电子鼻在石化园区中的应用

童贤清，刘 霞，谢 飞，王进锋，许怀中，冯远福

（四川省天晟源环保股份有限公司，四川 成都 641000）

0 引言

在石化园区生产和处置阶段都有不同程度的恶臭污染产生，不仅会影响周边人们的正常生活，还会对人体健康造成严重危害，而电子鼻是当前恶臭环境监测的有效方法。达到相关标准的工业区可应用电子鼻及时开展环境整治工作，未达到标准的工业区可应用电子鼻预防恶臭污染，有效减少对环境的破坏。基于此，对化学工业区恶臭监测中的电子鼻运用情况进行分析，能够为预防和治理环境污染提供一定的思路。

1 石化园区的恶臭污染

恶臭污染是各种环境污染问题中能够直接对人们生活产生影响的污染问题。各种气体分子在空气中不断运动时，容易被人体吸入，而后与人体的嗅觉细胞发生作用，由嗅觉细胞将气体的气味传递至脑部神经。经调查，石化园区在生产经营中排放的各种恶臭污染物，与生产工艺有直接关系，这些恶臭物质大多由各种不同的气体化合物组成[1]。在恶臭浓度较低的情况下，恶臭气味也会给人体健康造成一定的影响，在恶臭浓度较高的环境下，不仅会导致人体出现头昏、恶心、精神不集中、食欲不振等多种情况，还会严重影响到人们的正常生活。近年来，石化园区的恶臭污染已经成为影响园区环境质量的重要因素，部分石化园区的恶臭问题被居民投诉。

从石化园区恶臭污染产生的物质组成来看，石油炼制是产生恶臭污染的主要原因。原油本身是高硫物质，在石油炼制的过程中，原油经过加热、加压以及催化等加工程序都会产生有毒有害的物质。其中，硫化氢、各种低分子的硫醇以及硫醚等物质对恶臭污染影响较大，且广泛分布于整个石油炼制过程中，即便能够对其进行处理，也会在大气环境和工况的影响下不断运动而对环境造成污染[2]。加之现代科学技术水平的提高，虽然优化了化学工业区的生产工艺和流程，但也导致更多的化学物质参与到工业生产中，因而产生的恶臭物质种类也越来越多。基于恶臭污染对周边环境和人体健康的影响，现阶段主要采用对环境进行恶臭强度监测的方法，尽快找出恶臭污染的源头，从而采取有针对性的防治恶臭污染措施。

2 在石化园区恶臭监测中应用电子鼻的情况分析

石化园区的生产运营是导致恶臭污染的主要原因，当前我国针对恶臭强度监测应用的方法一般包括三点比较式嗅袋法和气相色谱法。由于电子鼻是一种气味扫描仪，在恶臭监测中，电子鼻主要以三点比较式嗅袋法为原理，其能够有效弥补传统监测方法的缺陷和不足。在分析化学工业区恶臭监测中应用电子鼻的情况时，可以从3 个方面入手。

2.1 电子鼻的应用依据

电子鼻是一种用于恶臭监测的新型仪器，且以三点比较式嗅袋法为理论依据。其中，三点比较式嗅袋法是用于检测恶臭污染的传统方法，能够满足不同排放形式和不同恶臭源的气体样品检测要求，并且在整个检测过程中不会受到恶臭物质种类、范围以及浓度的影响[3]。该方法在实际应用中，需要取3只无臭袋，先向其中两只无臭袋充入无臭空气，再向另一只无臭袋充入需要被监测的恶臭气体。嗅辨员需要对3 只无臭袋中的气体进行嗅辨，而后将无臭袋中的气体逐级稀释，再进行嗅辨，直到被测气体样品中的臭味浓度小于嗅辨员的嗅觉阈值。为了保证测定结果的准确性，应用该检测方法时，通常需要多个嗅辨员同时对气体样品进行测定，然后依据各个嗅辨员的个人阈值以及所有嗅辨员的平均阈值得出气体样品中的臭气浓度。在应用过程中，主要依靠嗅辨员对恶臭气体的敏感程度来作为评价的依据[4]，因此对嗅辨员的专业能力要求较高。但长时间进行气体监测，嗅辨员容易产生嗅觉疲劳，而且会在一定程度上危害到人体健康，因此应用三点比较式嗅袋法的时候切勿进行连续性的、长时间的动态恶臭污染监测。

我国对石化园区的恶臭污染监测和防治工作起步较晚，在应用三点比较式嗅袋法的过程中，虽然对恶臭嗅觉测试方法的应用流程和评判标准进行了规范，但该方法存在一定的缺陷，难以满足在全国推广和应用恶臭检测方法的要求。从三点比较式嗅袋法的实际应用经验来看，该方法存在两个方面的问题：①由于不同石化园区的污染源排放方式、排气筒位置、工业区风向存在差异，导致采样点获取的气体样品有可能不具备代表性，致使监测结果与实际情况不符[5]。②嗅辨员自身的嗅辨能力以及工作状态也会影响到恶臭监测的结果。对于恶臭气体浓度较高的样品，嗅辨员容易因吸入气味过于浓烈的气体而减弱嗅辨员的专业能力，导致监测工作无法持续进行。

