恶臭污染评定特征及分析方法简述

2015-12-15张园

资源节约与环保 2015年1期

关键词：臭气电子鼻嗅觉

张园

（天津市环境监测中心天津 300191）

恶臭污染评定特征及分析方法简述

张园

（天津市环境监测中心天津 300191）

结合恶臭污染物质的特点，分析比较了目前国内外常用的几种恶臭污染评定特征以及测定恶臭物质的不同方法。选择适当的评定特征以及分析方法，是保障恶臭监测工作准确性的首要条件，也为恶臭污染的治理工作提供数据支持。

恶臭监测；评定特征；三点比较式臭袋法；动态测试法

恶臭是某种物质通过空气介质作用于人的嗅觉，通过感知思维分析判断的各种异味的总称。由于恶臭对人类的呼吸系统、神经系统和消化系统的严重危害，已经成为继大气、水质、土壤、噪声、振动以及地面下沉之后的第七大公害。随着我国工业化进程的大幅加快，以及人们对周围环境保护意识的提高，使得恶臭污染投诉事件逐年递增，已经成为仅次于噪声投诉的第二大环境投诉内容。

由于恶臭本身是以人的嗅觉感知作为判断标准，且具有非单一性，受恶臭物质本身的性质以及外界环境条件影响较大等特点，而且多数恶臭物质的嗅阈值较低，这就使得如何选择恶臭污染评定特征以及分析测试方法的选用成为保障恶臭监测工作准确性的首要条件。

1 恶臭污染特征

作为大气污染的一种形式，恶臭具有大气污染物的一些特点，如以空气作为传播介质，通过呼吸系统对人体产生影响等。同大气污染特点不同的是恶臭是人通过某些判断或者描述性的词汇来表达，而不能用数字或其它的方式来表示成某种量化值。恶臭污染特征主要表现在以下方面：

1.1 成分复杂性

生成恶臭的物质来源往往很多，并不是由单一物质产生，而是以多种混合物的形式存在，这就使得恶臭污染物的分析工作存在一定难度，即使用色谱色质联用技术对其各个成分进行定性和定量，也不能完全代表人类嗅觉对该种恶臭物质的感受情况。

1.2 多种成分相互作用

由于恶臭污染物的非单一性，也就导致其各个组分之间存在相互作用的可能性。例如，某种物质在单独存在时，可能产生的臭气较弱或不易被人感知，但是和另一种或多种物质混合后会产生较强的臭气；反之，某种臭气很强的物质，和其它一种或几种物质混合后，会使臭气浓度大大降低。这两种情况也称为物质的叠加和消减作用。

1.3 恶臭物质浓度的影响

恶臭物质的浓度受人的主观感受程度影响，并不是恶臭物质浓度越高，人的感觉越强烈，二者并不存在线性关系。有些恶臭物质（如吲哚）在高浓度时有令人反感的气味，而在合适的低浓度时却产生某种令人愉悦的香味。因此，对恶臭污染物质进行评价时，不能只参考物质种类，要将物质种类与其浓度结合起来，共同作为评价恶臭污染物质的依据

1.4 环境条件的影响

恶臭污染具有很强的时间性和空间性，而且与气象条件密切相关，主要受风力因素影响，因此，恶臭采集工作进行前，需要对周围气象、建筑等环境条件作整体分析，以确定正对的监测点位。

2 恶臭污染评定特征

2.1 嗅觉阈值

嗅觉阈值包括可以嗅觉气味存在的感觉阈值和能够定出气味特性的识别阈值，在日常监测工作中，通常使用的是感觉阈值。嗅觉阈值的标准为在特定的化学浓度下，50%的人能够察觉气味，另外50%不能察觉气味。它可以从化学分析结果（化学浓度）和嗅觉仪测定结果（臭气浓度）计算出来。

2.2 臭气强度

臭气强度是人们对臭气嗅觉感受程度的一种描述，一般分为几个级别。用恶臭强度评价恶臭污染程度，是一种简便的感官测量方式，特别适用于突发性恶臭环境污染事故的应急监测。世界各国对恶臭强度的分级数量也有不同，例如美国采用8级分类，欧洲等国家采用7级分类，而日本和我国采用6级分级制，见表1。

表1 我国恶臭强度分类法[2]

2.3 臭气味质

臭气味质是一种气体的描述特征，可以将一种恶臭与其它恶臭的不同区别出来，这种描述并不具有直观性和统一性。例如硫化氢在20μg/L以上时能感觉到臭鸡蛋气味；氨气可以通过与其它的一些已知气体比较或者使用一些描述性词语而区别出来。

2.4 臭香值

臭香值也称愉快或不愉快度，是人们对一种气味感觉到愉快或不愉快的程度[1]。臭香值具有很大的主观性，由嗅辨员根据其经验和对恶臭的记忆作为参考尺度来确定。

3 恶臭物质测定方法

3.1 仪器测定法

恶臭的仪器分析法是利用科学仪器检测恶臭的组成成分和浓度等因素的分析方法[2]。由于恶臭物质的非单一性，因此必须借助各种化学分析仪器，目前常用的有：紫外-可见分光或光度计、气相或高效液相色谱仪以及气相色谱-质谱联用仪等。在我国目前已经颁布的国家或行业标准中，需要相关仪器分析测定的有8种恶臭受控物质，见表2。使用仪器分析恶臭，分析费用较高，分析周期较长，其分析结果无法与相关的环境管理标准直接挂钩[3]。

表2 八种恶臭物质标准仪器分析法[2]

