臭氣濃度與臭氣強度相關(guān)性研究

劉 媛

（北京市城市管理研究院 生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室，北京 100028）

1 研究背景及意義

臭氣是一種感官的污染物，其檢測與評估主要基于人類的主觀感受。臭氣強弱和臭氣濃度是兩個主要的影響因素。其中，臭氣濃度測定方法簡單，無需檢測設(shè)備，由嗅覺人員直接對氣味樣本進(jìn)行嗅覺識別，并用文字或相關(guān)數(shù)據(jù)來直觀地反映臭氣對身體的影響。臭氣濃度三點式比較式臭袋法是國內(nèi)常用的一種實驗室臭氣濃度檢測方法，對實驗樣品進(jìn)行逐步的稀釋，直到?jīng)]有異味，再利用嗅辨員計算出臭氣的濃度，從而達(dá)到定量檢測臭氣的目的。臭氣濃度測定方法簡單、快速，能夠準(zhǔn)確地判定出環(huán)境中的異味濃度；通過對臭氣的量化、定性的分析，是環(huán)境管理部門對惡臭污染進(jìn)行執(zhí)法和仲裁的重要依據(jù)。

在實踐中，臭氣濃度與臭氣強度是互相驗證的，對臭氣的預(yù)測、評價和管理具有十分關(guān)鍵的意義?？梢酝ㄟ^檢測臭氣的強度來預(yù)測其濃度，從而迅速判定其是否超過標(biāo)準(zhǔn)，從而制定出有效的治理措施。在測定臭氣濃度時，可以按臭氣的強度來決定初始稀釋比，從而最大程度地節(jié)省試驗人員和材料。同時，臭氣強度測定方法具有很高的直觀性，可以通過臭氣濃度的測定來判定臭氣的強弱，從而確定臭氣的級別，從而為制定惡臭參考值、制定惡臭排放準(zhǔn)則等提供依據(jù)。

2 研究現(xiàn)狀

日本在1983年至1992年期間，曾在國內(nèi)六大工業(yè)中進(jìn)行過一次臭氣檢測，并將其與臭氣濃度相關(guān)聯(lián)，并于1995年日本環(huán)保部修改《惡臭防止法》，建議制定環(huán)境臭氣等級為2.5~3.5。

國內(nèi)對惡臭測定的研究相對滯后，對臭氣的評估與治理大都是參考日本的試驗資料。從20世紀(jì)90年代李應(yīng)芝所列出的17種臭氣的強度和臭氣的相關(guān)性，到最近鄒梓等在垃圾堆放區(qū)進(jìn)行臭氣評估時所使用的國家臭氣濃度與臭氣強度的關(guān)系，與日本《惡臭防止法》中所載的資料相吻合[1]。

然而，國外的惡臭污染狀況、特性污染物等與國內(nèi)不同，因此，各國所確定的臭氣強度和臭氣濃度之間的關(guān)聯(lián)式能否與國內(nèi)的具體狀況相符，還有待于大量的實驗資料加以證實。要建立國內(nèi)臭氣感知質(zhì)量的量化指標(biāo)，必須根據(jù)國內(nèi)的具體國情，采集不同工業(yè)企業(yè)的臭氣樣本，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的臭氣強度檢測和臭氣濃度檢測，并進(jìn)行相應(yīng)的分析。

3 嗅辨測試

3.1 樣品來源

近年來對679個左右臭氣樣本進(jìn)行了檢測。樣本包括污水處理、垃圾轉(zhuǎn)運與垃圾填埋、除臭劑、香料等多個典型的工業(yè)。

3.2 測試方法

利用 GB/T 14675—1993 《空氣質(zhì)量惡臭的測定三點比較式臭袋法》進(jìn)行了臭氣的檢測。試驗員必須符合本規(guī)范中有關(guān)氣味的規(guī)定。在嗅辨時，必須做到客觀公正，實事求是，不夸大，不盲從。

氣味濃度按日本6等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了檢測，將人體的氣味感知分為0~5個等級。

為強化臭氣強度試驗標(biāo)準(zhǔn)化，由同一嗅辨人員對臭氣強度和臭氣濃度進(jìn)行檢測。在試驗之前，根據(jù)日本臭氣防治學(xué)會的建議，進(jìn)行了強度等級的鑒定培訓(xùn)。步驟：首先，將2級、3級、4級的氣味材料交給嗅辨員進(jìn)行分析。第二個步驟是將2，3，4的不同氣味進(jìn)行調(diào)配，交給嗅辨員進(jìn)行分析。在檢測過程中，嗅辨人員會按照自己的氣味和6級的檢測方法來判斷氣味的濃度。判定師將6位參加試驗的嗅覺人員的回答進(jìn)行匯總，剔除最大和最小，只留下4個中間值，并求平均。

