臭气浓度与臭气强度相关性研究

刘 媛

（北京市城市管理研究院 生活垃圾检测分析与评价北京市重点实验室，北京 100028）

1 研究背景及意义

臭气是一种感官的污染物，其检测与评估主要基于人类的主观感受。臭气强弱和臭气浓度是两个主要的影响因素。其中，臭气浓度测定方法简单，无需检测设备，由嗅觉人员直接对气味样本进行嗅觉识别，并用文字或相关数据来直观地反映臭气对身体的影响。臭气浓度三点式比较式臭袋法是国内常用的一种实验室臭气浓度检测方法，对实验样品进行逐步的稀释，直到没有异味，再利用嗅辨员计算出臭气的浓度，从而达到定量检测臭气的目的。臭气浓度测定方法简单、快速，能够准确地判定出环境中的异味浓度；通过对臭气的量化、定性的分析，是环境管理部门对恶臭污染进行执法和仲裁的重要依据。

在实践中，臭气浓度与臭气强度是互相验证的，对臭气的预测、评价和管理具有十分关键的意义。可以通过检测臭气的强度来预测其浓度，从而迅速判定其是否超过标准，从而制定出有效的治理措施。在测定臭气浓度时，可以按臭气的强度来决定初始稀释比，从而最大程度地节省试验人员和材料。同时，臭气强度测定方法具有很高的直观性，可以通过臭气浓度的测定来判定臭气的强弱，从而确定臭气的级别，从而为制定恶臭参考值、制定恶臭排放准则等提供依据。

2 研究现状

日本在1983年至1992年期间，曾在国内六大工业中进行过一次臭气检测，并将其与臭气浓度相关联，并于1995年日本环保部修改《恶臭防止法》，建议制定环境臭气等级为2.5~3.5。

国内对恶臭测定的研究相对滞后，对臭气的评估与治理大都是参考日本的试验资料。从20世纪90年代李应芝所列出的17种臭气的强度和臭气的相关性，到最近邹梓等在垃圾堆放区进行臭气评估时所使用的国家臭气浓度与臭气强度的关系，与日本《恶臭防止法》中所载的资料相吻合[1]。

然而，国外的恶臭污染状况、特性污染物等与国内不同，因此，各国所确定的臭气强度和臭气浓度之间的关联式能否与国内的具体状况相符，还有待于大量的实验资料加以证实。要建立国内臭气感知质量的量化指标，必须根据国内的具体国情，采集不同工业企业的臭气样本，进行标准化的臭气强度检测和臭气浓度检测，并进行相应的分析。

3 嗅辨测试

3.1 样品来源

近年来对679个左右臭气样本进行了检测。样本包括污水处理、垃圾转运与垃圾填埋、除臭剂、香料等多个典型的工业。

3.2 测试方法

利用 GB/T 14675—1993 《空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法》进行了臭气的检测。试验员必须符合本规范中有关气味的规定。在嗅辨时，必须做到客观公正，实事求是，不夸大，不盲从。

气味浓度按日本6等级标准进行了检测，将人体的气味感知分为0~5个等级。

为强化臭气强度试验标准化，由同一嗅辨人员对臭气强度和臭气浓度进行检测。在试验之前，根据日本臭气防治学会的建议，进行了强度等级的鉴定培训。步骤：首先，将2级、3级、4级的气味材料交给嗅辨员进行分析。第二个步骤是将2，3，4的不同气味进行调配，交给嗅辨员进行分析。在检测过程中，嗅辨人员会按照自己的气味和6级的检测方法来判断气味的浓度。判定师将6位参加试验的嗅觉人员的回答进行汇总，剔除最大和最小，只留下4个中间值，并求平均。

4 结果与讨论

4.1 测试结果

6等级的强度检测，在运算过程中会生成0.5个等级，为准确地确定臭气强度与臭气浓度之间的关系，从0级到5个等级。从数据上看，679个样本的臭气强度及臭气浓度分布状况如表1所示。

表1 679个样品的臭气强度和臭气浓度分布情况

从表1可以看出，679个实验的气味等级为0~5等级。每个等级的恶臭程度都有一个特定的恶臭浓度区间。在0~2.5等级（也就是没有异味至轻度恶臭）的区间内，气味的浓度波动幅度比较大，数值比较平稳；在3.0~4.0（从显著恶臭至剧烈恶臭）的等级间，最大和最低比率为17.8~17.9，差异幅度很大；在4.5（也就是很大的恶臭），气味的浓度在很短的时间内改变；5级代表着令人无法承受的恶臭，而这股恶臭的程度，是没有上限的。

在气味强度的作用下，气味的浓度变化幅度与气味愉快度的关系密切。当浓度为0~2.5时，其味道会变得很淡，而且它的特性也不是很明显，所以当嗅辨员对味道的强弱进行评估时，它就会变得不那么敏感了。当浓度为3.0~4时，其味道的强弱表现为显著至强弱，其气味特点较为清晰。根据气味的快感程度，嗅辨员一般会给好味道的样本提供更弱的浓度，而味道不好的样本则会给出更高的浓度。当等级提升到4级时，这种味道就会变得很浓，所有的味道都会变得很难闻，而快感则会降低对嗅觉的影响。