电子鼻（图1）是在三点比较式嗅袋法的基础上，以传感器这一气敏元件来代替嗅辨员的工作，同样能够通过感官测定的方式对气体样品中的臭气浓度值进行监测。

图1 电子鼻

2.2 电子鼻恶臭监测系统的运行原理

在应用电子鼻代替人鼻子对恶臭气体进行臭气浓度测定的同时，围绕电子鼻构建一个能够直接应用于恶臭气体监测的系统，不仅可以克服当前化学工业区恶臭污染中恶臭物质种类较多的困难，而且能够借助更先进的信息管理系统，对恶臭监测得到的数据结果进行计算，减少以往应用三点比较式嗅袋法中人工计算的误差，从而提高恶臭监测的准确性。

电子鼻恶臭监测系统以传感器为主体，能够将传感器与识别恶臭气体能力的装置和自动留样系统结合起来，在传感器捕捉到气体样品中的臭味气体之后，借助系统装置中的电化学传感器和光离子化检测（photo ionization detector,PID）传感器直接得出氨气、硫化氢等恶臭气体的浓度值。具体而言，电子鼻恶臭监测系统主要包括气体采集控制系统、气敏传感器阵列、信号处理子系统以及模式识别子系统这4 个部分，在实际运行中，先由监测仪和控制器采集气味分子的信息，将其在经过气敏传感器，而气味分子会直接被气敏传感器阵列所吸附并生成气味信号，然后将信号直接传送到信号处理子系统当中，由系统进行加工处理，最终由模式识别子系统对信号处理的结果进行判断。

电子鼻恶臭监测系统在实际应用中能够针对不同组成的气体样品选择不同的进样方式，并满足在线进样的要求，具有可操作性强的特点，加之该系统操作便捷、对气体信息的监测水平较高，因而能够满足工业多个生产部门的恶臭监测要求。从恶臭监测的角度来看，恶臭监测曲阳本身较为困难，以往的采样过程难以直接反映出恶臭强度和真实准确的效果。电子鼻恶臭监测系统能够在三点比较式嗅袋法的基础上，通过与三点比较式嗅袋法的对比实验来弥补该传统方法在实际应用中的不足，进而细化系统在线监测的功能，并保证监测结果的准确性和相关性。

2.3 电子鼻的实际应用效果

将电子鼻恶臭监测系统应用到石化园区的恶臭监测中，可以对电子鼻和监测系统的应用效果进行更加科学的评价。在石化园区中，由于石油企业和化工企业的生产工艺和流程不同，所产生的恶臭物质组成也存在一定差异。因此，本文选取了某化工厂为恶臭污染监测的主体，在应用电子鼻恶臭监测系统对该化工厂进行48 h 的监测后（以每天0 点为监测时间起点），得到的监测结果如图2所示。

从图2可以看出，该化工厂在凌晨0—4 点的恶臭污染值要明显高于其他时间段。结合该化工厂的生产情况可以发现，该时间段外部活动较少，空气流动较慢，不利于恶臭气体疏散。

图2 某石化园区48 h 的恶臭污染值变化情况

考虑到影响恶臭检测值变化的主要因素，在进行电子鼻恶臭监测系统的应用实验时，应重点分析化学工业区在冬夏时段的恶臭污染变化情况，进而判断天气因素是否影响恶臭监测值。本文以某化工厂为主要监测对象，并选取该化工厂的某一具体点位，统计其在冬天和夏天的恶臭污染平均值变化的情况，得到的监测结果如图3所示。

图3 某化工厂某一点位的恶臭污染月平均值变化情况

从图3中可以发现，位于冬季的12月、1月和2月的恶臭污染值高于其他月份。根据化工厂的实际运行情况可知，该化工厂在冬季因受到空气湿度和雾霾天气的影响，使得臭味气体分子难以消散，导致空气中恶臭气体的浓度含量较高。

通过分析化工厂的恶臭污染情况可知，电子鼻恶臭监测系统的应用，可以实现24 h 不间断地监测恶臭污染环境的要求。例如，系统在接收数据信息之后，立即将其发送至电脑和管理系统终端，以便相关人员开展对比和分析工作。若在对比分析的过程中出现异常情况，系统将在第一时间发出预警。

由于异味污染具有瞬时性和不确定性的特点，人工恶臭监测技术往往很难在第一时间找到异味发生的具体位置，阻碍了监测臭味浓度的工作进度，且传统监测方法的应用与环境监督执法工作的开展之间也存在着较为明显的时间差，极易影响恶臭检测的效果和环境执法的效率。而电子鼻在实际应用中能够满足多个点位布置的要求，将恶臭监测的范围扩大到整个石化园区，不仅可以对石化园区的恶臭污染浓度变化情况进行实时监测，而且能够以更快的速度锁定出现异常情况的区域，从而为环境监测提供更加准确的依据。在此过程中，电子鼻通过准确判断异味的产生来源，及时将监测到的异味信息保存并传输到管理系统当中，为监测人员提供分析依据。由此可见，监测人员借助监测系统和设备，可判断化学工业区恶臭污染的实际情况，及时向企业发出环境污染的警示，进而有效预防严重的恶臭污染事故，并以更准确的监测信息来实现对石化园区的在线实时监测。

3 结语

综上所述，以电子鼻为主体的恶臭环境监测系统，能够有效提高恶臭检测的实际效果，细化恶臭监测的标准，适应多种环境下的恶臭监测要求。相比于人工恶臭监测法，电子鼻在石化园区的恶臭监测中能够呈现出明显的优势，不仅可以提供恶臭监测的实时数据，而且能够提高恶臭监测结果的准确性，并依据收集的数据来发布恶臭污染的预警信息，推动恶臭污染的整治工作更为有效、有序。