氣味指數(shù)計(jì)在惡臭監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

氣味指數(shù)計(jì)在惡臭監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

張園，李靜

(天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300191)

摘要：對(duì)氣味指數(shù)計(jì)在惡臭監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過與三點(diǎn)比較式臭袋法(GB/T 14675-93)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析比對(duì)，對(duì)穩(wěn)定模擬環(huán)境條件下和復(fù)雜實(shí)際環(huán)境條件下的測(cè)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(jì)具有不同的準(zhǔn)確性和適用性；除此，還對(duì)氣味指數(shù)計(jì)的連續(xù)監(jiān)測(cè)功能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明該功能對(duì)掌握惡臭氣體的排放規(guī)律具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

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

收稿日期：2014-06-26

作者簡(jiǎn)介：張園(1981-)，男，工程師，本科，天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，主要從事現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作。

中圖分類號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對(duì)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(cè)中心數(shù)據(jù)顯示，在整個(gè)環(huán)境投訴中，惡臭投訴有逐漸超越噪聲的趨勢(shì)，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(cè)定 三點(diǎn)比較式臭袋法》(GB/T 14675-93)是目前我國(guó)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(diǎn)。但該方法的實(shí)驗(yàn)效率較低：實(shí)驗(yàn)需6個(gè)監(jiān)測(cè)人員參與，平均20～30min左右分析1個(gè)樣品，且涉及大量耗材。氣味指數(shù)計(jì)作為一種便攜式的臭味檢測(cè)設(shè)備，與傳統(tǒng)的三點(diǎn)比較式臭袋法相比，具有快捷且操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，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(jì)的應(yīng)用研究，為氣味指數(shù)計(jì)在不同環(huán)境條件下測(cè)定惡臭氣體的準(zhǔn)確性和適用性以及連續(xù)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)用性提供數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)原理

1.1三點(diǎn)比較式臭袋法的測(cè)試原理

三點(diǎn)比較式臭袋法測(cè)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(cè)惡臭氣體樣品供嗅辨員嗅辨，當(dāng)嗅辨員正確識(shí)別有臭氣袋后，再逐級(jí)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(shí)停止實(shí)驗(yàn)[1]。

三點(diǎn)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(duì)臭氣樣品連續(xù)稀釋至嗅辨員閾值時(shí)的稀釋倍數(shù)。舉例說明：如我們要對(duì)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(jì)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(jì)的測(cè)試原理

氣味指數(shù)計(jì)適用于低濃度污染源與環(huán)境監(jiān)測(cè)，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(huì)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(cè)。

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(shí)，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(cè)量。這個(gè)測(cè)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(cè)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(jì)算：

△V=K×10gx+a (式中K、a均為常量)

氣味指數(shù)計(jì)對(duì)傳感器測(cè)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(shí)稀釋倍數(shù)乘10的數(shù)值”，對(duì)比三點(diǎn)比較式臭袋法臭氣濃度定義、樣品稀釋倍數(shù)的計(jì)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(cè)結(jié)果在應(yīng)用上具有等效性和可比性。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)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(jì)；溫濕度計(jì)；風(fēng)向風(fēng)速儀；氣壓表。

2.2氣味指數(shù)計(jì)與三點(diǎn)比較式臭袋法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.2.1穩(wěn)定模擬環(huán)境條件下實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，通過計(jì)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(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。分別使用三點(diǎn)比較式臭袋法和氣味指數(shù)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)分兩個(gè)周期進(jìn)行，以觀察不同環(huán)境條件下的測(cè)試結(jié)果，以三點(diǎn)式臭袋法的測(cè)定結(jié)果為理論真值計(jì)算其它兩種方法的相對(duì)誤差。測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　兩種方法在不同環(huán)境條件下對(duì)不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體的測(cè)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(jì)與三點(diǎn)比較式臭袋法的測(cè)試結(jié)果相對(duì)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(duì)測(cè)試準(zhǔn)確性無明顯影響。

2.2.2復(fù)雜實(shí)際環(huán)境條件下實(shí)驗(yàn)

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(chǎng)等三種不同的實(shí)際環(huán)境作為實(shí)際樣氣的采集或測(cè)試地點(diǎn)，分別使用三點(diǎn)比較式臭袋法和氣味指數(shù)計(jì)進(jìn)行測(cè)定。氣味指數(shù)計(jì)的測(cè)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(shí)際場(chǎng)地直接使用氣味指數(shù)計(jì)進(jìn)行測(cè)試；現(xiàn)場(chǎng)采集，指使用真空瓶采集空氣樣品，在采樣現(xiàn)場(chǎng)使用氣味指數(shù)計(jì)對(duì)瓶?jī)?nèi)所采空氣進(jìn)行測(cè)試；實(shí)驗(yàn)室指使用真空瓶采集空氣樣品并將其帶回實(shí)驗(yàn)室，使用氣味指數(shù)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。比較氣味指數(shù)計(jì)在以上不同狀態(tài)下與三點(diǎn)比較式臭袋法的測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差。風(fēng)和湍流是影響惡臭污染物擴(kuò)散的主要?jiǎng)恿σ蜃覽2]，在實(shí)際環(huán)境試驗(yàn)中，以風(fēng)速作為主要環(huán)境影響條件，實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見表2。

