惡臭監(jiān)測測定評價方法的比較與研究進展

張鑫

（山西省環(huán)境監(jiān)測中心站，太原 030027）

惡臭是指大氣、水體及廢棄物等物質(zhì)中能引起人們不愉快及損害生活環(huán)境的氣體物質(zhì)，作用于人的嗅覺器官而被感知，現(xiàn)已成為世界七大環(huán)境公害之一。惡臭是由數(shù)十種甚至上百種成分形成的混合氣體[1]，主要來自于工業(yè)污染源，包括石油化工、塑料橡膠、醫(yī)藥農(nóng)藥、造紙化肥、煉油煉焦等。

近年來，我國非常重視對惡臭的監(jiān)測與防治，《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》中明確提出要加強對惡臭污染物的治理，《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）也是為貫徹《中華人民共和國大氣污染防治法》，控制惡臭污染物對大氣的污染，保護和改善環(huán)境而制定的。相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)還有《空氣質(zhì)量 惡臭的測定三點比較式臭袋法》（GB/T 14675-93）及《惡臭污染環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 905-2017）。另外還有一些省市發(fā)布了相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)，如天津市的《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12-059-95）、上海市的《惡臭（異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/1025-2016）和河北省的《生活垃圾填埋場惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2697-2018）等。國內(nèi)涉及惡臭標(biāo)準(zhǔn)的還有《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）、《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 18483-2001）、《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014）等。

惡臭對人體的毒害作用，主要表現(xiàn)在妨礙正常呼吸功能、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等方面。其中惡臭中的氨和醛類對眼睛有較強的刺激，長期影響甚至?xí)剐嵊X脫失，最后導(dǎo)致大腦皮層興奮與抑制的調(diào)節(jié)功能失調(diào)[2、3]。

1 惡臭的測定評價方法

惡臭污染物化學(xué)性質(zhì)多變，物質(zhì)組分相互之間可能存在疊加和消減作用。對于臭氣成分比較復(fù)雜的惡臭源，要將物質(zhì)種類與濃度綜合分析，共同作為評價惡臭污染物質(zhì)的依據(jù)。目前的測定評價方法主要分為兩大類，一類是利用嗅覺，主要有臭氣強度法和臭氣濃度法，還有一類是儀器分析法。

1.1 嗅覺測定法

我國從20世紀(jì)80年代中后期就開始了對惡臭污染嗅覺測定技術(shù)的研究工作，主要借鑒日本的技術(shù)和方法。嗅覺測定法是依據(jù)人的嗅覺對惡臭氣味的敏感性而建立，即通過人的嗅覺器官作為探測器對惡臭氣體進行綜合測定和評價。

該法適用范圍寬，單一或多組分均可給出總強度，不需要復(fù)雜操作，是一種可直接給出惡臭污染對于環(huán)境影響的測定方法。

1.1.1 臭氣強度法

該法是根據(jù)惡臭氣味的強弱，把污染分成不同的等級，然后由嗅辨員用嗅覺感覺到的臭氣強度與強度分級表比較而得出結(jié)果。嗅辨員類似于香精、煙草、酒類鑒定技術(shù)中的鑒定師。美國采用的是8級分級制，而我國同日本均采用的是6級分級制（見下表）。該方法具有簡單直觀和可靠實用的優(yōu)點，但反映的污染程度是一個較粗略的范圍。由于每個人的嗅覺存在很大差異，并受到經(jīng)歷、主觀意識、環(huán)境本底、身體狀況和喜好等因素的影響，結(jié)果誤差會較大，缺乏客觀性。

惡臭強度分級表

1.1.2 臭氣濃度法

臭氣濃度是指臭氣用無臭空氣稀釋到剛好無臭時的稀釋倍數(shù)。目前我國與日本、韓國等均采用三點比較式臭袋法。該法至少需要6名嗅辨員、1名配氣員和1名判定師。原理是樣品采集后，判定師和配氣員對樣品臭氣濃度做一個大致判斷，然后將樣品按一定比例稀釋。配氣員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6人一組的嗅辨員進行嗅辨。嗅辨員需要比較后選出有臭氣的袋子。全員正確識別樣品袋后，再逐級提高稀釋倍數(shù)進行嗅辨。直到有五名嗅辨員回答錯誤時實驗全部終止。最后判定師將嗅覺閾值進行統(tǒng)計，計算得到樣品的臭氣濃度。

該法的優(yōu)點是操作簡單便捷、實用性強，樣品不存在交叉污染，測量的重復(fù)性和再現(xiàn)性較好，嗅辨員個體之間的誤差小。缺點也較明顯：1）一次性嗅辨袋使用量大，取樣后需要較多人員，并且要求建立相應(yīng)的嗅辨實驗室，導(dǎo)致分析成本較高；2）分析結(jié)果手工記錄和運算，極易出現(xiàn)人為誤差；3）采樣和樣品稀釋配氣依靠手工操作，步驟繁瑣、效率低下，存在較大的偶然性和不確定性；4）功能性較差，不適合低濃度和有毒物質(zhì)；5）很難對惡臭氣體的組分做量化分析；6）應(yīng)用于大量樣品點的測定較困難，測試的精度還有待提高。

