊I。
[0078]第三控制單元2203接收特征污染源采樣稀釋的工控指令，生成并輸出實(shí)現(xiàn)特征污染源采樣稀釋的順序關(guān)閉和順序打開的控制信號(hào)，用于控制采樣稀釋單元33的打開或關(guān)閉。另外，第三控制單元2203還接收采樣稀釋單元33輸出的具有環(huán)境氣象參數(shù)的電流信號(hào)并生成數(shù)字模擬信號(hào)，通過通訊單元21將該數(shù)字模擬信號(hào)發(fā)送給中心處理模塊I。
[0079]圖4示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)氣路結(jié)構(gòu)示意圖。采樣分析模塊3包括采樣稀釋單元33、第一采樣分析單元31和第二采樣分析單元32。
[0080]如圖5c所示，采樣稀釋單元33用于對(duì)特征污染源進(jìn)行采樣和稀釋，本實(shí)施例中特征污染源為生物質(zhì)燃燒、機(jī)動(dòng)車和工業(yè)排放。
[0081 ]采樣稀釋單元33包括采樣部和稀釋部。
[0082]采樣部包括第一進(jìn)樣口、第二進(jìn)樣口和第三進(jìn)樣口，第一進(jìn)樣口采集的生物質(zhì)燃燒排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第一電磁控制啟動(dòng)閥AS和第一干燥管進(jìn)入采集室C，第二進(jìn)樣口采集的機(jī)動(dòng)車排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第二電磁控制啟動(dòng)閥BS和第二干燥管進(jìn)入采集室C，第三進(jìn)樣口采集的工業(yè)排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第三電磁控制啟動(dòng)閥CS和第三干燥管進(jìn)入采集室C。
[0083]稀釋部包括混合室M和惰性氣體源，其中采集室C內(nèi)的氣體和細(xì)顆粒物在機(jī)械栗的作用下通過第一壓力傳感器和第一質(zhì)流量控制器進(jìn)入混合室M，惰性氣體源提供的惰性氣體通過第四電磁控制啟動(dòng)閥、第二壓力傳感器和第二質(zhì)流量控制器進(jìn)入混合室M，稀釋部用于對(duì)采集室C內(nèi)的氣體和細(xì)顆粒物與惰性氣體源提供的惰性氣體進(jìn)行混合，產(chǎn)生特定混合比的氣體和細(xì)顆粒物與惰性氣體的混合氣。
[0084]稀釋部還包括設(shè)置在混合室M上的恒壓裝置。
[0085]采樣稀釋單元33設(shè)置在可調(diào)溫控箱內(nèi)部。
[0086]通過機(jī)械栗導(dǎo)入污染源排放的大氣污染物與惰性氣體在混合室M混勻，流量為每分鐘60升(該比例按實(shí)際需要改變)。大氣污染物的輸出端口分別與五個(gè)四通電磁閥相連，當(dāng)污染源排放的污染物稀釋完成，與開啟細(xì)顆粒物采集與分析單元和大氣污染物單元通道，進(jìn)入采集分析狀態(tài)。
[0087]混合室M由20cmX 20cmX 20cm石英玻璃加工而成，包括多個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，出氣孔有個(gè)恒流放空裝置，保證整個(gè)系統(tǒng)壓力平衡，本實(shí)施例和附圖以三種污染源為例，因此混合室M進(jìn)氣口也設(shè)置為三個(gè)，三個(gè)進(jìn)氣孔與干燥管相連，確保樣品去除水蒸汽，另外整個(gè)稀釋系統(tǒng)的加熱裝置能夠與采樣口溫度相同，應(yīng)注意的是，本發(fā)明并不限于三種污染源。
[0088]為了保證稀釋的污染源從出氣口按照流量設(shè)定穩(wěn)定流出，質(zhì)流量控制器的進(jìn)氣口和和出氣口存在的壓力差保持在0.05-0.1OMP之間。因此既要保證混合室M內(nèi)部存在壓力，即進(jìn)氣量總流速略大于出氣口流速，同時(shí)還要保證不會(huì)因?yàn)閴毫Υ筮^大而影響污染源樣品與惰性氣體完全混合；因此在氣體混合罐上安裝了一個(gè)壓力表和恒壓裝置。恒壓裝置為一段密閉的管狀容器，內(nèi)有活塞可隨壓力增大而向上移動(dòng)，當(dāng)氣體混合罐中壓力累積一定壓力，恒壓閥的活塞會(huì)被往上推，彈簧則會(huì)給活塞一個(gè)反向作用力。當(dāng)壓力將活塞推到一定位置(罐內(nèi)壓力約為0.2MPa)時(shí)，經(jīng)過管壁一個(gè)細(xì)小的排氣孔，過多的壓力將會(huì)從排氣孔釋放，活塞被彈簧重新被推回排氣孔以下的位置，使整個(gè)腔體恢復(fù)封閉狀態(tài)。