4 結(jié)果與討論

4.1 測試結(jié)果

6等級的強度檢測，在運算過程中會生成0.5個等級，為準(zhǔn)確地確定臭氣強度與臭氣濃度之間的關(guān)系，從0級到5個等級。從數(shù)據(jù)上看，679個樣本的臭氣強度及臭氣濃度分布狀況如表1所示。

表1 679個樣品的臭氣強度和臭氣濃度分布情況

從表1可以看出，679個實驗的氣味等級為0~5等級。每個等級的惡臭程度都有一個特定的惡臭濃度區(qū)間。在0~2.5等級（也就是沒有異味至輕度惡臭）的區(qū)間內(nèi)，氣味的濃度波動幅度比較大，數(shù)值比較平穩(wěn)；在3.0~4.0（從顯著惡臭至劇烈惡臭）的等級間，最大和最低比率為17.8~17.9，差異幅度很大；在4.5（也就是很大的惡臭），氣味的濃度在很短的時間內(nèi)改變；5級代表著令人無法承受的惡臭，而這股惡臭的程度，是沒有上限的。

在氣味強度的作用下，氣味的濃度變化幅度與氣味愉快度的關(guān)系密切。當(dāng)濃度為0~2.5時，其味道會變得很淡，而且它的特性也不是很明顯，所以當(dāng)嗅辨員對味道的強弱進(jìn)行評估時，它就會變得不那么敏感了。當(dāng)濃度為3.0~4時，其味道的強弱表現(xiàn)為顯著至強弱，其氣味特點較為清晰。根據(jù)氣味的快感程度，嗅辨員一般會給好味道的樣本提供更弱的濃度，而味道不好的樣本則會給出更高的濃度。當(dāng)?shù)燃壧嵘?級時，這種味道就會變得很濃，所有的味道都會變得很難聞，而快感則會降低對嗅覺的影響。

4.2 臭氣濃度與臭氣強度的對應(yīng)關(guān)系

通過計算得到相應(yīng)于不同強度的氣體的平均濃度，得到相應(yīng)的臭氣強度和惡臭的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

通過測量，得到了惡臭濃度與惡臭強度程度之間的曲線（圖1），從圖1可以看出，惡臭強度與惡臭濃度是相對的。該對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系符合韋伯-費希納定理。韋伯-費希納法則顯示了物質(zhì)與精神的聯(lián)系。韋伯-費希納定理指出：感官數(shù)量的增長滯后于物質(zhì)數(shù)量的增長，而物質(zhì)數(shù)量以幾何倍率的速度增長，而精神數(shù)量則以數(shù)學(xué)的速度遞增。臭氣的大小是指人們在精神上受到的臭氣的影響，是一種精神上的數(shù)量；而臭氣的含量則是指臭氣的真實污染水平。臭空氣中的氣味強度和氣味濃度關(guān)系表明人的心理和身體的運動規(guī)律。

圖1 臭氣強度與臭氣濃度的關(guān)系曲線

根據(jù)濃強度關(guān)系曲線繪制趨勢圖，擬合出濃強度關(guān)系式為：

在這些指標(biāo)中，Y表示惡臭的程度，X表示惡臭的程度。該方法的相關(guān)性R2為0.996 5，表明該方法具有良好的適用性。通過擬合的稠密強度公式，調(diào)整了相應(yīng)的惡臭氣體的含量。

3.3 臭氣強度對應(yīng)的臭氣濃度區(qū)間劃分

鑒于臭氣強度試驗具有主觀性和難聞樣本的復(fù)雜程度，因此，其相應(yīng)的臭氣濃度應(yīng)該在某一范圍內(nèi)，而不是一個確定的數(shù)值。不同的臭氣強度級別，不同級別的惡臭氣體的最大和最大的比率為7.3~17.9（見表1），其數(shù)值變化幅度很大，0~5個級別的6種不同程度的惡臭程度有一定的重合。為此，需要重新對臭氣的區(qū)域進(jìn)行重新分類。

