安 慧,趙東風(fēng),張慶冬,耿春香，王永強(qiáng),王志偉

(中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院,山東 青島 266580)

0 引 言

惡臭作為一種感覺公害，已成為世界七大環(huán)境公害之一[1]。我國惡臭排放源眾多，臭氣成分復(fù)雜，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，惡臭擾民事件也逐年攀升。在群眾對環(huán)境污染的投訴中，惡臭污染訴訟事件居第二位，已引起社會和環(huán)境管理部門的廣泛關(guān)注[2]。

由于惡臭嗅覺閾值低、成分復(fù)雜，且臭氣各組分之間存在相乘與相消的復(fù)合作用，難以用儀器測定法進(jìn)行定量分析。嗅覺測定法是以人的鼻子作為檢測器對惡臭進(jìn)行測定的方法，嗅覺測定法的基本原理是將惡臭樣品用無臭潔凈空氣進(jìn)行稀釋，然后將稀釋后的樣品交給合格的嗅辨員判定是否有異味存在，最后根據(jù)嗅辨員的嗅覺閾值計算樣品的臭氣濃度[3]。近年來，在環(huán)境保護(hù)、環(huán)境管理、環(huán)境影響評價、環(huán)境糾紛處理及建設(shè)項目竣工環(huán)保驗收中，嗅覺測定法的分析指標(biāo)——臭氣濃度受到廣泛重視[4]。

我國借鑒日本的技術(shù)和方法，于1993年頒布了惡臭污染的嗅覺測定標(biāo)準(zhǔn)《空氣質(zhì)量 惡臭的測定——三點比較式臭袋法》(GB/T14675-93)，該法采用人工靜態(tài)稀釋配氣，設(shè)備簡單，適用范圍廣，彌補(bǔ)了儀器測定法的不足，實現(xiàn)了我國惡臭污染嗅覺測試方法的標(biāo)準(zhǔn)化[1,5]。但該法測試和數(shù)據(jù)處理的自動性差，樣品測試效率低且不具備 ISO 標(biāo)準(zhǔn)化條件。

我校環(huán)境工程專業(yè)在長期進(jìn)行惡臭污染研究的基礎(chǔ)上，依托“青島校區(qū)本科高校重點學(xué)科市校共建工程”的學(xué)科建設(shè)平臺，引進(jìn)了國際先進(jìn)的Dynascent動態(tài)嗅覺儀設(shè)備，該設(shè)備采用動態(tài)稀釋配氣，符合歐標(biāo)《空氣質(zhì)量-動態(tài)嗅覺計法測定臭氣濃度》(EN13725：2003)的要求。為了充分發(fā)揮科研對教學(xué)的輻射作用，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注惡臭污染、了解國際最先進(jìn)的惡臭監(jiān)測方法，在環(huán)境工程專業(yè)本科生第七學(xué)期綜合大實驗課程中，開設(shè)惡臭嗅覺測定實驗。該實驗通過對比國標(biāo)三點比較式臭袋法和歐標(biāo)動態(tài)嗅覺儀法，研究兩種方法在嗅辨員篩選、實驗室質(zhì)量控制和惡臭濃度測定結(jié)果方面的差異，并在整個實驗過程中引入研究性教學(xué)理念，培養(yǎng)本科生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

1 實驗設(shè)備及內(nèi)容

1.1 實驗材料及設(shè)備

實驗材料：60.1×10-6正丁醇標(biāo)準(zhǔn)氣體。

實驗設(shè)備：三點比較式臭袋法配套設(shè)備；澳洲D(zhuǎn)ynascent動態(tài)嗅覺儀設(shè)備，包括Dynascent動態(tài)嗅覺儀及DynaMeter校準(zhǔn)套件、DynaBag采樣袋和DynaDrum便攜式采樣桶。

1.2 實驗內(nèi)容

1.2.1 嗅辨員篩選方法對比

嗅辨員篩選是關(guān)系到嗅覺法測試結(jié)果可重現(xiàn)性大小的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)[6]。三點比較式臭袋法使用5種標(biāo)準(zhǔn)臭液對嗅辨員進(jìn)行篩選，能夠?qū)?種臭液的試紙都準(zhǔn)確分辨出來的人便可成為嗅辨員。嗅辨員經(jīng)嗅覺檢測合格，如無特殊情況，即可連續(xù)3年承擔(dān)嗅辨員工作[7]。

(1)