該過程反復(fù)進(jìn)行，保證了混合氣罐內(nèi)部保持正壓，并且壓力在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，有效保證所有的質(zhì)量流量計(jì)的正常運(yùn)行。同時(shí)為避免因溫度引起的惰性氣體和污染源排放混合污染物的壓力變化，氣體混合罐可以安置在可調(diào)溫控箱內(nèi)?？烧{(diào)溫控箱由密集纏繞在混合室M上的加熱電阻材料、保溫材料、罩殼和溫度控制顯示表組成。加熱電阻材料的溫度可以通過溫度控制顯示表設(shè)置、保溫材料和罩殼使溫度保持在設(shè)置范圍內(nèi)。如此可以使混合氣體先達(dá)到一個(gè)預(yù)設(shè)溫度再進(jìn)入采樣分析單元，保證混合溫度與污染源排放溫度相同。
[0089]流量控制部分包括混合室M與兩個(gè)質(zhì)量流量計(jì)相連，兩個(gè)壓力傳感器的電壓模擬輸出量與工程控制模塊相連，工程控制模塊和計(jì)算機(jī)相連。本實(shí)施例中使用模擬量輸出單元為研華Advantech，型號(hào)為ADAM-4021，模擬量輸入單元為研華Advantech，型號(hào)為ADAM-4017ο
[0090]通訊單元為485模塊，工業(yè)控制模塊具體還包括開關(guān)量單元、模擬量單元、雙路開關(guān)電源和交流發(fā)光管指示燈?？刂平K端包括固態(tài)繼電器、直流開關(guān)電源、交流發(fā)光管指示燈、電源插座和三刀開關(guān)。
[0091]如圖5a所示，第一采樣分析單元31與采樣稀釋單元33相連，用于對(duì)氣態(tài)污染物進(jìn)行采樣和分析。第一采樣分析單元31包括氣態(tài)污染物采樣部、氣路分配部、顆粒物過濾部和氣態(tài)污染物分析部。
[0092]氣態(tài)污染物采樣部為氣體采樣器。
[0093]氣路分配部包括第一三通電磁閥1、第二三通電磁閥2、第三三通電磁閥3、第四三通電磁閥4和第五三通電磁閥5(第一氣路邏輯分配器Ql)，各三通電磁閥統(tǒng)一設(shè)置為一端與氣體米樣器相連，另一端與混合室相連。
[0094]顆粒物過濾部包括第一、第二、第三、第四和第五顆粒過濾器，其輸入端分別與對(duì)應(yīng)三通電磁閥的第三端相連。
[0095]氣態(tài)污染物分析部包括與第一顆粒過濾器輸出端相連的氮氧化物分析儀、與第二顆粒過濾器輸出端相連的氨分析儀、與第三顆粒過濾器輸出端相連的二氧化硫分析儀、與第四顆粒過濾器輸出端相連的二氧化碳分析儀和與第五顆粒過濾器輸出端相連的一氧化碳分析儀。
[0096]如圖5b所示，第二采樣分析單元32與采樣稀釋單元33相連，用于對(duì)細(xì)顆粒物進(jìn)行采樣和分析。第二采樣分析單元32包括細(xì)顆粒物采樣部、氣路分配部、切割部和細(xì)顆粒物分析部。
[0097]細(xì)顆粒物采樣部為細(xì)顆粒物采樣管。
[0098]氣路分配部包括第一等流速分流器、第二等流速分流器、氣溶膠發(fā)生器，第六三通電磁閥6、第七三通電磁閥7、第八三通電磁閥8、第九三通電磁閥9和第十三通電磁閥1 (第二氣路邏輯分配器Q2)，第一等流速分流器輸入端與所述細(xì)顆粒物采樣管相連，第一等流速分流器輸出端與第六三通電磁閥6、第七三通電磁閥7、第八三通電磁閥8和第九三通電磁閥9 一端分別相連，第十三通電磁閥10的三端分別與混合室M、氣體溶膠發(fā)生器和第二等流速分流器輸入端相連，第二等流速分流器輸出端與第六三通電磁閥6、第七三通電磁閥7、第八三通電磁閥8和第九三通電磁閥9的另一端分別相連。
[0099]切割部包括第一、第二、第三和第四切割器，其輸入端分別與第六三通電磁閥6、第七三通電磁閥7、第八三通電磁閥8和第九三通電磁閥9的第三端相連。
[0100]細(xì)顆粒物分析部包括與第一切割器輸出端相連的水溶性鹽分析儀、與第二切割器輸出端相連的元素碳和有機(jī)碳分析儀、與第三切割器輸出端相連的金屬元素分析儀、與第四切割器輸出端相連的細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度分析儀和采樣栗，其中采樣栗與各分析儀相連，用于調(diào)整采樣時(shí)間。
[0101 ]圖6示出大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)開啟狀態(tài)工作示圖。
