国内外一些恶臭浓度值OU测定方法介绍
2020-06-02 08:04:11 艾方立科技
国内外一些恶臭测定方法介绍
1.成分浓度分析法
对恶臭物质的成分浓度进行分析一般依赖于先进的分析仪器，通常使用的仪器主要有气相色谱仪（GC）、气相色谱/质谱联用仪（GC/MS）、液相色谱仪（HPLC）、紫外-可见分光光度计等；另外针对恶臭污染的测试，还有电子鼻、传感器、简易快速检测管 等专用仪器。目前我国8种恶臭受控物质的分析方法如下表：
2.紫外-可见分光光度法
紫外-可见分光光度法（ultraviolet-visible spectrophotometry）是利用物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析的方法。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法(60-400nm)和可见分光光度法(400-750nm)，合称为紫外一可见分光光度法。
紫外-分光光度法测定恶臭物质浓度是利用恶臭物质与相应的显色剂发生显色反应生成特定的物质，经紫外线或可见光照射后，物质分子中价电子对辐射产生吸收的原理进行测定。例如次氯酸钠-水杨酸分光光度法测定氨，用稀硫酸吸收空气中的氨气，生成硫酸氢铵。在亚硝基铁氰化钠存在下，以酒石酸钾钠作掩蔽剂，铵离子、水杨酸和次氯酸钠反应生成蓝色化合物，根据颜色深浅，用分光光度计于波长698 nm处，用1 cm比色皿，以水为参比，测定吸光度，计算气体中氨的浓度。
紫外-可见分光光度法常存在着干扰物质多，且显色物质稳定性相对较差等缺点。
3.色谱法
色谱法适合多组分、低浓度物质的分离、测定，但是由于相当一部分的恶臭物质嗅觉阈值较低（如甲硫醇的嗅阈值为0.07 ppb），现有检测器无法检出。因此通常需要采用浓缩预富集手段来满足物质检出限的要求。由于大多数的恶臭物质为挥发性有机污染物（VOCs），因此对于恶臭物质的富集浓缩可以借鉴VOCs的富集浓缩方法。目前VOCs常用的富集浓缩方法主要有罐采样-低温冷阱浓缩-气相色谱/质谱法和固体吸附-热脱附-气相色谱/质谱法，这两种方法已经被美国环保署（USEPA）列为VOCs的标准分析方法，分别为EPA TO-14、TO-15和TO-17方法。
（1）罐采样-低温冷阱浓缩-气相色谱/质谱法
罐采样-低温冷阱浓缩-气相色谱/质谱法（EPA TO-14、TO-15）的基本原理是用经特殊处理的不锈钢罐采集空气样品，进行样品的低温浓缩并除去惰性气体后，经气相色谱/质谱（GC/MS）定性、定量测定空气中的VOCs。由于该方法可以将大体积的气体样品浓缩至微量体积，浓缩倍数zui多可达近千倍，故检出限可达到ppb甚至ppt级。
罐采样-低温冷阱浓缩-气相色谱/质谱法具有以下优点：
①可以采集到完整的样品；
②不存在穿透体积（Breakthrough Volume）的问题；
③无需使用溶剂或加热解析；
④可重复分析；
⑤通过限流阀可以采集一段时间内的样品。
该方法的缺点是：
①存在壁吸附；
②不能排除非目标物的干扰；
③采样罐和低温冷阱浓缩系统本身造价较高；
④采样罐体积较大，大批量的样品采集携带不是很方便。
（2）固体吸附-热脱附-气相色谱/质谱法
固体吸附-热脱附-气相色谱/质谱法（EPA TO-17）的基本原理是使用无油采样器采集空气，使空气通过装有一种或多种固体吸附剂的吸附管（采样管），然后将吸附管放入加热器中迅速加热，被分析物质从吸附剂上脱附后，再经气相色谱/质谱进行VOCs的定性、定量分析。