1.2 儀器測定法

通常，有臭味氣體包含的幾百種化合物中只有幾種是有臭味的，而主要的臭味物質(zhì)的濃度和嗅閾值極低（低至μg /L級）[4]，因此需要靈敏的分析測定方法。儀器分析法是定性和定量測定惡臭氣體的單一組分（主要包括有機酸、胺類、醛、酮、酯、硫化氫等），或?qū)?fù)雜的臭氣混合物通過測定一種或幾種代表性強的物質(zhì)濃度來評價惡臭強度的分析方法。

常用的儀器主要有氣相色譜儀（GC）、氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS）、高效液相色譜儀（HPLC）、離子色譜、分光光度計（紫外-可見分光光度計）等。李利榮等[5]在《惡臭成分的儀器分析方法研究進展》中比較了測定惡臭物質(zhì)儀器分析方法的優(yōu)缺點。由于惡臭成分大都是有機成分，所以GC和GC/MS在復(fù)雜臭氣物質(zhì)的定性定量分析中發(fā)揮了優(yōu)勢。

儀器測定法優(yōu)點是客觀、精度高、數(shù)據(jù)客觀、可定性定量氣體組分，連續(xù)測定，并能實現(xiàn)自動檢測，作為制定法律的依據(jù)，追蹤污染源。但同時也存在以下問題：1）定性定量困難。惡臭物質(zhì)成分復(fù)雜，許多臭氣物質(zhì)的濃度很低，無法得到這些氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品；2）操作程序較繁瑣，分析時間長且成本高[6]；3）從所鑒別的化學(xué)濃度中無法給出可被人感知的臭味強度，也不能可靠地闡明該結(jié)果與惡臭之間的關(guān)系。

2 研究進展

2.1 電子鼻

電子鼻是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種技術(shù)，其模擬人類嗅覺系統(tǒng)的作用機制，由對應(yīng)于不同臭味分級的傳感器矩陣組成，結(jié)合嗅覺測定方法和感覺分析技術(shù)，從而根據(jù)氣味來分析和識別物質(zhì)的類別和成分。電子鼻技術(shù)最早應(yīng)用于食品工業(yè)，用于鑒別食品的質(zhì)量。近年來在酒類、煙草、茶葉、室內(nèi)空氣、惡臭污染等方面也得到了廣泛應(yīng)用。

電子鼻既具有快速明確的優(yōu)點，又避免了現(xiàn)在化學(xué)方法無法檢測到混合臭味物質(zhì)協(xié)同效應(yīng)的難題，而且不需要將臭味物質(zhì)從吸附物中分離。除了費用低、速度快、污染少、更穩(wěn)定、重現(xiàn)性高外，還能分析低濃度，甚至是對人體健康有毒有害的臭氣，一旦被記憶，還能預(yù)測未知樣品的臭氣濃度等級。隨著傳感器的發(fā)展[7]和成本的降低，電子鼻會逐漸成為接觸式傳感器技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。電子鼻按功能模塊區(qū)分如下圖。

電子鼻功能模塊區(qū)分圖

2.2 便攜式GC-MS

王效國等[8]對便攜式和傳統(tǒng)實驗室的GC-MS研究發(fā)現(xiàn)，這兩種方法所得的結(jié)果并無顯著差異，均操作簡便、分析快速、靈敏度高，能夠滿足室內(nèi)空氣監(jiān)測的要求。適用于定量分析大氣中揮發(fā)性有機污染物的應(yīng)急監(jiān)測[9]。

便攜式GC-MS具有分析范圍廣、分析速度快、定性準(zhǔn)確、靈敏度高、使用攜帶方便等優(yōu)點，已成為環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測必不可少的監(jiān)測儀器。

2.3 便攜式惡臭測定儀

便攜式惡臭測定儀可在現(xiàn)場直接得出數(shù)據(jù)，操作簡便，正被越來越多的國家和地區(qū)采用。如美國的The Nasal Ranger＠Field測量儀。使用此儀器和國標(biāo)測定方法同時對制藥廠、皮革廠等企業(yè)的廠界環(huán)境空氣無組織排放臭氣濃度進行測定[10]，結(jié)果表明二者的測量值基本在同一范圍內(nèi)，具有一定的可比性。

作為簡易測定法，其精度已足夠，不會像人的嗅覺對氣味會適應(yīng)或習(xí)慣，可以現(xiàn)場實時地測定出氣味的變化，便捷簡單，且需要的操作人員少，成本較低。

惡臭氣體具有揮發(fā)快、易擴散、成分復(fù)雜等特點，利用單一的儀器已不能很好地檢測出惡臭物質(zhì)。嗅覺與分析儀器結(jié)合使用是嗅覺法發(fā)展的一個主要趨勢，特別是惡臭氣體中的高揮發(fā)性物質(zhì)，化學(xué)分析法色質(zhì)聯(lián)機與嗅覺測定法相結(jié)合（即GC-MS/O）是一個較好的方法。另外，色譜質(zhì)譜與電子鼻聯(lián)用也是今后的研究方向。