[0102]第一采樣分析單元31工作狀態(tài)由第一氣路邏輯分配器Ql決定，第一氣路邏輯分配器Ql的五個(gè)電磁閥由程序控制實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)，完成八種邏輯狀態(tài):①自動(dòng)惰性氣體沖洗氣路，各觀測(cè)設(shè)備測(cè)定系統(tǒng)背景濃度;②利用標(biāo)定系統(tǒng)發(fā)生已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入二氧化硫分析儀、氮氧化物分析儀、一氧化碳分析儀、二氧化碳分析儀和氨分析儀進(jìn)行標(biāo)定;③在線源解析開啟狀態(tài)，各設(shè)備進(jìn)入采樣和分析狀態(tài);④根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉二氧化硫分析儀，而開啟氮氧化物分析儀、一氧化碳分析儀、二氧化碳分析儀和氨分析儀;⑤根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉一氧化碳分析儀，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備;⑥根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉在線氮氧化物分析儀，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備;⑦根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉在線二氧化碳分析儀，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備;⑧根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉氨分析儀，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備。
[0103]第二采樣分析單元32在線源解析工作狀態(tài)由第二氣路邏輯分配器Q2決定，第二氣路邏輯分配器Q2的五個(gè)電磁閥由程序控制實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)，細(xì)顆粒物采樣分析部完成七種邏輯狀態(tài):①自動(dòng)惰性氣體沖洗氣路，各觀測(cè)設(shè)備測(cè)定系統(tǒng)背景濃度;②利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生已知濃度的細(xì)顆粒物樣品進(jìn)入細(xì)顆粒物分析儀、水溶性離子分析儀、元素碳有機(jī)碳分析儀和金屬元素分析儀，檢查各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);③細(xì)顆粒物在線源解析開啟狀態(tài)，各設(shè)備進(jìn)入采樣和分析狀態(tài);④根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉水溶性鹽觀測(cè)系統(tǒng)，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備;⑤根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉元素碳有機(jī)碳分析儀觀測(cè)系統(tǒng)，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備;⑥根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉在線重金屬觀測(cè)系統(tǒng)，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備;⑦根據(jù)觀測(cè)需要關(guān)閉細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度系統(tǒng)，而開啟其他觀測(cè)設(shè)備。
[0104]如圖7a、7b和7 c所示，在線源解析過程包括以下步驟:
[0105]Stepl:中心處理模塊發(fā)出第一調(diào)試指令，工業(yè)控制模塊接收該指令并控制整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，第四電磁控制啟動(dòng)閥電磁閥打開，惰性氣體沖洗整個(gè)管路；
