氣味指數(shù)計在惡臭監(jiān)測中的應(yīng)用研究

張園，李靜

(天津市環(huán)境監(jiān)測中心，天津 300191)

摘要：對氣味指數(shù)計在惡臭監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過與三點比較式臭袋法(GB/T 14675-93)進(jìn)行實驗分析比對，對穩(wěn)定模擬環(huán)境條件下和復(fù)雜實際環(huán)境條件下的測定結(jié)果分別比較，結(jié)果表明在不同環(huán)境條件下，氣味指數(shù)計具有不同的準(zhǔn)確性和適用性；除此，還對氣味指數(shù)計的連續(xù)監(jiān)測功能進(jìn)行了實驗研究，結(jié)果表明該功能對掌握惡臭氣體的排放規(guī)律具有很大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：惡臭監(jiān)測； 氣味指數(shù)計； 三點比較式臭袋法

收稿日期：2014-06-26

作者簡介：張園(1981-)，男，工程師，本科，天津市環(huán)境監(jiān)測中心，主要從事現(xiàn)場環(huán)境與應(yīng)急監(jiān)測工作。

中圖分類號：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

惡臭是指一切刺激嗅覺感官引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體物質(zhì)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對自身生活質(zhì)量的要求逐步提高，惡臭污染投訴事件不斷增多，天津市環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)據(jù)顯示，在整個環(huán)境投訴中，惡臭投訴有逐漸超越噪聲的趨勢，成為影響人們生活環(huán)境的首要問題。

《空氣質(zhì)量 惡臭的測定 三點比較式臭袋法》(GB/T 14675-93)是目前我國最常用的臭氣濃度標(biāo)準(zhǔn)分析方法，具有應(yīng)用范圍廣泛，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點。但該方法的實驗效率較低：實驗需6個監(jiān)測人員參與，平均20～30min左右分析1個樣品，且涉及大量耗材。氣味指數(shù)計作為一種便攜式的臭味檢測設(shè)備，與傳統(tǒng)的三點比較式臭袋法相比，具有快捷且操作簡便的優(yōu)勢，可以更為客觀地確定周圍臭味的閾值。本文通過氣味指數(shù)計的應(yīng)用研究，為氣味指數(shù)計在不同環(huán)境條件下測定惡臭氣體的準(zhǔn)確性和適用性以及連續(xù)監(jiān)測功能的實用性提供數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗依據(jù)。

1實驗原理

1.1三點比較式臭袋法的測試原理

三點比較式臭袋法測定惡臭氣體濃度的原理是先將三只無臭袋中的二只充入無臭空氣，另一只則按一定稀釋比例充入無臭空氣和被測惡臭氣體樣品供嗅辨員嗅辨，當(dāng)嗅辨員正確識別有臭氣袋后，再逐級進(jìn)行稀釋、嗅辨，直至稀釋樣品的臭氣濃度低于嗅辨員的嗅覺閾值時停止實驗[1]。

三點比較式臭袋法的結(jié)果是以臭氣濃度作為量化指標(biāo)，即用無臭的清潔空氣對臭氣樣品連續(xù)稀釋至嗅辨員閾值時的稀釋倍數(shù)。舉例說明：如我們要對樣品稀釋100倍，首先在嗅辨袋內(nèi)充入定容的3000ml清潔空氣，再向袋內(nèi)注入樣品氣30ml，計算方法為：

100倍稀釋倍數(shù)=3000ml清潔空氣/30ml樣品氣

1.2氣味指數(shù)計的測試原理

氣味指數(shù)計適用于低濃度污染源與環(huán)境監(jiān)測，其核心是應(yīng)用了氣味感應(yīng)材料：金屬氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體型氣味傳感器，通過進(jìn)行數(shù)百攝氏度的加熱，半導(dǎo)體的電阻值會隨著其表面氣味分子的吸附和表面反應(yīng)，發(fā)生敏感的變化。因此，能夠?qū)ξ⒘康臍馕哆M(jìn)行高靈敏度的檢測。

氣味傳感器的響應(yīng)形式是電阻值發(fā)生變化，當(dāng)傳感器與氣體接觸時，它們之間的相互作用改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，使兩電極之間的電阻發(fā)生變化，這種電阻變化可以測量。這個測定值可能是單一成分或多種成分的總量值，氣味傳感器的靈敏特性可以通過測定值，也就是指示值，以及臭氣物質(zhì)的濃度X(限定的濃度域)進(jìn)行如下計算：

△V=K×10gx+a (式中K、a均為常量)

氣味指數(shù)計對傳感器測量的數(shù)據(jù)按照不同種類的臭氣指數(shù)換算表進(jìn)行換算，轉(zhuǎn)換成臭氣指數(shù)(INDEX)顯示。該臭氣指數(shù)的定義為“利用無味的空氣稀釋到感覺不到臭味時稀釋倍數(shù)乘10的數(shù)值”，對比三點比較式臭袋法臭氣濃度定義、樣品稀釋倍數(shù)的計算方法、臭氣濃度結(jié)果的表征，可知臭氣指數(shù)在數(shù)值上完全等于臭氣濃度，兩種方法監(jiān)測結(jié)果在應(yīng)用上具有等效性和可比性。