吸附剂的种类、性质及其选择性对于吸附浓缩/热脱附技术是至关重要的。通常，按照吸附剂所用材料的性质、结构可将吸附剂分为无机吸附剂和有机多孔聚合物吸附剂两大类。无机吸附剂主要有活性炭、石墨化碳黑、硅胶、氧化铝、分子筛。无机吸附剂通常具有较大的比表面积、较高的使用温度，比有机吸附剂的极性要强，适合吸附极性化合物。但是多数无机吸附剂亲水性强，遇水容易失活，不适合分析湿度大的样品。有机多孔聚合物吸附剂包括Tenax、XAD-2、Porapak、Chromasorb等。这些材料多为疏水性、背景低、反应活性低，不适合捕集易挥发性物质和强极性物质。由此可见，不同的吸附剂的应用范围受其本身的性质限制，因此使用中常常会将几种吸附剂组合起来，例如30mm Tenax GR和25mm CarbopackTMB组成的吸附管，适用于捕集C6~C20范围内的化合物，在任何湿度下采样体积可达2L，对于C7以上的化合物采样体积可扩大到5L。
热脱附仪是对吸附浓缩得到的样品进行加热解析的设备，其解析温度、时间和载气流速一般可调。从原理上来说，热脱附有一级脱附和二级脱附两种。一级脱附是将被吸附物解析后直接利用载气吹到气相色谱柱，但往往产生不同程度的峰扩散，且载气流量大，因此很难在毛细管柱上应用。二级热脱附将一级脱附的物质重新进行吸附富集/解析，从而减少峰扩展，可改善色谱的分离效率，故应用较广。目前，第二次吸附富集主要是利用低温的方法将解析样品进行再次浓缩。通常采用的低温浓缩方法为机械制冷、半导体电子制冷和液氮制冷等。
固体吸附/热脱附气相色谱-质谱法具有以下优点：
① 检出限低，可以达到ppb级甚至ppt级；
② 无需使用有机溶剂；
③ 吸附管可重复使用；
④ 吸附管体积小，易于携带。
该方法的缺点主要有以下几方面：
①由于不同的吸附剂具有一定的选择性，因此不能捕集到完整的气体样品；
② 某些吸附剂本身背景较高；
③ 存在穿透体积的问题。
对于一些在GC或GC/MS上响应较差的恶臭物质，还可采用液相色谱进行分离测定，如2,4-DNPH衍生HPLC测定空气中的醛酮类物质（可参考USEPA TO-11方法）。
尽管通过样品的前处理将恶臭物质富集浓缩可以满足很多物质的测定检出限，但无法直接给出恶臭对人类感官的影响程度。
4.电子鼻法
电子鼻也称人工嗅觉系统， J. W. Gardner给电子鼻下的定义是:“电子鼻是由一种有选择性的电化学传感器阵列和适当的识别装置组成的仪器,能识别简单和复杂的气味。”电子鼻的工作原理主要是利用传感器模拟生物鼻感应气体中的化学成分，产生可以用来测量的物理量的变化，一般由传感器阵列、信号预处理单元和模式识别单元等三大部分组成。目前常用的传感器包括有石英晶体微平衡传感器(QCM ) 、金属氧化物传感器、导电聚合物传感器、表面声波传感器以及光纤传感器等，其中以导电聚合物传感器的应用zui为普遍。该技术zui早应用于食品工业, 用以鉴别食品的质量。近年来，电子鼻技术在恶臭污染源调查及其影响评价等方面也得到一定的应用。
李湘中、Lam.W.S等曾利用电子鼻分析垃圾填埋场和厂界的恶臭样品，对照两者的气味指纹谱图，确认了填埋场厂界恶臭具有和城市垃圾挥发的气体具有相近的性质。
由于受传感器种类的限制，电子鼻技术尚不能满足对所有恶臭物质测试的需要。目前，市场所见的电子鼻只适合于半定量的分析要求。此外, 该方法的缺点同样是测定结果无法直接给出恶臭对人的影响程度。
5.臭气浓度传感器法
为了解决一般传感器测定结果不能直接反映恶臭对人影响的问题，日本的研究工作者依据韦伯—费希纳公式对传感器的响应信号进行处理，测定结果可以直接读出臭气浓度值。使用该传感器分析实际样品前需要建立恶臭物质浓度的对数值与传感器相应信号的关系曲线。当分析实际样品时信号处理单元会根据传感器感应物质的浓度，转化为相应的臭气浓度对数值。