[0106]Step2:中心處理模塊發(fā)出第二調(diào)試指令，工業(yè)控制模塊接收該指令并控制第一和第二采樣分析單元進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，測(cè)定整個(gè)大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)背景濃度；
[0107]Step3:中心處理模塊發(fā)出特征污染源采樣稀釋指令，工業(yè)控制模塊接收該指令并對(duì)特征污染源進(jìn)行采樣和稀釋;第一和第二采樣分析單元進(jìn)入工作狀態(tài)，測(cè)定研究地區(qū)特征污染源中多種污染物濃度，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過工業(yè)控制模塊中的通訊單元傳輸至中心處理模塊，中心處理模塊記錄特征污染源的成分譜，建立本地特征成分譜庫，為源解析工作提供驗(yàn)證依據(jù)；
[0108]step4:調(diào)整惰性氣體和單一或者混合污染源樣品的比例和進(jìn)氣總流量，保證惰性氣體和污染源樣品的總流量大于系統(tǒng)觀測(cè)需求流量；
[0?09] Step5:中心處理模塊同時(shí)設(shè)置和監(jiān)控每一路氣體的進(jìn)樣量；
[0110]Step6:以一定時(shí)間分辨率或不同溫度下采集分析并測(cè)定污染源排放的大氣污染物濃度；
[0111]Step7:中心處理模塊發(fā)出細(xì)顆粒物源解析指令;第一和第二采樣分析單元進(jìn)入源解析工作狀態(tài)，測(cè)定研究地區(qū)大氣中顆粒物質(zhì)量濃度、化學(xué)組分和氣態(tài)污染物濃度，并對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和分析并提供源解析結(jié)果；
[0112]StepS:中心控制計(jì)算機(jī)同時(shí)設(shè)置和監(jiān)控每一路氣體的進(jìn)樣量；
[0113]Step9:以設(shè)定時(shí)間分辨率采集分析并測(cè)定大氣污染物濃度；
[0114]SteplO:重復(fù)步驟Step7、Step8和Step9，獲取采樣分析時(shí)段大氣污染物的變化特征和通過正交矩陣因子分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出大氣顆粒物的源解析結(jié)果。
[0115]實(shí)際操作過程時(shí)，先開啟特征污染源采樣稀釋單元對(duì)目標(biāo)地區(qū)特征污染源進(jìn)行調(diào)研，作為該地區(qū)細(xì)顆粒物源解析的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)發(fā)布特征源譜采樣分析指令;特征污染源采樣稀釋單元的惰性氣源開關(guān)開啟，沖洗整個(gè)管路5分鐘，此時(shí)測(cè)定氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度和化學(xué)組分作為該系統(tǒng)的初始濃度。如果需要測(cè)定不同污染源氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物化學(xué)成分譜，按設(shè)計(jì)調(diào)整好惰性氣體(本實(shí)例可以選擇高純犯或者He)和特征污染源的比率，使惰性氣體和特征污染源總流量大于各出氣口的總流量，通過計(jì)算機(jī)界面設(shè)置各路氣體的流量值(一般是60升/分鐘)，各質(zhì)流量控制器統(tǒng)一標(biāo)定確保，實(shí)際流量與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一致。
[0116]實(shí)際操作過程中，每小時(shí)對(duì)氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物進(jìn)行測(cè)定并做出工作曲線作為源解析基礎(chǔ)。