3.2 感官测定法

感官测定法也可以成为嗅觉测试法，因为恶臭物质的最基本属性就是具有“气味”，这种“气味”通过刺激人的嗅觉，使人体感到不适，产生不愉快的情绪，甚至出现恶心、呕吐和呼吸障碍等情况，严重影响人类的正常生活。嗅觉测试法由于其具有不受恶臭污染物多组分特征和浓度影响，且能够较为准确的反映出人类对于该种恶臭污染物感受的优点，长期以来作为大部分国家和地区监测恶臭物质的首要方法。

嗅觉测试法根据对臭气稀释方法的不同，分为静态测试法（三点比较式臭袋法）和动态测试法。二者不同在于前者采用人工进行臭气样品稀释，而后者采用的是嗅觉仪的气体自动稀释系统进行连续稀释。

3.2.1 静态测试法（三点比较式臭袋法）

《空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法》（GB/T 14675-93）是我国目前唯一的恶臭嗅觉测定标准，在日常的恶臭监测工作中应用较为广泛，它是在日本的六级臭气强度基础上结合我国情况改进而来的，方法中规定“该标准适用于通过不同形式排放的各类恶臭气体样品和环境空气样品臭气浓度的测定”。

三点比较式臭袋法测定恶臭气体浓度的原理是先将三只无臭袋中的二只充入无臭空气，另一只则按一定稀释比例充入无臭空气和被测恶臭气体样品供嗅辨员嗅辨，当嗅辨员正确识别有臭气袋后，再逐级进行稀释、嗅辨，直至稀释样品的臭气浓度低于嗅辨员的嗅觉阈值时停止实验。

3.2.2 动态测试法

随着动态嗅觉仪的研发与不断改进，它测定恶臭污染物的灵敏度、准确度和精密度也不断提高，这就大大促进了对于恶臭污染物动态测试法的发展，使得越来越多的国家和地区采用此方法作为恶臭监测的标准方法之一。在日本，经过三十年的实际使用，专业人员已经意识到现代的动态嗅觉仪可以进一步改善测试结果，其结果标准方差甚至优于三点比较式臭袋法的结果标准方差。

嗅觉计是利用人的鼻子测定臭气浓度的气体动态稀释仪器，自1886年发明了首台动态嗅觉测定仪，至今已有百余年的历史。目前，最成熟的动态嗅觉标准为《空气质量—动态嗅觉计测定臭气浓度》（EN13725：2003），是欧洲研究人员经10年研究于2003年4月制定颁布，该标准规定动态嗅觉计为恶臭样品测定仪器。澳大利亚、新西兰、美国、德国等国执行的标准，与欧洲标准基本一致。

动态嗅觉测量仪具备进行自动校准功能，以保证气体稀释可实现精确性、可重复性，具备自动清洗系统，可在分析过程中消除交叉污染。稀释倍数在2-128000倍之间，测试过程与三点比较式臭袋法基本相同：

臭气样品被采集在采样袋中，并被密封在压力容器中。样品混合了无气味的空气。稀释比通过一系列通过数字式精确运动的针管来调节，已稀释的臭气被释放到嗅辨杯中，由6名嗅辨员对杯子中的气体进行嗅辨实验，鉴别哪只杯子中有味，并将其判定结果记录下来。然后经过数理统计的方法，计算气体的臭气浓度。

3.2.3 ICH等级评估方法

该方法起源于澳大利亚，目前正在逐步开发应用中，主要用途为追溯排放源。ICH其中的I为气味强度（Intensity）、C为气味特征（Character）、H为气味厌恶度(Hedonic tone)，气味强度指标沿用德国标准体系，采用7级分类法，气味厌恶度采用9级分类，气味特征分为8大类，每大类下又分为7-8种小类，总计60小类，具体指标情况见表3。

表3 ICH法气味强度、气味特性、气味厌恶度等级法

实验具体过程包括强度实验、厌恶度实验以及气味特征实验三部分。首先进行强度实验，实验室内部选择6名嗅辨员对未经稀释的气体样品直接进行嗅觉实验，得出等级数值，取其算术平均值作为监测结果。然后进行厌恶度实验，6名嗅辨员对未经稀释的气体样品直接进行嗅觉实验，得出等级数值，取其算术平均值作为监测结果。最后进行气味特征实验，6名嗅辨员对未经稀释的源样品气进行嗅觉实验，记录其气味特征，然后进行特征相似性判别实验，每组样品2个，一个为稀释样品，一个为纯净空气，筛选哪个与源样品气味特征相似，并作记录，同样的实验重复3次，共得出18个监测结果，进行统计。

统计结果中，11个以上结果为样品不相似，可终止实验，得出样品不相似的结果；如11个以上结果为判断不清，继续实验，重复实验5次，共得出18个监测结果，进行统计，18个以上结果为样品不相似，可得出样品不相似的结果。该方法通过环境样品与源样品相似性分析，实现排查恶臭污染源的目的。

3.2.4 电子鼻技术

电子鼻是由多个不同选择性的气敏传感器和适当的模式识别方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。1961年，Moncrieff制成机械式的气味检测装置，这是首台实际意义上的电子鼻，至今国内外对电子鼻的研究正在逐步深入。

电子鼻基本结构包括下面3个部分：气体传感器阵列、信号预处理单元、模式识别单元。电子鼻典型的工作方式为：利用内置真空泵采集气体样品，与气体传感器阵列接触，使气体物质与传感器活性表面材料发生瞬间反应，响应信号被记录并传送至信号预处理单元，进行分析，结合模式识别单元储存的大量物质特性信息和专业的识别技术，进行比较鉴别，以确定气味物质类型或气味类型。

目前，国内外在酒类、饮料、乳制品、水果、肉类、粮食、茶叶、卷烟等方面都有应用电子鼻技术的成功范例，代表性电子鼻产品有法国Alpha-MOS的FOX、美国Cyranosciences公司的Cyranose等。电子鼻技术的局限性在于传感器具有选择性和限制性、监测环境的温度、湿度对结果影响比较大。