4.2 臭气浓度与臭气强度的对应关系

通过计算得到相应于不同强度的气体的平均浓度，得到相应的臭气强度和恶臭的相应数据。

通过测量，得到了恶臭浓度与恶臭强度程度之间的曲线（图1），从图1可以看出，恶臭强度与恶臭浓度是相对的。该对数的对应关系符合韦伯-费希纳定理。韦伯-费希纳法则显示了物质与精神的联系。韦伯-费希纳定理指出：感官数量的增长滞后于物质数量的增长，而物质数量以几何倍率的速度增长，而精神数量则以数学的速度递增。臭气的大小是指人们在精神上受到的臭气的影响，是一种精神上的数量；而臭气的含量则是指臭气的真实污染水平。臭空气中的气味强度和气味浓度关系表明人的心理和身体的运动规律。

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：

在这些指标中，Y表示恶臭的程度，X表示恶臭的程度。该方法的相关性R2为0.996 5，表明该方法具有良好的适用性。通过拟合的稠密强度公式，调整了相应的恶臭气体的含量。

3.3 臭气强度对应的臭气浓度区间划分

鉴于臭气强度试验具有主观性和难闻样本的复杂程度，因此，其相应的臭气浓度应该在某一范围内，而不是一个确定的数值。不同的臭气强度级别，不同级别的恶臭气体的最大和最大的比率为7.3~17.9（见表1），其数值变化幅度很大，0~5个级别的6种不同程度的恶臭程度有一定的重合。为此，需要重新对臭气的区域进行重新分类。

气味浓度的分区是：①气味强度试验中的偏差。在气味浓度试验中，气味浓度值的变化幅度为-0.5。以特定的强度等级±0.5级别的恶臭气体浓度值为最大、最小。②恶臭的浓度数字间断。用三个比例法将样本按3个不同的浓度进行稀释，直到气味敏感者的气味阈值为止。因为被稀释的样本的密度不是连续性的，所以检测到的气味的浓度也是断断续续的。在高浓度的污染样本中，这一间断性特别明显。采用现场测量的恶臭气体浓度值为临界值，使其分布范围更为科学。

相应的恶臭气体的浓度范围如表2所示。不同的气味强度区域，其最小与最大差为4.7~5.6，其数值变化幅度很小，0~5的6种不同的气味强度没有重合。

表2 臭气强度对应的臭气浓度区间

检验结果表明：在不同的环境中，不同的臭气样本的气味分布具有很高的一致性，其中某些级别为0，0.5和5.0级别均有100%的一致性。而在最大的恶臭浓度（3~4）的强度级别中，其恶臭的含量与恶臭的浓度值之间的相关性也超过了74%。从而论证了区域内的恶臭气体的分布是合理的。

4.4 数据对比

日本于1983年至1992年期间，测定了6家工业的臭气指标，并计算出相应的臭气浓度与臭气指标。《恶臭防止法》列出了相应于2.5~3.5等级的臭气指标。将恶臭指标转换为恶臭的浓度，其相应的恶臭程度和恶臭的浓度值如表3所示。

表3 臭气浓度区间对比

经比较，在相同的恶臭程度下，本研究测定的恶臭气体的含量范围要大于日本的10~25倍。日本的检测结果显示，当气体的质量在600以上时，其气味等级将会上升至5个级别，这是一种令人无法承受的恶臭。但是，从试验结果来看，这种气体的等级在3~3.5之间，属于很大的恶臭。二者差别很大。差异的成因：①各国的国情不同，外国的环境和特点污染物与国内有很大差别；②由于生活环境、饮食习惯、生活习惯等因素导致了不同的气味；③测试条件与方法的改变与发展，间隔20~30a。所以，在进行臭气污染的实验中，若随意地使用国外试验资料，将会对实验的效果造成负面的效果。

4 结论

通过对679种不同气味样本进行了臭气强度及臭气含量的计算，并进行了相应的数据处理。实验发现，在强度试验中，嗅觉快感对嗅觉能力有很大的作用。通过分析不同等级的臭气密度的几何平均，得到了不同的气味强度与其密度之间的关系，并与韦伯-费希纳公式进行了比较。针对臭气强度试验的偏差和气味检测的特殊性，将臭气强度与臭气的浓度相关联，利用现场试验结果，证实了区域划分的合理性，并给出了相应的臭气浓度与臭气的相关性。通过与日本的试验数据进行比较，结果表明，二者有很大差异。因此，在实践中，应充分结合我国国情和检测技术的发展，避免在实践中盲目地使用国外的试验资料。

在恶臭评价、检测和管理中，确定恶臭程度与恶臭的相关性。通过简单的气味强度测定，可以对相应的臭气浓度进行预报，从而迅速地判定出该臭气的含量，从而为企业的决策和管理工作打下基础。试验时，可按气味浓度来设定初始浓度，以达到迅速、精确的目的。同时，根据气味的浓度来判定恶臭的强弱，可以更好地进行恶臭的分类和评估，从而为制定恶臭参考值、制定恶臭排放标准等提供依据。