[0117]在細(xì)顆粒物源解析過程中，先開啟氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物采集分析部對(duì)目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行細(xì)顆粒物來源解析工作，計(jì)算機(jī)發(fā)布特征源譜分析指令，氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物采集分析部開啟，惰性氣體沖洗整個(gè)管路5分鐘，而后程序開啟氣溶膠發(fā)生，發(fā)生已知濃度氣溶膠樣品，各監(jiān)測(cè)設(shè)備采集已知濃度的樣品并分析，反饋儀器工作狀態(tài);如果觀測(cè)結(jié)果與已知濃度氣溶膠樣品一致，則工作狀態(tài)正常;進(jìn)入源解析狀態(tài)，每小時(shí)計(jì)算機(jī)收集細(xì)顆粒物數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷，如果細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度的加和大于細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度，則數(shù)據(jù)收集與分析部判斷收集數(shù)據(jù)無效;不計(jì)入統(tǒng)計(jì)分析；當(dāng)數(shù)組大于50組，進(jìn)行正矩陣因子分析，并給不同污染源的比例分配圖；當(dāng)數(shù)組小于50組，進(jìn)行主因子分析，判斷細(xì)顆粒物來源
[0118]圖8示出等流速分配器示意圖，采樣栗開啟保證水溶性鹽分析儀(采樣流量5升/分鐘)、元素碳和有機(jī)碳分析儀(采樣流量8升/分鐘)、金屬元素分析儀(采樣流量16.7升/分鐘)和細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度分析儀(采樣流量16.7升/分鐘)以等流速的層流狀態(tài)采樣，等流速分流器是根據(jù)截面積、流量、溫度和氣壓計(jì)算得來。
[0119]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):適用觀測(cè)對(duì)象廣，可應(yīng)用于不同污染源，不同地區(qū)(城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)村);連續(xù)、高頻、精度高，能同時(shí)獲取多種氣體和細(xì)顆粒物的有效數(shù)據(jù);資料連續(xù)可靠，免除了人工采集的辛勞。
[0120]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述在線源解析系統(tǒng)包括中心處理模塊、工業(yè)控制模塊和采樣分析模塊，其中 采樣分析模塊用于根據(jù)所述工業(yè)控制模塊的控制動(dòng)作對(duì)目標(biāo)地區(qū)的特征污染源進(jìn)行采樣分析得到第一數(shù)據(jù)，對(duì)該地區(qū)的氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣分析得到第二數(shù)據(jù)，以及發(fā)送所述第一和第二數(shù)據(jù)到所述工業(yè)控制模塊； 工業(yè)控制模塊與所述中心處理模塊相連，用于接收并發(fā)送所述第一和第二數(shù)據(jù)到所述中心處理模塊，接收并執(zhí)行所述中心處理模塊的控制指令； 中心處理模塊用于生成和發(fā)送控制指令，接收和存儲(chǔ)所述第一和第二數(shù)據(jù)，將所述第一和第二數(shù)據(jù)進(jìn)行比照從而實(shí)現(xiàn)大氣細(xì)顆粒物在線源解析。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)控制模塊包括通訊單元和控制單元，其中 通訊單元與所述中心處理模塊相連，用于接收所述中心處理模塊發(fā)送的控制指令，接收所述采樣分析模塊發(fā)送的所述第一和第二數(shù)據(jù)并將所述第一和第二數(shù)據(jù)發(fā)送給所述中心處理模塊； 控制單元與所述通訊單元和所述采樣分析模塊相連，用于接收所述通訊單元發(fā)送的控制指令并對(duì)所述采樣分析模塊執(zhí)行所述控制指令。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣分析模塊包括采樣稀釋單元、第一采樣分析單元和第二采樣分析單元，其中 采樣稀釋單元用于對(duì)特征污染源進(jìn)行采樣和稀釋，所述特征污染源包括生物質(zhì)燃燒、機(jī)動(dòng)車和工業(yè)排放； 第一采樣分析單元與所述采樣稀釋單元相連，用于對(duì)氣態(tài)污染物進(jìn)行采樣和分析； 第二采樣分析單元與所述采樣稀釋單元相連，用于對(duì)細(xì)顆粒物進(jìn)行采樣和分析。