由于这种臭气浓度传感器没有采用传感器阵列，因而一种传感器往往只适合某一类的恶臭化合物，对于复杂的混合气体所得到的结果偏差较大。但是由于该仪器操作简单，不需要太多试验人员，因此目前更多的应用于污染物比较简单的工厂进行自检。
6.检测管法 简易快速检测管
在工业生产过程中，工作现场经常会被一些有毒害和易燃易爆的气体或蒸汽所污染。为了能及时反应现场状况，以便发现事故隐患，需要一种既快速简便，又有足够准确度和灵敏度的分析方法来代替试验室里常规的费时繁琐的化学分析方法。
在这种情况下，检测管式气体测定技术应运而生。它是由气体检测管和采样装置组成。这种技术近年来在国内外发展很快，应用范围越来越广泛。在恶臭气体应急检测或者高浓度简易测量方面此法应用较多。现在能用检测管测定的恶臭气体主要包括硫化氢、氨、苯乙烯、硫醇等。
气体检测管是在一个固定长度和内径的玻璃管内，装填一定量的检测剂，用塞料加以固定，再将玻璃管两端熔封。检测剂形成一个指示层，当含有被测物质的气体定量地通过管子时，检测剂变色长度与被测气体浓度成正比例，从检测管上印制好的刻度可以得知被测气体的浓度。检测剂的选择及其与载体的配比决定了检测管可测物质的成分和量程范围。
气体检测管法实质上是将化学分析方法仪器化，化学分析的一切步骤在检测管法中也同样地被采用着，只是在制造检测管时被工业化手段所取代，使用时不再需要任何试剂及测前准备工作，仅有采样和结果显示两步，而这两步又是同时进行的，所以该方法具有操作简便、快速的特点，加之体积小，携带方便，对任何现场人员稍加指导就可使用，在几十秒至几分钟内就可测得结果，适合于现场测定。但是这种方法灵敏度低、准确性还有待提高，因此多被用来工厂自检或监测部门初步调查时使用。
垃圾中转站、垃圾处理厂、污水处理厂、屠宰厂、厂界、化工园区、石油石化、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、自来水厂、医药车间、烟草公司、大气环境监测、科研院校、楼宇建设、消防报警、工业过程化控制、锅炉房、地下隧道、输油管道、加气站、地下管网检修、室内空气质量检测、食品加工、杀菌消毒、冷冻仓库、农药化肥、杀虫剂生产等等
1、快速了解恶臭排放规律，保证监测数据时效性
随着人们水平的提高，环保意识的增强，人们对生活环境的质量要求越来越高，恶臭造成的民众投诉的数量也逐年激增。而传统的人工嗅辨恶臭监控手段，通常需要以下几个操作流程：
2、接警→现场采样→送样→人工配气→人工嗅辨→出具报告
由于操作环节众多，各个环节要求的人工比较多，传统分析手段存在着时效性、数据的客观性差、人工成本高等一系列问题，无法满足日益增加的恶臭监测的要求。
近年来，由于恶臭排放导致的居民和企业冲突越来越多，居民上访越来越频繁。环保整治、尤其是恶臭整治已经成为了一项涉及到社会稳定和谐的重要工程。而恶臭排放的时效性、不确定性，又导致了环保部门的取证难、执法难，因此迫切需要建立实时的、高效的、快速的恶臭自动监测系统，对恶臭情况进行24小时连续监控。
3、提升环保自动监测能力，提高环境管理水平
1.1.首先，监测周期短，取得监测数据后可实时通过有线或无线方式传输至中控室，保证监测数据的时效性。
1.2.其次，通过在线环境监测，可以获取、存储大量的监测数据，通过在线监测数据库的建设，可以按需要将获取的数据分门别类进行存储，经过一定的时间积累，为分析和预测环境变化趋势提供丰富可靠的数据材料，能够真实客观地反映设施环境影响状况。
1.3.最后，由政府监管的在线环境监测系统通过对监测仪器采样、监测数据传输等环节进行加密，可确保环境监测数据的公正、科学、准确。
