一种反应性有机物综合来源解析方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术提供一种反应性有机物(ROGs)综合来源解析方法、设备及存储介质，所述方法包括以下步骤：反应性有机物数据集获取、反应性有机物的一次排放和二次生成的解析分配、二次生成部分的一次排放来源解析和ROGs综合来源解析。本发明专利技术解决了现有的正交矩阵因子分解(PMF)等受体源解析方法无法基于ROGs环境观测浓度，解析识别大气中化学转化生成ROGs的一次排放来源解析难题。本发明专利技术的方法在PMF模型结果基础上，通过开发二次ROGs因子与一次排放源的参数化算法，实现对二次ROGs因子一次排放来源及其贡献率的识别和量化，从而得到环境大气ROGs的综合排放来源及贡献，为精准化管控提供更准确的支撑。本发明专利技术还提供实现上述解析方法的设备和存储介质。的设备和存储介质。的设备和存储介质。

【技术实现步骤摘要】
一种反应性有机物综合来源解析方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及环境污染物来源解析领域，具体涉及一种反应性有机物来源解析方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]我国面临严峻的臭氧和细颗粒物复合污染问题，反应性有机物(ROGs)作为关键前体物已被纳为城市空气质量考核新指标。ROGs来源非常复杂，包括一次排放和二次生成，一次来源有植物排放源、机动车尾气、石油化工、溶剂使用等天然或人为排放源；二次生成即一次源排放ROGs经大气氧化反应生成，如醛酮等含氧ROGs(OROGs)，二次生成贡献了很大比例。识别ROGs的来源以及相对贡献，是ROGs精准管控和治理的关键。
[0003]正交因子矩阵分解(PMF)模型由于无需输入污染物详细源成分谱就能识别各类排放源被广泛应用于ROGs溯源，依靠数学指标Q/Qexp、示踪组分、日变化等判断依据，达到识别不同一次来源的目的。但是，一次排放来源对二次生成的相对贡献，目前还缺乏简便有效的方法进行拆解量化。因此急需研究、开发相关技术和方法，从而实现环境大气中ROGs的二次生成部分的一次排放溯源，为我国ROGs污染的精准治理提供技术方法支撑。