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣稀釋單元包括采樣部和稀釋部，其中 采樣部包括第一進(jìn)樣口、第二進(jìn)樣口和第三進(jìn)樣口，所述第一進(jìn)樣口采集的生物質(zhì)燃燒排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第一電磁控制啟動(dòng)閥和第一干燥管進(jìn)入采集室，所述第二進(jìn)樣口采集的機(jī)動(dòng)車排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第二電磁控制啟動(dòng)閥和第二干燥管進(jìn)入采集室，所述第三進(jìn)樣口采集的工業(yè)排放氣體和細(xì)顆粒物經(jīng)第三電磁控制啟動(dòng)閥和第三干燥管進(jìn)入采集室； 稀釋部包括混合室和惰性氣體源，其中所述采集室內(nèi)的氣體和細(xì)顆粒物在機(jī)械栗的作用下通過第一壓力傳感器和第一質(zhì)流量控制器進(jìn)入所述混合室，所述惰性氣體源提供的惰性氣體通過第四電磁控制啟動(dòng)閥、第二壓力傳感器和第二質(zhì)流量控制器進(jìn)入所述混合室，稀釋部用于對(duì)采集室內(nèi)的氣體和細(xì)顆粒物與惰性氣體源提供的惰性氣體進(jìn)行混合，產(chǎn)生特定混合比的氣體和細(xì)顆粒物與惰性氣體的混合氣； 所述稀釋部還包括設(shè)置在混合室上的恒壓裝置； 所述采樣稀釋單元設(shè)置在可調(diào)溫控箱內(nèi)部。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述第一采樣分析單元包括氣態(tài)污染物采樣部、氣路分配部、顆粒物過濾部和氣態(tài)污染物分析部，其中 氣態(tài)污染物采樣部為氣體采樣器； 氣路分配部包括第一、第二、第三、第四和第五三通電磁閥，所述各三通電磁閥統(tǒng)一設(shè)置為第一端與所述氣體采樣器相連，第二端與所述混合室相連； 顆粒物過濾部包括第一、第二、第三、第四和第五顆粒過濾器，其輸入端分別與對(duì)應(yīng)三通電磁閥的第三端相連； 氣態(tài)污染物分析部包括與第一顆粒過濾器輸出端相連的氮氧化物分析儀、與第二顆粒過濾器輸出端相連的氨分析儀、與第三顆粒過濾器輸出端相連的二氧化硫分析儀、與第四顆粒過濾器輸出端相連的二氧化碳分析儀和與第五顆粒過濾器輸出端相連的一氧化碳分析儀。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，第二采樣分析單元包括細(xì)顆粒物采樣部、氣路分配部、切割部和細(xì)顆粒物分析部，其中 細(xì)顆粒物采樣部為細(xì)顆粒物采樣管； 氣路分配部包括第一等流速分流器、第二等流速分流器、氣溶膠發(fā)生器，第六、第七、第八、第九和第十三通電磁閥，所述第一等流速分流器輸入端與所述細(xì)顆粒物采樣管相連，所述第一等流速分流器輸出端與所述第六、第七、第八和第九三通電磁閥的第一端分別相連，所述第十三通電磁閥的三端分別與所述混合室、氣體溶膠發(fā)生器和第二等流速分流器輸入端相連，所述第二等流速分流器輸出端與所述第六、第七、第八和第九三通電磁閥的第二端分別相連； 切割部包括第一、第二、第三和第四切割器，其輸入端分別與第六、第七、第八和第九三通電磁閥的第三端相連； 細(xì)顆粒物分析部包括與第一切割器輸出端相連的水溶性鹽分析儀、與第二切割器輸出端相連的元素碳和有機(jī)碳分析儀、與第三切割器輸出端相連的金屬元素分析儀、與第四切割器輸出端相連的細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度分析儀和采樣栗，其中采樣栗與各分析儀相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制指令包括采樣、氣路開關(guān)或切換、氣態(tài)污染物和細(xì)顆粒物及其化學(xué)組分分析指令;所述第一和第二數(shù)據(jù)包括環(huán)境氣象參數(shù)、氣態(tài)污染物濃度、細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度和細(xì)顆粒物化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)信息。