一种基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法及系统与流程

本发明属于环境保护技术领域，更具体地，涉及一种基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法及系统。

背景技术：

目前对于空气质量的评价标准，基本上是基于标准为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，保护和改善生活环境、生态环境，保障人体健康制定的标准。标准规定了环境空气功能区分类、标准分级、污染物项目、平均时间及浓度限值、监测方法、数据统计的有效性规定及实施与监督等内容。

标准内容包括：飘尘中苯并[a]芘的含量、一氧化碳的含量、铅含量、总悬浮颗粒物、氮氧化物含量、甲醛含量、二氧化硫含量、pm10和pm2.5的含量等等，然而这些对于单一标准的评价，并不能综合评价空气质量，也不能对于空气质量进行准确预测。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法及系统，其目的在于基于生活垃圾焚烧烟气中的污染成分，综合评价和预测目标区域的空气质量，由此解决现有的评价指标不能综合评价和预测空气质量的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，包括以下步骤：

(1)选取目标区域附近多个生活垃圾焚烧点，监测并分析其垃圾焚烧烟气中的污染物含量并计算污染贡献；

(2)根据实时风力矢量及生活垃圾焚烧点与目标区域的相对位置，计算每一生活垃圾焚烧点的影响力；

(3)将多个生活垃圾焚烧点的影响值输入目标区域空气质量预测模型，预测的空气质量分类结果；所述生活垃圾焚烧点的影响值为其污染贡献和影响力之积。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，其所述污染物包括的氮氧化物、二氧化硫、hcl和二噁英类同系物。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，其所述二噁英类同系物的分析方法，如下：

检测生活垃圾焚烧点单位烟气中的氯酚含量ρ1；

检测生活垃圾焚烧点的单位烟气中高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2，所述高氯态的pcdds包括7氯和8氯pcdds，所述高氯态的pcdfs，包括7氯和8氯pcdfs；

通过线性回归算法确定二噁英类同系物含量：

ρpcdd/fs＝θ1ρ1+θ2ρ2

其中，θ1为氯酚权重系数，θ2为高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs权重系数，对于每一个生活垃圾焚烧点通过线性回归实验确定，ρ1氯酚含量，ρ2为高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，其采用气象色谱电子捕获检测器检测氯酚含量ρ1和高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，其步骤(1)所述对于生活垃圾焚烧点a，其污染贡献qa按照如下方法计算：

qa＝αnoxρnox+αso2ρso+αhclρhcl+αpcdd/fsρpcdd/fs

其中，αnox为实验获取的氮氧化物权重系数，ρnox为监测分析得到的氮氧化物含量，αso2为实验获取的二氧化硫权重系数，ρso为监测分析得到的二氧化硫含量，αhcl为实验获取的hcl权重系数，ρhcl为监测分析得到的hcl含量，αpcdd/fs为实验获取的二噁英同系物权重系数，ρpcdd/fs为监测分析得到的二噁英同系物含量。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，其步骤(2)所述对于活垃圾焚烧点a，其影响力pa计算方法如下：

其中，βa为实验获取的校正系数，fa为实时风速在活垃圾焚烧点a和目标区域矢量上分解得到的有效风力，da为活垃圾焚烧点a和目标区域之间的距离。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，其步骤(3)具体为：采用支持向量机分类算法，以所述目标区域附近多个生活垃圾焚烧点回溯特定时间的影响值作为特征，判断是否需要空气污染程度是否需要报警。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测系统，包括：设置于目标区域附近的生活垃圾焚烧点的污染物监测装置、设置于目标区域的风力矢量获取装置，分散设置或集中设置的下位机、以及上位机；

所述污染物监测装置，与所述下位机信号相连，所述风力矢量获取装置与所述下位机信号相连，所述下位机与所述上位机信号相连。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测系统，其所述污染物监测装置，用于获取烟气中的氮氧化物、二氧化硫、hcl和二噁英类同系物的排放情况，并将氮氧化物含量ρnox、二氧化硫含量ρso2、hcl含量ρhcl、氯酚含量ρ1、高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2传递给下位机；其包括氮氧化物监测模块、二氧化硫监测模块、hcl监测模块、氯酚监测模块和高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs监测模块。

优选地，所述基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测系统，其所述风力矢量获取装置，包括风速测定模块和风向测定模块，分别用于获取目标区域的风力和风速，传递给所述下位机。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明通过对目标区域周边的生活垃圾焚烧点进行污染物综合监测，并预测此后可能带来的目标区域空气污染情况，从而对目标区域空气质量进行综合预测，根据预测结果警告目标区域采取空气质量管理措施，或者调整生活垃圾焚烧点工作状态，能够做到综合评价空气质量，进行空气质量较为准确预测的目的。

优选方案对各项污染物的监测手段进行了优化，从而在实现低成本较为准确的实时污染物监测数据获取。

附图说明

图1是本发明提供的基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法流程示意图；

图2是本发明提供的基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测系统的机构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)选取目标区域附近多个生活垃圾焚烧点，监测并分析其垃圾焚烧烟气中的污染物含量并计算污染贡献，所述污染物包括的氮氧化物、二氧化硫、hcl和二噁英类同系物；

