惡臭監測測定評價方法的比較與研究進展

張鑫

（山西省環境監測中心站，太原 030027）

惡臭是指大氣、水體及廢棄物等物質中能引起人們不愉快及損害生活環境的氣體物質，作用于人的嗅覺器官而被感知，現已成為世界七大環境公害之一。惡臭是由數十種甚至上百種成分形成的混合氣體[1]，主要來自于工業污染源，包括石油化工、塑料橡膠、醫藥農藥、造紙化肥、煉油煉焦等。

近年來，我國非常重視對惡臭的監測與防治，《國民經濟和社會發展十二五規劃綱要》中明確提出要加強對惡臭污染物的治理，《惡臭污染物排放標準》（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，保護和改善環境而制定的。相關環境標準還有《空氣質量 惡臭的測定三點比較式臭袋法》（GB/T 14675-93）及《惡臭污染環境監測技術規范》（HJ 905-2017）。另外還有一些省市發布了相關的地方標準，如天津市的《惡臭污染物排放標準》（DB 12-059-95）、上海市的《惡臭（異味）污染物排放標準》（DB 31/1025-2016）和河北省的《生活垃圾填埋場惡臭污染物排放標準》（DB 13/2697-2018）等。國內涉及惡臭標準的還有《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB 16889-2008）、《飲食業油煙排放標準（試行）》（GB 18483-2001）、《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2014）等。

惡臭對人體的毒害作用，主要表現在妨礙正常呼吸功能、消化系統和內分泌系統等方面。其中惡臭中的氨和醛類對眼睛有較強的刺激，長期影響甚至會使嗅覺脫失，最后導致大腦皮層興奮與抑制的調節功能失調[2、3]。

1 惡臭的測定評價方法

惡臭污染物化學性質多變，物質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雜的惡臭源，要將物質種類與濃度綜合分析，共同作為評價惡臭污染物質的依據。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80年代中后期就開始了對惡臭污染嗅覺測定技術的研究工作，主要借鑒日本的技術和方法。嗅覺測定法是依據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，不需要復雜操作，是一種可直接給出惡臭污染對于環境影響的測定方法。

1.1.1 臭氣強度法

該法是根據惡臭氣味的強弱，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果。嗅辨員類似于香精、煙草、酒類鑒定技術中的鑒定師。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，并受到經歷、主觀意識、環境本底、身體狀況和喜好等因素的影響，結果誤差會較大，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。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計，計算得到樣品的臭氣濃度。

該法的優點是操作簡單便捷、實用性強，樣品不存在交叉污染，測量的重復性和再現性較好，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，并且要求建立相應的嗅辨實驗室，導致分析成本較高；2）分析結果手工記錄和運算，極易出現人為誤差；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；5）很難對惡臭氣體的組分做量化分析；6）應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），或對復雜的臭氣混合物通過測定一種或幾種代表性強的物質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/質譜聯用儀（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儀器分析方法的優缺點。由于惡臭成分大都是有機成分，所以GC和GC/MS在復雜臭氣物質的定性定量分析中發揮了優勢。

儀器測定法優點是客觀、精度高、數據客觀、可定性定量氣體組分，連續測定，并能實現自動檢測，作為制定法律的依據，追蹤污染源。但同時也存在以下問題：1）定性定量困難。惡臭物質成分復雜，許多臭氣物質的濃度很低，無法得到這些氣體標準樣品；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果與惡臭之間的關系。

2 研究進展

2.1 電子鼻

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

電子鼻既具有快速明確的優點，又避免了現在化學方法無法檢測到混合臭味物質協同效應的難題，而且不需要將臭味物質從吸附物中分離。除了費用低、速度快、污染少、更穩定、重現性高外，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，還能預測未知樣品的臭氣濃度等級。隨著傳感器的發展[7]和成本的降低，電子鼻會逐漸成為接觸式傳感器技術的一個主要發展方向。電子鼻按功能模塊區分如下圖。

電子鼻功能模塊區分圖

2.2 便攜式GC-MS

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

便攜式GC-MS具有分析范圍廣、分析速度快、定性準確、靈敏度高、使用攜帶方便等優點，已成為環境現場監測必不可少的監測儀器。

2.3 便攜式惡臭測定儀

便攜式惡臭測定儀可在現場直接得出數據，操作簡便，正被越來越多的國家和地區采用。如美國的The Nasal Ranger＠Field測量儀。使用此儀器和國標測定方法同時對制藥廠、皮革廠等企業的廠界環境空氣無組織排放臭氣濃度進行測定[10]，結果表明二者的測量值基本在同一范圍內，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或習慣，可以現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。

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