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線源解析系統(tǒng)，其特征在于，所述氣態(tài)污染物包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳和氨，所述細(xì)顆粒物中組分包括氯離子、氟離子、硝酸根離子、硫酸根離子、亞硝酸根離子、鉀離子、鈉離子，鈣離子，鎂離子、銨離子、元素碳、有機(jī)碳、K元素、Ca元素、Ti元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Fe元素、Co元素、Ni元素、Cu元素、Zn元素、Ga元素、Ge元素、As元素、Se元素、Br元素、Rb元素、Sr元素、Y元素、Mo元素、Ag元素、Cd元素、In元素、Sn元素、Sb元素、Ba元素、Pt元素、Au元素、Hg元素、Tl元素、Pb元素和Bi元素。9.一種使用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的在線源解析系統(tǒng)的大氣細(xì)顆粒物在線源解析方法，其特征在于，所述在線源解析方法包括以下步驟: Stepl:中心處理模塊發(fā)出第一調(diào)試指令，工業(yè)控制模塊接收所述指令并控制整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，工業(yè)控制模塊控制電磁閥打開，惰性氣體沖洗整個(gè)管路； Step2:中心處理模塊發(fā)出第二調(diào)試指令，工業(yè)控制模塊接收所述指令并控制第一和第二采樣分析單元進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，測(cè)定整個(gè)大氣細(xì)顆粒物在線源解析系統(tǒng)背景濃度； Step3:中心處理模塊發(fā)出特征污染源采樣稀釋指令，工業(yè)控制模塊接收所述指令并對(duì)特征污染源進(jìn)行采樣和稀釋;第一和第二采樣分析單元進(jìn)入工作狀態(tài)，測(cè)定研究地區(qū)特征污染源中多種污染物濃度，得到第一數(shù)據(jù)，并將所述第一數(shù)據(jù)通過工業(yè)控制模塊傳輸至中心處理模塊，中心處理模塊根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)得到特征污染源的成分譜，建立本地特征成分譜庫，為源解析工作提供驗(yàn)證依據(jù)； Step4:調(diào)整惰性氣體和單一或者混合污染源樣品的比例和進(jìn)氣總流量，保證惰性氣體和污染源樣品的總流量大于系統(tǒng)觀測(cè)需求流量； Step5:中心處理模塊同時(shí)設(shè)置和監(jiān)控每一路氣體的進(jìn)樣量； Step6:以一定時(shí)間分辨率或不同溫度下采集分析并測(cè)定污染源排放的大氣污染物濃度； Step7:中心處理模塊發(fā)出大氣細(xì)顆粒物源解析指令;第一和第二采樣分析單元進(jìn)入源解析工作狀態(tài)，測(cè)定研究地區(qū)大氣中細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度、化學(xué)組分和氣態(tài)污染物濃度，得到第二數(shù)據(jù)，將所述第一和第二數(shù)據(jù)進(jìn)行比照并進(jìn)行判斷和分析，提供源解析結(jié)果； StepS:中心控制計(jì)算機(jī)同時(shí)設(shè)置和監(jiān)控每一路氣體的進(jìn)樣量； Step9:以設(shè)定時(shí)間分辨率采集分析并測(cè)定大氣污染物濃度； SteplO:重復(fù)步驟Step7、Step8和Step9，獲取采樣分析時(shí)段大氣污染物的變化特征和通過正交矩陣因子分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出大氣顆粒物的源解析結(jié)果。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在線源解析方法，其特征在于，所述時(shí)間分辨率為小時(shí)或天。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK106092834SQ201610399084
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】吉東生, 孫揚(yáng), 王躍思, 白云鉑
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院大氣物理研究所