由于每個嗅辨員的嗅覺靈敏度不同，而且同一嗅辨員每天的嗅覺靈敏度也有所變化，因此歐標(biāo)規(guī)定，在每天進(jìn)行惡臭樣品測定之前，都需要用正丁醇標(biāo)準(zhǔn)氣體測試嗅辨員當(dāng)天的狀態(tài) 。

1.2.2 實驗室質(zhì)量控制對比

三點比較式臭袋法中對實驗室質(zhì)量控制沒有具體要求。動態(tài)嗅覺儀法對于每個實驗室測定結(jié)果的質(zhì)量要進(jìn)行水平測試來加以確認(rèn)，合格的質(zhì)量要求為該方法的重復(fù)性r<0.477且準(zhǔn)確度A<0.217[10-11]。

重復(fù)性r的計算：

(2)

式中：t為在n-1的自由度，95%置信度下的學(xué)生氏分布因子。

準(zhǔn)確度A的計算：

A=|dw|+(Aw×r)

(3)

1.2.3 惡臭測定結(jié)果的回顧性篩選對比

進(jìn)行惡臭樣品測定之后，歐標(biāo)假設(shè)部分嗅辨員可能會因為身體因素(感冒、過敏等)或者對所分析的惡臭氣味過敏等原因作出不正確的回答，因此設(shè)置回顧性篩選程序。

三點比較式臭袋法中沒有針對惡臭測定結(jié)果的回顧性篩選環(huán)節(jié)。

2 實驗結(jié)果

2.1 嗅辨員篩選實驗

應(yīng)用5種標(biāo)準(zhǔn)嗅液對學(xué)生進(jìn)行三點比較式臭袋法嗅辨員篩選實驗。選取8位通過要求的嗅辨員，利用Dynascent動態(tài)嗅覺儀和60.1×10-6的正丁醇標(biāo)準(zhǔn)氣體再次對其進(jìn)行歐標(biāo)法嗅辨員篩選實驗。1號嗅辨員篩選結(jié)果見表1。

表1 1號嗅辨員篩選結(jié)果

所有8位嗅辨員篩選結(jié)果見表2。

表2 8位嗅辨員篩選結(jié)果

由表2可知，3號和6號嗅辨員不符合歐標(biāo)要求，無法通過嗅辨員篩選測試。

由實驗結(jié)果可知，歐標(biāo)動態(tài)嗅覺儀法的嗅辨員篩選測試對平均嗅閾值和標(biāo)準(zhǔn)方差做出要求，相比三點比較式臭袋法，其篩選結(jié)果更加準(zhǔn)確并具有參考性。

2.2 實驗室質(zhì)量控制實驗

連續(xù)2天中，利用篩選出的6名嗅辨員，分別采用Dynascent動態(tài)嗅覺儀和三點比較式臭袋法對正丁醇標(biāo)氣進(jìn)行10次測定，由式(2)、(3)計算各方法的重復(fù)性r和準(zhǔn)確度A。測定結(jié)果如表3、4所示。

表3 Dynascent動態(tài)嗅覺儀測定結(jié)果

表4 三點比較式臭袋法測定結(jié)果

由表3、4可以看出，動態(tài)嗅覺儀的重復(fù)性和準(zhǔn)確度均能滿足歐標(biāo)要求，而三點比較式臭袋法的重復(fù)性能夠滿足要求，準(zhǔn)確度不能達(dá)到歐標(biāo)中的相關(guān)規(guī)定。

2.3 惡臭濃度測定實驗

應(yīng)用DynaDrum便攜式采樣桶對某煉油廠丙烷裝置泵房進(jìn)行惡臭樣品采集，分別應(yīng)用Dynascent動態(tài)嗅覺儀和三點比較式臭袋法對惡臭樣品進(jìn)行嗅辨測定，動態(tài)嗅覺儀測定結(jié)果見表5。

cod=1 679×1 ou/m3=1 679 ou/m3

三點比較式臭袋法測定結(jié)果見表6。由表6可知，將小組中個人嗅閾值中的最大、最小值舍去后，計算該小組平均閾值：x=2.99

則樣品惡臭濃度：y=10x=977。

表5 Dynascent動態(tài)嗅覺儀測定結(jié)果

較三點比較式臭袋法高。由于動態(tài)嗅覺儀法對嗅辨員篩選及實驗室質(zhì)控環(huán)節(jié)有嚴(yán)格的要求，而且在測定結(jié)果中設(shè)置回顧性篩選環(huán)節(jié)，因此，動態(tài)嗅覺儀的測定結(jié)果更為準(zhǔn)確。