2實驗方法

2.1實驗材料和儀器

惡臭真空瓶，10L；真空泵，可抽負(fù)壓至1.0×105Pa；XP-329Ⅲ 型氣味指數(shù)計；溫濕度計；風(fēng)向風(fēng)速儀；氣壓表。

2.2氣味指數(shù)計與三點比較式臭袋法的對比實驗

2.2.1穩(wěn)定模擬環(huán)境條件下實驗

實驗選取硫化氫標(biāo)準(zhǔn)氣體為模擬惡臭源進(jìn)行研究，選取一密閉空間為實驗場所，通過計算硫化氫注入量及密閉空間體積，人工模擬出硫化氫濃度分別為低濃度0.06 mg/L、中濃度0.09 mg/L及高濃度0.12 mg/L的穩(wěn)定環(huán)境。在此穩(wěn)定環(huán)境下，可以基本消除空氣流動對測試結(jié)果的影響。分別使用三點比較式臭袋法和氣味指數(shù)計進(jìn)行測試。實驗分兩個周期進(jìn)行，以觀察不同環(huán)境條件下的測試結(jié)果，以三點式臭袋法的測定結(jié)果為理論真值計算其它兩種方法的相對誤差。測試結(jié)果見表1。

表1　兩種方法在不同環(huán)境條件下對不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體的測定結(jié)果(以臭氣濃度表示)

由以上結(jié)果可知，在無風(fēng)速影響的穩(wěn)定室內(nèi)環(huán)境下，氣味指數(shù)計與三點比較式臭袋法的測試結(jié)果相對誤差范圍為2.9%～6.9%，具有較為良好的準(zhǔn)確性，而且壓力、溫度、濕度等環(huán)境條件的改變對測試準(zhǔn)確性無明顯影響。

2.2.2復(fù)雜實際環(huán)境條件下實驗

選取工業(yè)污水處理廠、城鎮(zhèn)污水處理廠和城市垃圾填埋場等三種不同的實際環(huán)境作為實際樣氣的采集或測試地點，分別使用三點比較式臭袋法和氣味指數(shù)計進(jìn)行測定。氣味指數(shù)計的測定在三種不同狀態(tài)下使用：自然狀態(tài)，即在正常的自然環(huán)境條件下，在實際場地直接使用氣味指數(shù)計進(jìn)行測試；現(xiàn)場采集，指使用真空瓶采集空氣樣品，在采樣現(xiàn)場使用氣味指數(shù)計對瓶內(nèi)所采空氣進(jìn)行測試；實驗室指使用真空瓶采集空氣樣品并將其帶回實驗室，使用氣味指數(shù)計進(jìn)行測試。比較氣味指數(shù)計在以上不同狀態(tài)下與三點比較式臭袋法的測定結(jié)果的相對誤差。風(fēng)和湍流是影響惡臭污染物擴(kuò)散的主要動力因子[2]，在實際環(huán)境試驗中，以風(fēng)速作為主要環(huán)境影響條件，實驗測定結(jié)果見表2。

表2　兩種方法在不同實際環(huán)境對實際樣品氣體的測定結(jié)果(以臭氣濃度表示)

表2 結(jié)果表明，在自然狀態(tài)下使用氣味指數(shù)計與三點比較式臭袋法的測試結(jié)果相對誤差范圍在10.5%～69.7%，在采集后現(xiàn)場狀態(tài)下測定相對誤差范圍在6.7%～47.1%，采集后實驗室狀態(tài)下測定相對誤差范圍在4.6%~17.6%。數(shù)據(jù)規(guī)律性較強(qiáng)，在自然條件下誤差最大，現(xiàn)場采集次之，實驗室最小，自然條件下受風(fēng)速影響較大，呈現(xiàn)出相對誤差與風(fēng)速大小成正比的規(guī)律。

2.3氣味指數(shù)計的連續(xù)監(jiān)測功能實驗

以垃圾填埋場無組織排放氣體為實驗對象，使用氣味指數(shù)計進(jìn)行測試。實驗進(jìn)行一個周期的連續(xù)監(jiān)測，選取時段為上午10點到下午5點，基本覆蓋了垃圾填埋場正常作業(yè)時段，監(jiān)測頻率設(shè)為每1次/h。實驗結(jié)果見表3。

表3　氣味指數(shù)計在某垃圾填埋場的連續(xù)監(jiān)測結(jié)果(以臭氣濃度表示)

通過分析以上實驗結(jié)果，可以清楚看出該垃圾填埋場廠界從上午10點至下午5點所監(jiān)測到的臭氣濃度變化。對比其產(chǎn)生規(guī)律，上午垃圾基本處于清理、壓縮處理、轉(zhuǎn)運(yùn)階段，垃圾填埋場基本未進(jìn)行正常作業(yè)，監(jiān)測數(shù)據(jù)為填埋場本底數(shù)據(jù)；從中午開始，垃圾陸續(xù)運(yùn)送到填埋場，開始填埋作業(yè)，臭氣濃度有所升高，在下午2～5點處于作業(yè)高峰期，廠界臭氣濃度達(dá)到最大值。