表2　兩種方法在不同實(shí)際環(huán)境對(duì)實(shí)際樣品氣體的測(cè)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(jì)與三點(diǎn)比較式臭袋法的測(cè)試結(jié)果相對(duì)誤差范圍在10.5%～69.7%，在采集后現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)下測(cè)定相對(duì)誤差范圍在6.7%～47.1%，采集后實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下測(cè)定相對(duì)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(chǎng)采集次之，實(shí)驗(yàn)室最小，自然條件下受風(fēng)速影響較大，呈現(xiàn)出相對(duì)誤差與風(fēng)速大小成正比的規(guī)律。

2.3氣味指數(shù)計(jì)的連續(xù)監(jiān)測(cè)功能實(shí)驗(yàn)

以垃圾填埋場(chǎng)無組織排放氣體為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用氣味指數(shù)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)周期的連續(xù)監(jiān)測(cè)，選取時(shí)段為上午10點(diǎn)到下午5點(diǎn)，基本覆蓋了垃圾填埋場(chǎng)正常作業(yè)時(shí)段，監(jiān)測(cè)頻率設(shè)為每1次/h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　氣味指數(shù)計(jì)在某垃圾填埋場(chǎng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果(以臭氣濃度表示)

通過分析以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以清楚看出該垃圾填埋場(chǎng)廠界從上午10點(diǎn)至下午5點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的臭氣濃度變化。對(duì)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(chǎng)基本未進(jìn)行正常作業(yè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為填埋場(chǎng)本底數(shù)據(jù)；從中午開始，垃圾陸續(xù)運(yùn)送到填埋場(chǎng)，開始填埋作業(yè)，臭氣濃度有所升高，在下午2～5點(diǎn)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(jì)與三點(diǎn)比較式臭袋法的監(jiān)測(cè)結(jié)果比較分析

由于氣味指數(shù)計(jì)是依靠自身的動(dòng)力泵進(jìn)行樣品采集，而在自然狀態(tài)下，儀器動(dòng)力泵的進(jìn)氣速率很難與空氣流動(dòng)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(cè)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(shí)間和強(qiáng)度均會(huì)降低，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低。如果考慮到使用三點(diǎn)法時(shí)，樣品運(yùn)輸、配氣等過程中臭氣濃度的消減因素，指數(shù)計(jì)在自然狀態(tài)下的測(cè)試結(jié)果與測(cè)試瞬時(shí)的實(shí)際臭氣濃度的差距將會(huì)更大。

氣味指數(shù)計(jì)采集后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果大部分偏高，是由于與自然狀態(tài)下直接測(cè)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(diǎn)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(chǔ)存、環(huán)境因素變化等原因，因此在現(xiàn)場(chǎng)采集后實(shí)驗(yàn)室分析時(shí)臭氣濃度基本會(huì)比現(xiàn)場(chǎng)濃度偏低。

需要指出的是氣味指數(shù)計(jì)的測(cè)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(huì)發(fā)生零點(diǎn)的漂移，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定，因此氣味指數(shù)計(jì)必須經(jīng)過人工校準(zhǔn)方可使用。

3.2氣味指數(shù)計(jì)連續(xù)監(jiān)測(cè)功能的應(yīng)用在惡臭監(jiān)測(cè)中的意義

在解決惡臭投訴時(shí)，不論是應(yīng)用儀器分析還是嗅覺測(cè)定，都需要采集現(xiàn)場(chǎng)的臭氣，掌握惡臭發(fā)生的實(shí)際狀態(tài)。一般來說，需要在臭氣最強(qiáng)、意見最大時(shí)的那個(gè)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(jì)的連續(xù)監(jiān)測(cè)功能的應(yīng)用可以解決這一問題。雖然實(shí)際監(jiān)測(cè)中風(fēng)向和風(fēng)速等氣象條件會(huì)發(fā)生一定變化，且氣味指數(shù)計(jì)長(zhǎng)期處于高濃度狀態(tài)下零點(diǎn)會(huì)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(diǎn)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(shí)際意義。

4結(jié)論

氣味指數(shù)計(jì)與三點(diǎn)比較式臭袋法的測(cè)定結(jié)果，在穩(wěn)定的環(huán)境條件下，即無風(fēng)速影響時(shí)，二者之間的相對(duì)誤差較??；在復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境條件下，氣味指數(shù)計(jì)的使用雖然較為快捷簡(jiǎn)便，但是由于受風(fēng)速變化影響，導(dǎo)致結(jié)果與三點(diǎn)比較式臭袋法的測(cè)定結(jié)果可比性較差，且目前國(guó)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(jì)在惡臭監(jiān)測(cè)工作中的推廣和使用，還需要大量的理論支持和經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，有待廣大監(jiān)測(cè)工作者進(jìn)一步深入研究。

氣味指數(shù)計(jì)連續(xù)監(jiān)測(cè)功能的使用，基本可以掌握監(jiān)測(cè)對(duì)象的排放規(guī)律，確定最佳監(jiān)測(cè)時(shí)段，捕集最有代表性的樣品，有效解決目前采樣時(shí)機(jī)難以把握的問題，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[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