所述氮氧化物的分析方法，如下：按照hj/t42标准，采用紫外分光光度法进行单位烟气中氮氧化物含量ρnox测定。

所述二氧化硫的分析方法，如下：按照hj/t57标准，采用定电位电解法进行单位烟气中二氧化硫含量ρso2测定。

所述hcl的分析方法，如下：按照hj/t27标准，采用硫氰酸汞分光光度法进行单位烟气中hcl含量ρhcl测定。

所述二噁英类同系物的分析方法，如下：

检测生活垃圾焚烧点单位烟气中的氯酚含量ρ1，优选采用气相色谱法(gc-ecd)分析氯酚含量；

检测生活垃圾焚烧点的单位烟气中高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2，所述高氯态的pcdds包括7氯和8氯pcdds，所述高氯态的pcdfs，包括7氯和8氯pcdfs；优选采用气相色谱法(gc-ecd)分析；

通过线性回归算法确定二噁英类同系物含量：

ρpcdd/fs＝θ1ρ1+θ2ρ2

其中，θ1为氯酚权重系数，θ2为高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs权重系数，对于每一个生活垃圾焚烧点通过线性回归实验确定，ρ1氯酚含量，ρ2为高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs。

正定矩阵因子分析显示：低氯态pcdds(1,2,3,7,8-p5cdd、1,2,3,4,7,8-h6cdd、1,2,3,6,7,8-h6cdd和1,2,3,7,8,9-h6cdd)的形成相关性较高，具有类似的形成途径；氯酚是低氯态pcdds的重要前体，其主要形成于低氯环境氛围中，因此氯酚的含量可以体现低氯态pcdds；高氯态的pcdds(7氯和8氯pcdds)和pcdfs(7氯和8氯pcdfs)的形成分别具有一定其特定的相关性，因此在粗略估计时，可采用高氯态的pcdds或高氯态的pcdfs来估计高氯态的二噁英同系物含量。总的二噁英同系物含量可由低氯态pcdds和高氯态的pcdds/pcdfs为标记物，通过线性回归算法估算。这样的检测方法能以较小的检测种类在较短的时间内获取，才能满足对整体分析和实时预测的数据要求。优选二者皆采用气象色谱电子捕获检测器检测gc-ecd，能在短时间内获得全面的数据，满足预测实时性的要求。

对于生活垃圾焚烧点a，其污染贡献qa按照如下方法计算：

qa＝αnoxρnox+αsoρso2+αnclρhcl+αpcdd/fsρpcdd/fs

其中，αnox为实验获取的氮氧化物权重系数，ρnox为监测分析得到的氮氧化物含量，αso2为实验获取的二氧化硫权重系数，ρso2为监测分析得到的二氧化硫含量，αhcl为实验获取的hcl权重系数，ρhcl为监测分析得到的hcl含量，αpcdd/fs为实验获取的二噁英同系物权重系数，ρpcdd/fs为监测分析得到的二噁英同系物含量。所述权重系数，根据对环境影响关注点不同而相应设置，例如当环境要求对so2敏感时，增加二氧化硫权重系数αso。

(2)根据实时风力矢量及生活垃圾焚烧点与目标区域的相对位置，计算每一生活垃圾焚烧点的影响力；

对于活垃圾焚烧点a，其影响力pa计算方法如下：

其中，βa为实验获取的校正系数，fa为实时风速在活垃圾焚烧点a和目标区域矢量上分解得到的有效风力，da为活垃圾焚烧点a和目标区域之间的距离。

(3)将多个生活垃圾焚烧点的影响值输入目标区域空气质量预测模型，预测的空气质量分类结果。所述生活垃圾焚烧点的影响值为其污染贡献和影响力之积。

采用支持向量机分类算法，以所述目标区域附近多个生活垃圾焚烧点的影响值作为特征，判断是否需要空气污染程度是否需要报警。

本发明提供的基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测系统，如图2所示，包括：设置于目标区域附近的生活垃圾焚烧点的污染物监测装置、设置于目标区域的风力矢量获取装置，分散设置或集中设置的下位机、以及上位机；

所述污染物监测装置，与所述下位机信号相连，所述风力矢量获取装置与所述下位机信号相连，所述下位机与所述上位机信号相连。

所述污染物监测装置，用于获取烟气中的氮氧化物、二氧化硫、hcl和二噁英类同系物的排放情况，并将氮氧化物含量ρnox、二氧化硫含量ρso2、hcl含量ρhcl、氯酚含量ρ1、高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2传递给下位机；其包括氮氧化物监测模块、二氧化硫监测模块、hcl监测模块、氯酚监测模块和高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs监测模块。

所述风力矢量获取装置，包括风速测定模块和风向测定模块，分别用于获取目标区域的风力和风速，传递给所述下位机。

所述下位机根据污染物监测装置提供的氮氧化物含量ρnox、二氧化硫含量ρso2、hcl含量ρhcl、氯酚含量ρ1、高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2、以及风力矢量获取装置提供的目标区域的风力和风速，计算活垃圾焚烧点的影响力。

