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Abstract:
Odorintensityandodorconcentrationaretwoimportantindicesusinginodorsensoryevaluation.Therelationshipofodorintensityandodorconcentrationhasimportantrefencevalueontheresearchofodorfiducialvalueandtheformulationofodoremissionstandard.Thispaperanalyzed679odorsamplesthroughstandardodorintensitymeasurementandodorconcentrationmeasurement,calculatedIntensity-ConcentrationRelationshipformula.Basedontheparticularityofodorsensemeasurement,thispaperproposedtheodorconcentrationzonecorrespondingtoeachodorintensity,andcontrastwiththeJapanesedata.TheresultofthismeasurementofferedbasicdataforodorpredictionandodorevaluationresearchinChina.
Keywords:
odorintensity;
odorconcentration;
odorconcentrationzone
恶臭是一种感官污染,恶臭污染的测试和评价以人的主观感觉为依据。
臭气强度和臭气浓度是恶臭感官评价的两个重要指标。
其中,臭气强度测试法测试过程简便,不需要分析仪器,嗅辨员直接嗅辨恶臭样品,通过语言或相应的数字直接描述恶臭对人体的感官影响气臭气浓度测试法是我国恶臭感官测试的标准方法,使用分析仪器将恶臭样品逐级稀释,直至样品无臭,通过统计嗅辨员的嗅觉阈值求得臭气浓度数值,实现了恶臭污染的定量化分析。
臭气强度测试法简便快捷,可以在现场判断恶臭污染的程度;
臭气浓度测试法客观严密,将恶臭污染进行定量化分析,是环境管理部门对恶臭污染进行执法和仲裁的重要依据。
在实际工作中,臭气强度和臭气浓度相互印证,在恶臭预测、评价、管理工作中起重要作用。
由于臭气强度测试法较为简单快捷,根据臭气强度与臭气浓度的对应关系,可在臭气强度测试的基础上,预测臭气浓度的范围,快速判断恶臭排放是否超标,并作出相应的管理乂寸策。
在臭气浓度测试中,可根据臭气强度等级确定起始稀释倍数,快速准确的完成实验,在实验中最大限度的节约人力和实验耗材。
同时,由于恶臭强度测试法的直观性,根据臭气强度与臭气浓度的对应关系,可在臭气浓度测试的基础上,判断臭气强度等级,对恶臭污染程度进行评价和划分,为恶臭基准值的确定、恶臭排放标准的制订等提供重要的数据支持。
日本统计了1983年一1992年之间全国6个主要行业的恶臭测试结果,得出了臭气强度与臭气浓度的
基金项目:
国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ060165);
国家自然科学基金资助项目(21207098)
收稿日期:
2014-05-28;
修回日期:
2014-07-21 *通讯作者:
耿静,工程师,jane_a@
对应关系。
1995年,日本环境省修订《恶臭防止法》,提出以恶臭强度2.5~3.5级作为环境恶臭排放标准的制订依据⑵。
我国的恶臭污染研究起步较晚,恶臭的评价和管理大多借鉴日本的测试数据。
从上世纪九十年代李应芝⑶列举的硫化氢等17种恶臭物质的臭气强度与臭气浓度的关系数据,到近期邹梓等⑷开展垃圾垃圾场臭气评价工作时引用的国内臭气浓度与臭气强度关系式,都与日本《恶臭防止法》中公布的数据一致。
张欢等⑴划分的恶臭污染评价等级,李春芸⑹对臭气浓度和臭气强度两种方法的探讨也都直接或间接引用了日本的测试结果。
但是由于国外的恶臭污染情况与特征污染物质等与我国不尽相同,国外建立的臭气强度和臭气浓度关系式是否与我国的实际情况相符合,需要通过大量的实测数据进行验证。
为了确立我国的恶臭感官评价定量关系,有必要从我国的实际情况出发,收集各个行业的恶臭污染样品,通过规范化的臭气强度测试和臭气浓度测试,统计臭气强度与臭气浓度数据,建立两者的对应关系。
1嗅辨测试
1.1样品来源
国家环境保护恶臭污染控制重点实验室在2012-2013年间对679个恶臭样品进行了臭气强度和臭气浓度的测试。
样品来自20多个企业,涉及的行业包括污水泵站和污水处理、垃圾转运和垃圾填埋、喷漆涂料、工程塑料、机械加工、金属冶炼、铸造材料、香精香料等十余个恶臭污染的典型行业。
