臭氣濃度與臭氣強度相關性研究

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，無需檢測設備，由嗅覺人員直接對氣味樣本進行嗅覺識別，并用文字或相關數據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常用的一種實驗室臭氣濃度檢測方法，對實驗樣品進行逐步的稀釋，直到沒有異味，再利用嗅辨員計算出臭氣的濃度，從而達到定量檢測臭氣的目的。臭氣濃度測定方法簡單、快速，能夠準確地判定出環境中的異味濃度；通過對臭氣的量化、定性的分析，是環境管理部門對惡臭污染進行執法和仲裁的重要依據。

在實踐中，臭氣濃度與臭氣強度是互相驗證的，對臭氣的預測、評價和管理具有十分關鍵的意義。可以通過檢測臭氣的強度來預測其濃度，從而迅速判定其是否超過標準，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、制定惡臭排放準則等提供依據。

2 研究現狀

日本在1983年至1992年期間，曾在國內六大工業中進行過一次臭氣檢測，并將其與臭氣濃度相關聯，并于1995年日本環保部修改《惡臭防止法》，建議制定環境臭氣等級為2.5~3.5。

國內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90年代李應芝所列出的17種臭氣的強度和臭氣的相關性，到最近鄒梓等在垃圾堆放區進行臭氣評估時所使用的國家臭氣濃度與臭氣強度的關系，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不同，因此，各國所確定的臭氣強度和臭氣濃度之間的關聯式能否與國內的具體狀況相符，還有待于大量的實驗資料加以證實。要建立國內臭氣感知質量的量化指標，必須根據國內的具體國情，采集不同工業企業的臭氣樣本，進行標準化的臭氣強度檢測和臭氣濃度檢測，并進行相應的分析。

3 嗅辨測試

3.1 樣品來源

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

3.2 測試方法

利用 GB/T 14675—1993 《空氣質量惡臭的測定三點比較式臭袋法》進行了臭氣的檢測。試驗員必須符合本規范中有關氣味的規定。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等級標準進行了檢測，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準化，由同一嗅辨人員對臭氣強度和臭氣濃度進行檢測。在試驗之前，根據日本臭氣防治學會的建議，進行了強度等級的鑒定培訓。步驟：首先，將2級、3級、4級的氣味材料交給嗅辨員進行分析。第二個步驟是將2，3，4的不同氣味進行調配，交給嗅辨員進行分析。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行匯總，剔除最大和最小，只留下4個中間值，并求平均。

4 結果與討論

4.1 測試結果

6等級的強度檢測，在運算過程中會生成0.5個等級，為準確地確定臭氣強度與臭氣濃度之間的關系，從0級到5個等級。從數據上看，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間。在0~2.5等級（也就是沒有異味至輕度惡臭）的區間內，氣味的濃度波動幅度比較大，數值比較平穩；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系密切。當濃度為0~2.5時，其味道會變得很淡，而且它的特性也不是很明顯，所以當嗅辨員對味道的強弱進行評估時，它就會變得不那么敏感了。當濃度為3.0~4時，其味道的強弱表現為顯著至強弱，其氣味特點較為清晰。根據氣味的快感程度，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。當等級提升到4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關系

通過計算得到相應于不同強度的氣體的平均濃度，得到相應的臭氣強度和惡臭的相應數據。

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。該對數的對應關系符合韋伯-費希納定理。韋伯-費希納法則顯示了物質與精神的聯系。韋伯-費希納定理指出：感官數量的增長滯后于物質數量的增長，而物質數量以幾何倍率的速度增長，而精神數量則以數學的速度遞增。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系表明人的心理和身體的運動規律。

圖1 臭氣強度與臭氣濃度的關系曲線

根據濃強度關系曲線繪制趨勢圖，擬合出濃強度關系式為：

在這些指標中，Y表示惡臭的程度，X表示惡臭的程度。該方法的相關性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，調整了相應的惡臭氣體的含量。

3.3 臭氣強度對應的臭氣濃度區間劃分

鑒于臭氣強度試驗具有主觀性和難聞樣本的復雜程度，因此，其相應的臭氣濃度應該在某一范圍內，而不是一個確定的數值。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域進行重新分類。

氣味濃度的分區是：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惡臭的濃度數字間斷。用三個比例法將樣本按3個不同的濃度進行稀釋，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性的，所以檢測到的氣味的濃度也是斷斷續續的。在高濃度的污染樣本中，這一間斷性特別明顯。采用現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。

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

表2 臭氣強度對應的臭氣濃度區間

檢驗結果表明：在不同的環境中，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性也超過了74%。從而論證了區域內的惡臭氣體的分布是合理的。

4.4 數據對比

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

表3 臭氣濃度區間對比

經比較，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。日本的檢測結果顯示，當氣體的質量在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，外國的環境和特點污染物與國內有很大差別；②由于生活環境、飲食習慣、生活習慣等因素導致了不同的氣味；③測試條件與方法的改變與發展，間隔20~30a。所以，在進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面的效果。

4 結論

通過對679種不同氣味樣本進行了臭氣強度及臭氣含量的計算，并進行了相應的數據處理。實驗發現，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系，并與韋伯-費希納公式進行了比較。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聯，利用現場試驗結果，證實了區域劃分的合理性，并給出了相應的臭氣濃度與臭氣的相關性。通過與日本的試驗數據進行比較，結果表明，二者有很大差異。因此，在實踐中，應充分結合我國國情和檢測技術的發展，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性。通過簡單的氣味強度測定，可以對相應的臭氣濃度進行預報，從而迅速地判定出該臭氣的含量，從而為企業的決策和管理工作打下基礎。試驗時，可按氣味濃度來設定初始濃度，以達到迅速、精確的目的。同時，根據氣味的濃度來判定惡臭的強弱，可以更好地進行惡臭的分類和評估，從而為制定惡臭參考值、制定惡臭排放標準等提供依據。