所述上位机，用于根据所述目标区域附近多个生活垃圾焚烧点的影响值，判断是否需要空气污染程度是否需要报警。

以下为实施例：

实施例1

一种基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测方法，包括以下步骤：

(1)如图1所示，选取目标区域附近7个生活垃圾焚烧点，对于每一个生活垃圾焚烧点监测并分析其垃圾焚烧烟气中的氮氧化物、二氧化硫、hcl和二噁英类同系物的排放情况并计算污染贡献；

所述氮氧化物的分析方法，如下：按照hj/t42标准，采用紫外分光光度法进行单位烟气中氮氧化物含量测定。

所述二氧化硫的分析方法，如下：按照hj/t57标准，采用定电位电解法进行单位烟气中二氧化硫含量测定。

所述hcl的分析方法，如下：按照hj/t27标准，采用硫氰酸汞分光光度法进行单位烟气中hcl含量测定。

所述二噁英类同系物的分析方法，如下：

检测生活垃圾焚烧点单位烟气中的氯酚含量优选采用气相色谱法(gc-ecd)分析氯酚含量；

检测生活垃圾焚烧点的单位烟气中高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量所述高氯态的pcdds包括7氯和8氯pcdds，所述高氯态的pcdfs，包括7氯和8氯pcdfs；优选采用气相色谱法(gc-ecd)分析；

通过线性回归算法确定二噁英类同系物含量：

其中，θ1为氯酚权重系数为0.36，θ2为高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs权重系数为0.64，对于每一个生活垃圾焚烧点通过线性回归实验确定，ρ1氯酚含量，ρ2为高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs。

对于第i个生活垃圾焚烧点，其污染贡献qi按照如下方法计算：

其中，αnox为实验获取的氮氧化物权重系数，设置为1，为监测分析得到的氮氧化物含量，αso2为实验获取的二氧化硫权重系数，设置为1，为监测分析得到的二氧化硫含量，αhcl为实验获取的hcl权重系数，设置为1，为监测分析得到的hcl含量，αpcdd/fs为实验获取的二噁英同系物权重系数，设置为1.3，为监测分析得到的二噁英同系物含量。

(2)根据实时风力矢量及生活垃圾焚烧点与目标区域的相对位置，计算每一生活垃圾焚烧点的影响力；

对于第i个活垃圾焚烧点，其影响力pi,i＝1,2,3,…,7计算方法如下：

其中，βi为实验获取的校正系数，本实施例皆为1，fi为实时风速在活垃圾焚烧点a和目标区域矢量上分解得到的有效风力，di为第i活垃圾焚烧点和目标区域之间的距离。

(3)将多个生活垃圾焚烧点的影响值输入目标区域空气质量预测模型，预测的空气质量分类结果。所述生活垃圾焚烧点的影响值为其污染贡献和影响力之积。

采用支持向量机分类算法，以所述目标区域附近多个生活垃圾焚烧点的影响值作为特征，判断是否需要空气污染程度是否需要报警。

学习样本获取如下：监测一段时间内目标区域的空气质量，以当前时刻回溯一段时间例如12至24小时的生活垃圾焚烧点的影响值作为特征量，当目标区域的空气质量合格时，作为负样本，否则作为正样本。直至正负样本数量分别达到1000。

实施例2

本发明提供的基于生活垃圾焚烧烟气的空气质量预测系统，包括：设置于目标区域附近的生活垃圾焚烧点的污染物监测装置、设置于目标区域的风力矢量获取装置，分散设置或集中设置的下位机、以及上位机；

所述污染物监测装置，与所述下位机信号相连，所述风力矢量获取装置与所述下位机信号相连，所述下位机与所述上位机信号相连。

所述污染物监测装置，用于获取烟气中的氮氧化物、二氧化硫、hcl和二噁英类同系物的排放情况，并将氮氧化物含量ρnox、二氧化硫含量ρso2、hcl含量ρhcl、氯酚含量ρ1、高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2传递给下位机；其包括氮氧化物监测模块、二氧化硫监测模块、hcl监测模块、氯酚监测模块和高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs监测模块。获取方法及装置参见实施例1。

所述风力矢量获取装置，包括风速测定模块和风向测定模块，分别用于获取目标区域的风力和风速，传递给所述下位机。

所述下位机根据污染物监测装置提供的氮氧化物含量ρnox、二氧化硫含量ρso2、hcl含量ρhcl、氯酚含量ρ1、高氯态的pcdds和/或高氯态的pcdfs含量ρ2、以及风力矢量获取装置提供的目标区域的风力和风速，计算活垃圾焚烧点的影响力。计算方法见实施例1。

所述上位机，用于根据所述目标区域附近多个生活垃圾焚烧点的影响值，判断是否需要空气污染程度是否需要报警。所述上位机应用支持向量机内核算法。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。