氣味濃度的分區(qū)是：①氣味強度試驗中的偏差。在氣味濃度試驗中，氣味濃度值的變化幅度為-0.5。以特定的強度等級±0.5級別的惡臭氣體濃度值為最大、最小。②惡臭的濃度數(shù)字間斷。用三個比例法將樣本按3個不同的濃度進(jìn)行稀釋，直到氣味敏感者的氣味閾值為止。因為被稀釋的樣本的密度不是連續(xù)性的，所以檢測到的氣味的濃度也是斷斷續(xù)續(xù)的。在高濃度的污染樣本中，這一間斷性特別明顯。采用現(xiàn)場測量的惡臭氣體濃度值為臨界值，使其分布范圍更為科學(xué)。

相應(yīng)的惡臭氣體的濃度范圍如表2所示。不同的氣味強度區(qū)域，其最小與最大差為4.7~5.6，其數(shù)值變化幅度很小，0~5的6種不同的氣味強度沒有重合。

表2 臭氣強度對應(yīng)的臭氣濃度區(qū)間

檢驗結(jié)果表明：在不同的環(huán)境中，不同的臭氣樣本的氣味分布具有很高的一致性，其中某些級別為0，0.5和5.0級別均有100%的一致性。而在最大的惡臭濃度（3~4）的強度級別中，其惡臭的含量與惡臭的濃度值之間的相關(guān)性也超過了74%。從而論證了區(qū)域內(nèi)的惡臭氣體的分布是合理的。

4.4 數(shù)據(jù)對比

日本于1983年至1992年期間，測定了6家工業(yè)的臭氣指標(biāo)，并計算出相應(yīng)的臭氣濃度與臭氣指標(biāo)。《惡臭防止法》列出了相應(yīng)于2.5~3.5等級的臭氣指標(biāo)。將惡臭指標(biāo)轉(zhuǎn)換為惡臭的濃度，其相應(yīng)的惡臭程度和惡臭的濃度值如表3所示。

表3 臭氣濃度區(qū)間對比

經(jīng)比較，在相同的惡臭程度下，本研究測定的惡臭氣體的含量范圍要大于日本的10~25倍。日本的檢測結(jié)果顯示，當(dāng)氣體的質(zhì)量在600以上時，其氣味等級將會上升至5個級別，這是一種令人無法承受的惡臭。但是，從試驗結(jié)果來看，這種氣體的等級在3~3.5之間，屬于很大的惡臭。二者差別很大。差異的成因：①各國的國情不同，外國的環(huán)境和特點污染物與國內(nèi)有很大差別；②由于生活環(huán)境、飲食習(xí)慣、生活習(xí)慣等因素導(dǎo)致了不同的氣味；③測試條件與方法的改變與發(fā)展，間隔20~30a。所以，在進(jìn)行臭氣污染的實驗中，若隨意地使用國外試驗資料，將會對實驗的效果造成負(fù)面的效果。

4 結(jié)論

通過對679種不同氣味樣本進(jìn)行了臭氣強度及臭氣含量的計算，并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。實驗發(fā)現(xiàn)，在強度試驗中，嗅覺快感對嗅覺能力有很大的作用。通過分析不同等級的臭氣密度的幾何平均，得到了不同的氣味強度與其密度之間的關(guān)系，并與韋伯-費希納公式進(jìn)行了比較。針對臭氣強度試驗的偏差和氣味檢測的特殊性，將臭氣強度與臭氣的濃度相關(guān)聯(lián)，利用現(xiàn)場試驗結(jié)果，證實了區(qū)域劃分的合理性，并給出了相應(yīng)的臭氣濃度與臭氣的相關(guān)性。通過與日本的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果表明，二者有很大差異。因此，在實踐中，應(yīng)充分結(jié)合我國國情和檢測技術(shù)的發(fā)展，避免在實踐中盲目地使用國外的試驗資料。

在惡臭評價、檢測和管理中，確定惡臭程度與惡臭的相關(guān)性。通過簡單的氣味強度測定，可以對相應(yīng)的臭氣濃度進(jìn)行預(yù)報，從而迅速地判定出該臭氣的含量，從而為企業(yè)的決策和管理工作打下基礎(chǔ)。試驗時，可按氣味濃度來設(shè)定初始濃度，以達(dá)到迅速、精確的目的。同時，根據(jù)氣味的濃度來判定惡臭的強弱，可以更好地進(jìn)行惡臭的分類和評估，從而為制定惡臭參考值、制定惡臭排放標(biāo)準(zhǔn)等提供依據(jù)。