表6 三點比較式臭袋法測定結(jié)果

3 研究性實驗教學(xué)設(shè)計

所謂研究性實驗，是指學(xué)生針對指導(dǎo)教師提出的問題獨立設(shè)計實驗方案、確定實驗方法、選擇實驗器材，獨自操作的一種實驗教學(xué)模式[12]。研究性實驗倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，實現(xiàn)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新[13-14]。

本次惡臭嗅覺測定實驗采用“引導(dǎo)-探索-實驗-掌握”的教學(xué)模式[15]，在完成課題的全過程中，學(xué)生自主探索，教師參與指導(dǎo)，最后學(xué)生獲得實驗結(jié)果，并撰寫研究性論文。

(1)引導(dǎo)。教師首先向?qū)W生介紹惡臭的性質(zhì)、來源、組成、危害及監(jiān)測分析方法，使學(xué)生了解惡臭氣體的復(fù)雜性及惡臭測定方法的獨特性。然后介紹惡臭監(jiān)測領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究方向和最新動態(tài)等，使學(xué)生了解惡臭監(jiān)測領(lǐng)域的學(xué)科前沿，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。

(2)探索。教師出具實驗題目“惡臭嗅覺測定方法對比研究”，并提供國標(biāo)《空氣質(zhì)量惡臭的測定——三點比較式臭袋法》(GB/T14675-93)和歐標(biāo)《空氣質(zhì)量-動態(tài)嗅覺計法測定臭氣濃度》(EN13725：2003)兩種標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生需要認(rèn)真研讀標(biāo)準(zhǔn)，熟悉兩種標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法、設(shè)備及相關(guān)要求；然后進(jìn)行實驗室現(xiàn)場參觀，由教師講解三點比較式臭袋法和動態(tài)嗅覺儀法的設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)及使用方法。接下來采取“小組討論式”教學(xué)方法，由學(xué)生圍繞實驗項目進(jìn)行分析、討論、歸納、總結(jié)，設(shè)計出實驗方案，教師審閱方案并指導(dǎo)。

(3)實驗。學(xué)生通過嗅辨員篩選實驗、實驗室質(zhì)量控制實驗和惡臭濃度測定實驗，對兩種標(biāo)準(zhǔn)方法的精度、可重復(fù)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行對比研究。在嗅辨員篩選實驗環(huán)節(jié)，采用“對流式”教學(xué)方法[16]，教師與學(xué)生共同參與，教師作為篩選人員，操控動態(tài)嗅覺儀電腦系統(tǒng)，設(shè)定惡臭樣品起始稀釋倍數(shù)，管道、嗅杯的沖洗時間等參數(shù)，指導(dǎo)學(xué)生完成嗅辨員篩選任務(wù)；學(xué)生作為嗅辨人員，可隨時得到教師的指導(dǎo)幫助。在其他環(huán)節(jié)，采取“遙感式”教學(xué)方法[16]，學(xué)生自主研究與探討實驗步驟及實驗設(shè)備的操作，教師僅在學(xué)生遇到難題時給予適當(dāng)指導(dǎo)。

(4)掌握。實驗結(jié)束后，要求學(xué)生結(jié)合資料查閱，首先分析國標(biāo)和歐標(biāo)兩種方法實驗結(jié)果的差異；然后從兩種方法的實驗原理、儀器設(shè)備、實驗操作流程等方面進(jìn)行對比，分析差異原因并撰寫研究論文。

4 結(jié) 語

針對社會關(guān)注的惡臭污染問題，依托先進(jìn)的學(xué)科建設(shè)平臺，設(shè)計了惡臭嗅覺測定研究性教學(xué)實驗。實驗結(jié)果表明，動態(tài)嗅覺儀在惡臭濃度測定方面具有更高的精度、可重復(fù)性和準(zhǔn)確性。該實驗教學(xué)項目以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，采用 “引導(dǎo)-探索-實驗-掌握”的研究性教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案并完成實驗，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。該實驗應(yīng)用多種理論知識和實驗設(shè)備，使學(xué)生掌握了惡臭嗅覺測定法的基礎(chǔ)知識，了解了國際先進(jìn)惡臭監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能，引發(fā)了學(xué)生對惡臭污染的關(guān)注，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生今后從事惡臭領(lǐng)域的研究提供了良好的基礎(chǔ)。