技术实现思路

[0004]本专利提供一种反应性有机物综合来源解析方法，可利用在线测量技术，对空气中的反应性有机物进行实时测定，获得高时间分辨率(1小时以内)的、准确的ROGs监测数据，进一步基于受体模型和各种来源的示踪物，运用开发的二次ROGs因子与一次排放源的参数化算法，输入约束参数，进行拟合运算和不确定性评估，快速拆分大气中ROGs的一次排放源和二次生成部分，并量化各一次排放源对二次生成部分的贡献率，从而获得真实的一次排放源相对贡献，对精准防控有重要的实际意义。
[0005]本专利提供一种反应性有机物综合来源解析方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]S1反应性有机物数据集获取：利用在线测量技术，对空气中的反应性有机物进行同步连续观测，获得反应性有机物在线数据；
[0007]S2反应性有机物的一次和二次生成的解析分配：输入数据文件并运行受体模型，获得受体模型输出结果；输出结果至少包括多个一次排放源谱和一个二次生成源谱及其对反应性有机物总浓度的相对贡献；
[0008]所述的一次排放源谱指机动车排放、工艺过程排放、溶剂使用等污染源直接排放的反应性有机物组成特征；所述的二次生成源谱指由一次排放源排放的物质经大气氧化反应后生成的反应性有机物组成特征。
[0009]S3二次生成部分的一次排放来源解析：基于受体模型输出结果，通过开发二次ROGs因子与一次排放源的参数化算法，精细化解析各种一次排放源对二次ROGs因子的贡献率，具体包括：输入非甲烷碳氢化合物(NMHCs)源谱数据和源谱物种对应的OH反应速率常数；设置参数条件，将每个一次排放源谱的反应时间作为未知量，经模型运算后获取；根据
反应性有机物源谱数据、源谱物种对应的OH反应速率常数和反应时间，计算一次排放源对二次 ROGs因子的相对贡献及背景对二次ROGs因子的相对贡献；所述二次ROGs因子指二次生成源谱中各个反应性有机物的丰度特征。
[0010]所述的NMHCs源谱数据指在S2输出的一次和二次源谱中，包含了所有测量的反应性有机物组分，仅选择非甲烷碳氢化合物，重新进行归一化得到的源谱。
[0011]反应时间指反应性有机物从排放源排放到传输至观测点位被检测到的时间，这段时间反应性有机物会在大气中经历大气化学反应，所以称为反应时间。
[0012]S4综合来源解析：综合S2中受体模型源解析结果和S3中二次ROGs因子的一次排放来源解析结果，获取更准确的一次排放源对反应性有机物的相对贡献，更加精准的识别和明确反应性有机物的关键源类及潜在贡献。
[0013]优选的，所述的反应性有机物在线数据通过在线测量技术实现，所述的在线测量技术包括气相色谱质谱仪(GC
‑
MS/FID)、质子转移反应飞行时间质谱(PTR
‑
TOF)中的一种或多种，时间分辨率为1小时以内。时间分辨率精度高有利于来源的解析和识别，优选的，时间分辨率为1小时以内。
[0014]其中，受体模型是指正交矩阵因子分解受体模型(PMF)。
[0015]进一步的，所述的受体模型的数据文件包含以下的源示踪组分：二次组分、一次人为源示踪组分和天然源示踪组分。所述的二次组分是指经大气氧化反应生成的组分，一次人为源示踪组分是指由某一特定人为源排放的特有的有机物组分，能指征该人为源的排放特征，天然源示踪组分是指由天然源排放的特有的有机物组分，能够指征天然源排放特征。
[0016]其中，为了提高反应性有机物综合来源解析的准确性，所述的二次组分包含甲醛、丙酮、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、甲酸、甲酚、苯甲酸中的四种以上，所述的一次人为源示踪组分包含丙烷、丁烷、戊烷、乙腈、乙炔、乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘中的七种以上，所述的天然源示踪组分包含异戊二烯、萜烯、甲基丙烯醛(MACR)、甲基乙烯基酮 (MVK)中的两种以上。
[0017]各组分中的化合物种类越多，则反应性有机物综合来源解析更准确。优选的，所述的二次组分包含甲醛、丙酮、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、甲酸、甲酚、苯甲酸，所述的一次人为源示踪组分包含丙烷、丁烷、戊烷、乙腈、乙炔、乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘，所述的天然源示踪组分包含异戊二烯、萜烯、甲基丙烯醛(MACR)、甲基乙烯基酮(MVK)。
[0018]所述的受体模型为能有效解析出多个一次排放源因子(P1，P2，...，P
n
)和二次生成因子P0的正交矩阵因子分解(PMF)或多线性引擎(ME2)中的一种。
[0019]所述运行二次ROGs因子与一次排放源的参数化算法时输入的NMHCs源谱数据的处理过程为：提取受体模型输出的每个因子谱中的NMHCs并进行归一化处理，获取处理后的一次排放源因子(P
*1
，P
*2
，...，P
*n
)和二次来源因子P
*0
。
[0020]所述运行二次ROGs因子与一次排放源的参数化算法时的设置参数条件，包括将每个一次排放源因子的反应时间(t1，t2，...，t
n
)作为未知量，经模型运算后获取，且模型运算包括以下公式的拟合：
[0021][0022]其中，RP
*i
(i＝1，2，...，n)为源谱P
*i
反应t
i
(i＝1，2，...，n)秒后的谱；F
i
(i＝1，2，...，n)为受体模型输出结果中各个因子的相对贡献；K
OH
为源谱中物种对应的OH反应速率常数，与P
*1
，P
*2
，...，P
*n
， P
*0
为元素个数相同的一维数据；C
OH
为观测时段O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应性有机物综合来源解析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1反应性有机物数据集获取：利用在线测量技术，对空气中的反应性有机物进行同步连续观测，获得反应性有机物在线数据；S2反应性有机物的一次排放和二次生成的解析分配：输入数据文件并运行受体模型，获得受体模型输出结果；输出结果至少包括多个一次排放源因子和一个二次生成因子，及其相对贡献；S3二次生成部分的一次排放来源解析：基于受体模型输出结果，通过开发二次ROGs因子与一次排放源的参数化算法，精细化解析各种一次排放源对二次ROGs因子的贡献率，具体包括：输入非甲烷碳氢化合物(NMHCs)源谱数据和源谱物种对应的OH反应速率常数；设置参数条件，将每个一次排放源因子的反应时间作为未知量，经模型运算后获取；根据反应性有机物源谱数据、源谱物种对应的OH反应速率常数和反应时间，计算一次排放源对二次ROGs因子的相对贡献及背景对二次ROGs因子的相对贡献；S4综合来源解析：综合S2中受体模型源解析结果和S3中二次生成部分的一次来源解析结果，获取更准确的一次排放源对反应性有机物的相对贡献，更加精准的识别和明确反应性有机物的关键源类及潜在贡献。2.根据权利要求1所述的反应性有机物综合来源解析方法，其特征在于，所述的在线测量技术包括气相色谱质谱仪(GC
‑
MS/FID)、质子转移反应飞行时间质谱(PTR
‑
TOF)中的一种或多种，时间分辨率为1小时以内。3.根据权利要求1所述的反应性有机物综合来源解析方法，其特征在于，所述的受体模型的数据文件包含以下的源示踪组分：二次组分、一次人为源示踪组分和天然源示踪组分，其中，所述的二次组分包含甲醛、丙酮、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、甲酸、甲酚、苯甲酸中的四种以上，所述的一次人为源示踪组分包含丙烷、丁烷、戊烷、乙腈、乙炔、乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘中的七种以上，所述的天然源示踪组分包含异戊二烯、萜烯、甲基丙烯醛(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红丽，高雅琴，黄成，景盛翱，王倩，朱书慧，楼晟荣，李英杰，
申请(专利权)人：上海市环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：