3結(jié)果與分析

3.1氣味指數(shù)計與三點比較式臭袋法的監(jiān)測結(jié)果比較分析

由于氣味指數(shù)計是依靠自身的動力泵進(jìn)行樣品采集，而在自然狀態(tài)下，儀器動力泵的進(jìn)氣速率很難與空氣流動速率達(dá)到很好的平衡，尤其在風(fēng)速較大的情況下，儀器無法保證測試樣品的代表性，儀器內(nèi)部進(jìn)入的氣體物質(zhì)與傳感器活性表面材料發(fā)生反應(yīng)的時間和強(qiáng)度均會降低，造成實驗結(jié)果偏低。如果考慮到使用三點法時，樣品運(yùn)輸、配氣等過程中臭氣濃度的消減因素，指數(shù)計在自然狀態(tài)下的測試結(jié)果與測試瞬時的實際臭氣濃度的差距將會更大。

氣味指數(shù)計采集后現(xiàn)場測定的實驗結(jié)果大部分偏高，是由于與自然狀態(tài)下直接測定相比，一定程度上減少了風(fēng)速的影響，且避免了前面提到的三點法的臭氣消減因素的影響；在樣品采集后，由于涉及樣品運(yùn)輸、儲存、環(huán)境因素變化等原因，因此在現(xiàn)場采集后實驗室分析時臭氣濃度基本會比現(xiàn)場濃度偏低。

需要指出的是氣味指數(shù)計的測試原理是應(yīng)用適宜的傳感器分析臭氣濃度，傳感器本身會發(fā)生零點的漂移，造成實驗結(jié)果的不確定，因此氣味指數(shù)計必須經(jīng)過人工校準(zhǔn)方可使用。

3.2氣味指數(shù)計連續(xù)監(jiān)測功能的應(yīng)用在惡臭監(jiān)測中的意義

在解決惡臭投訴時，不論是應(yīng)用儀器分析還是嗅覺測定，都需要采集現(xiàn)場的臭氣，掌握惡臭發(fā)生的實際狀態(tài)。一般來說，需要在臭氣最強(qiáng)、意見最大時的那個瞬間完成采樣?？墒谴蠖鄶?shù)情況下，引發(fā)投訴的惡臭氣體排放規(guī)律很難準(zhǔn)確掌握。氣味指數(shù)計的連續(xù)監(jiān)測功能的應(yīng)用可以解決這一問題。雖然實際監(jiān)測中風(fēng)向和風(fēng)速等氣象條件會發(fā)生一定變化，且氣味指數(shù)計長期處于高濃度狀態(tài)下零點會有一定漂移，使數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠性有所降低，但是在掌握某一惡臭氣體的排放規(guī)律中，與三點比較式臭袋法相比較而言，節(jié)省了大量的人力物力，具有重要的實際意義。

4結(jié)論

氣味指數(shù)計與三點比較式臭袋法的測定結(jié)果，在穩(wěn)定的環(huán)境條件下，即無風(fēng)速影響時，二者之間的相對誤差較??；在復(fù)雜的實際環(huán)境條件下，氣味指數(shù)計的使用雖然較為快捷簡便，但是由于受風(fēng)速變化影響，導(dǎo)致結(jié)果與三點比較式臭袋法的測定結(jié)果可比性較差，且目前國內(nèi)缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法依據(jù)，因此氣味指數(shù)計在惡臭監(jiān)測工作中的推廣和使用，還需要大量的理論支持和經(jīng)驗依據(jù)，有待廣大監(jiān)測工作者進(jìn)一步深入研究。

氣味指數(shù)計連續(xù)監(jiān)測功能的使用，基本可以掌握監(jiān)測對象的排放規(guī)律，確定最佳監(jiān)測時段，捕集最有代表性的樣品，有效解決目前采樣時機(jī)難以把握的問題，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 14675-93， 空氣質(zhì)量 惡臭的測定 三點比較式臭袋法[S].

[2] 張歡.惡臭污染預(yù)警應(yīng)急技術(shù)研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)研究生學(xué)院，2010.

Research on Application of Odor Index Meter Monitoring Odor

ZHANG Yuan,LI Jing

(Tianjin Environmental Monitoring Center,Tianjin 300191 China)

Abstract：The application of odor index meter on odor monitoring was examined.The meter was compared with the national standard triangle odor bag method under both stable simulated environmental condition and real environmental condition. The results showed that the odor index meter had its accuracy and applicability under different environmental condition.In addition,the meter was tested for its function of continuous monitoring.The result indicated the potential application of the meter on monitoring the emission pattern of odor.

Key words： odor monitoring;odor index meter;triangle odor bag method