1.2测试方法
臭气浓度测定采用国家标准测试方法《空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法》(GBm4675-93)。
测试人员需满足标准中对嗅辨员的要求。
嗅辨过程中,要求嗅辨员应客观、公正、实事求是、不夸大、不肓从。
臭气强度测定采用日本的6级强度测试法,将人对气体的嗅觉感觉划分为0~5级(见表1)。
«
1恶臭强度6级哀示法
级别嗅觉感觉
~无臭
1能稍微感觉出极微弱的臭味,对应检知阈值的浓度范国
2能勉强辨别出臭味的品质,对应确认阕值的浓度范围
3可明显感觉到有臭味
4强烈的臭味
5让人无法忍受的强烈臭味
为了加强臭气强度测试的规范化,臭气强度与臭气浓度由相同的嗅辨员进行测试。
实验前采用日本臭气对策协会推荐的方法I气对嗅辨员进行强度级别的确认训练。
具体方法:
第一步,配制强度为2级、3级、4级的任意恶臭物质,交与嗅辨员进行嗅辨练习。
第二步,配制强度为2级、3级、4级的任意种类的混合臭气,交与嗅辨员进行嗅辨练习。
测试时,嗅辨员根据自己的嗅辨感觉,结合6级强度测试法分级表,报出相应的臭气强度等级。
判定师统计参与实验的6名嗅辨员的答案,去掉最大值和最小值,保留4个中间数据,取平均值。
2结果与讨论
2.1测试结果
6级强度测试法在计算环节会产生0.5级,为了精确计算臭气强度和臭气浓度的对应关系,统计臭气强度时,从0级开始,以0.5级递增至5级。
根据统计,679个样品的臭气强度和臭气浓度分布情况见表2。
表2679个样品的臭气强度和奥气浓度分布情况
强度
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
个数
4
13
127
68
57
31
121
93
111
26
28
浓度范围*
<
10
18
69
12-87
37-309
74-741
173~3090
417-7413
741-13183
3090-23442
7413-173780
浓度比值**
-
7.3
8.4
17.9
17.8
7.6
23.4
注:
*由于三点比较式臭袋法的检出限为10,10以下数据的检测结果记录为<10;
**浓度比值代表臭气浓度最大值和最小值的比值
由表2可知,679个样品的臭气强度覆盖了0~5级的强度级别。
各强度级别均对应一定的臭气浓度范闱。
其中0-2.5级(即无臭到轻微的臭气)之间,臭气浓度的变化范围较小,数值相对稳定;
3.0~4.0级(即明显的臭气到强烈的臭气)之间,臭气浓度的最大值与最小值的比达到17.8-17.9倍,变化范围较大;
4.5级时(即非常强烈的臭气),臭气浓度变化范围较小;
5级对应让人难以忍受的臭气,作为臭气强度的最高级别,臭气浓度数值不存在最大值。
不同臭气强度对应的臭气浓度变化范围与嗅辨过程中臭气愉悦度的影响有关。
在强度值较低(0-2.5级)的情况下,气味比较微弱,气味本身的特征不明确,嗅辨员判断气味强度时不容易受到臭气愉悦度的影响。
在强度值处于3.0-4级时,气味强度处于明显到强烈之间,气味特征比较明确。
由于气味的愉悦度的不同,嗅辨员普遍对于气味好闻的样品报出较低的强度值,对于气味难闻的样品报出较高的强度值。
当强度值达到一定程度后(4级以上),气味非常强烈,任何气味特征的臭气都给人非常难闻的感受,愉悦度对嗅辨员的影响较低。
2.2臭气浓度与臭气强度的对应关系
将各个强度对应的臭气浓度数据取几何平均值后,得出臭气强度和臭气浓度的对应数据,见表3中的原始浓度。
表3679个样品的臭气强度及对应的臭气浓度数据
强度0.00.5
原始浓度・57
24
38
104
281
704
1608
2911
7804
18759
修正浓度.49
21
49
113
265
617
1437
3347
7795
18156
注:
*<
10的数据按照5进行计算
按照实测数据,绘制臭气强度与臭气浓度的关系曲线(见图1),根据图形可知臭气强度与臭气浓度呈现对数关系。
这种对数关系与韦伯一费希纳定律(Webe—Fecher定律)相吻合。
韦伯一费希纳定律是表明心理量和物理量之间关系的定律。
韦伯一费希纳定律表明:
感觉量的增加落后于物理量的增加,物理量成几何级数增长,心理量成算术级数增长闾。
由于臭气强度代表了恶臭对人的心理影响程度,作为心理量;
而臭气浓度代表了恶臭的实际污染程度,作为物理量。
臭气强度与臭气浓度的变化曲线应证了心理量与物理量的变化趋势。
臭气浓度
图1臭气强度与臭气浓度的关系曲线
根据浓强度关系曲线绘制趋势图,拟合出浓强度关系式为:
Y=0.5893InX-0.7877
R2=0.9965
其中,Y为臭气强度,X为臭气浓度。
相关系数IT达到0.9965,证明曲线拟合度较高。
根据拟合出的浓强度关系式修正臭气强度对应的臭气浓度数据,见表3中的修正浓度。
2.3臭气强度对应的臭气浓度区间划分
由于臭气强度测试的主观性,以及恶臭样品的复杂性,臭气强度对应的浓度数据应为一定的区间,而并非固定的数值。
根据表2,实测数据中,某一臭气强度等级下,臭气浓度最大值与最小值的比值在7.3~17.9之间,数据变化范围较大,而且从0级至5级的6个臭气强度对应的臭气浓度存在重叠。
因此,有必要对臭气浓度的区间进行重新的划分。
臭气浓度区间划分的依据:
1)臭气强度测试的误差要求。
根据臭气强度测试的要求,臭气强度的偏差为±
0.5级。
因此,将某一强度等级±
0.5级对应的臭气浓度数值作为该强度等级的最小值和最大值。
2)臭气浓度数值的不连续性。
三点比较式臭袋法按照3倍的梯度对样品进行稀释,直至嗅辨员的嗅觉阈值。
由于稀释后的样品浓度值是不连续的,测试出的臭气浓度数据也是不连续的。
这种不连续性在浓度较高的污染源样品中尤为突出。
为了让臭气浓度区间的划分更加合理,本文以臭气浓度的实测数据作为浓度区间的临界点。
臭气强度对应的臭气浓度区间见表4。
每个臭气强度区间内,臭气浓度的最大值和最小值之间相差4.7~5.6倍左右,数据变化范围较小,而且从0级至5级的6个臭气强度对应的臭气浓度不存在重叠。
用679个实测数据对上述区间划分的合理性进行验证,各强度对应的臭气浓度数据中,区间以内的臭气浓度数据所占的百分比见表4。
表4臭气强度对应的臭气浓度区间
浓度区间
21-98
49-234
98-550
234-1318
550-3090
1318-7413
3090-17378
>
7413
浓度比值
—
〜
4.7
4.8
5.6
百分比(%)
100
87
90
77
74
85
通过验证发现:
恶臭样品臭气浓度的匹配度较高,部分强度等级如0.0级,0.5级和5.0级都达到了100%的匹配。
而臭气浓度变化范围最大的强度等级(3.0-4.0级),臭气浓度数值的匹配度也达到了74%以上。
由此证明了臭气浓度区间划分的合理性。
2.4数据对比
日本在1983年一1992年之间,对6个恶臭污染行业的臭气指数进行了测试,统计了臭气强度与臭气指数的对应区间。
《恶臭防止法》中列举了臭气强度2.5~3.5级对应的臭气指数范围。
将臭气指数换算为臭气浓度后,臭气强度与臭气浓度的对应区间见表5。
表5臭气浓度区间对比
浓度区间(日本)
浓度区间(实测)
10-30
3
16-63
25-125
5543090
通过对比发现,同一臭气强度等级,本文实测臭气浓度区间高于日本公布的臭气浓度区间10~25倍。
根据日本的测试数据,臭气浓度达到600左右,臭气强度将达到5级,即让人难以忍受的强烈的臭气。
但根据本文的测试数据,该臭气浓度对应的级别为3~3.5级,即明显的臭气。
两者之间存在较大的差异。
差异的原因:
其一是国情不同,国外的恶臭污染情况与特征污染物质等与我国不尽相同;
其二是嗅辨员生活环境、饮食习惯、日常习俗等造成的嗅觉能力的差异;
其三是相隔20-30年,测试条件、测试方法的变化和进步。
因此,在开展恶臭污染研究时,研究人员如果不加验证的引用国外的测试数据,会对研究结果产生不利影响。
3结论
1) 本文分析了679个恶臭样品的臭气强度和臭气浓度数值,统计了各个强度值对应的臭气浓度数值变化范围。
结果表明,强度测试中,气味的愉悦度对嗅辨员的产生一定的影响。
2) 根据各强度级别对应的臭气浓度数值的几何平均值,得出臭气强度与臭气浓度的关系曲线,并拟合出关系式,臭气强度与臭气浓度的关系符合韦伯一费希纳定律。
3) 根据臭气强度测试的误差要求和恶臭感官测试的特殊性,划分臭气强度对应臭气浓度区间,并通过实测数据进行验证了区间划分的合理性,确定了臭气强度与臭气浓度的对应关系。
4) 将实测出的臭气浓度区间与日本公布的测试区间做对比,发现两者之间存在较大的差距。
建议国内学者在实际工作中考虑到我国的实际情况和测试技术的发展进步,不要盲目引用国外的测试数据。
5) 建立臭气强度与臭气浓度的对应关系,在恶臭评价、测试、管理工作中起重要作用。
根据简便的臭气强度测试,可预测对应的臭气浓度范围,快速判断恶臭排放是否超标,为决策管理提供技术支持。
测试中,可根据臭气强度等级确定起始稀释倍数,快速准确的完成实验。
同时,通过臭气浓度判断臭气强度等级,能够更直观的对恶臭污染程度进行评价和划分,为恶臭基准值的确定、恶臭排放标准的制订等提供重要的数据支持。
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作者简介:
耿静(1981-),女,河北省人,工程师.从事恶臭污染测试、标准制修订等方面的研究,已发表论文4篇,jane_gj@„
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- 臭气 强度 浓度 定量 关系 研究