4、向科技要人力、向科技要效率
1.1.目前环保问题受社会关注的程度越来越高，政府责任越来越大，工作人员的任务越来越重，群众的期望值也越来越高。而借助于科技化、信息化手段建设恶臭污染源自动在线监测系统，在只需增加相对少量的技术人员的情况下，即可实现全天候24小时的实时监测监控，可以极大地提高环保工作的效率和效果，切实做到捍卫环境安全、提升环境质量。向科技要人力、向科技要效率不但是显得尤为重要更是非常迫切。
1.2. 建设污染源恶臭自动在线监测系统，不仅可以解决目前监测采用人工采样和送样到实验室分析引起的费工、费时、样品捕获率低、分析时间长、数据上报慢、信息量少、反映污染源臭气污染变化现状及规律不及时等问题，而且通过引进具有国际先进技术水平的恶臭自动监测系统，能有效提升我区的环境管理水平，为科学制定环保法规和城市规划等提供准确可靠的数据。
5、通过连续监测恶臭，建立恶臭信访预测、报警管理系统
通过24小时监测中心城环卫综合处理厂周边的恶臭信息，快速了解恶臭排放规律，保证监测数据时效性，建立能够将恶臭信访问题最小化的预测、报警系统。
6、寻找恶臭问题的原因，并制定减排方案
通过实时监测多样的恶臭物质并掌握恶臭物质的变化扩散情况，制定有效的恶臭管理方案，寻找恶臭排放源，建立有效的恶臭减排对策。
7、有效解决人力问题，提高效率
解决目前监测采用人工采样和送样到实验室分析引起的费工、费时、样品捕获率低、分析时间长、数据上报慢、信息量少、反映污染源臭气污染变化现状及规律不及时等问题，而且通过引进具有国际先进技术水平的恶臭自动监测系统，能有效提升我区的环境管理水平，为科学制定环保法规和城市规划等提供准确可靠的数据。
8、为环保提供数据辅助决策支持
实现臭气污染监测，监测周期短，取得监测数据后可实时通过有线或无线方式传输至中控室，保证监测数据的时效性；其次，通过在线环境监测，可以获取、存储大量的监测数据，通过在线监测数据库的建设，可以按需要将获取的数据分门别类进行存储，经过一定的时间积累，为分析和预测环境变化趋势提供丰富可靠的数据材料，能够真实客观地反映设施环境影响状况；最后，由政府监管的在线环境监测系统通过对监测仪器采样、监测数据传输等环节进行加密，可确保环境监测数据的公正、科学、准确。
9、项目建设依据
Ø 大气污染物综合排放标准GB16927-1998
Ø 恶臭污染物排放标准 GB14554-93
Ø 环境空气质量标准GB3095
Ø 环境空气质量监测规范（国家环保试行）
Ø 环境空气质量自动监测技术规范 HJ/T 193-2005
Ø 环境空气质量手工监测技术贵方 HJ/T 194-2005
Ø 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求 GB4793-1995
Ø 信息技术设备（包括电气事务设备）的安全 GB 4943-1995
Ø 电子测量仪器电磁兼容性试验规范 GB 6833.1~10-87
Ø GBJ232-92 《电气装置安装工程施工及验收规范》
Ø GB 4943-95 《信息技术设备包括电气设备的安全》
Ø GB/T75-94 《安全防范工程程序与要求》
Ø 《中国电气安装工程施工及验收规范》
Ø 《社会公共场所安装防范工种设计规范》
Ø 《以太网标准（802.3ab/802.3u/802.3z等）》IEEE-802.3
Ø GB50057-94 《建筑物防雷设计规范》
Ø GB50174-95 《计算机防雷设计规范》
Ø GB2887-89 《计算机场地技术条件》
10、项目建点原则
一、恶臭在线监测点周围环境应符合以下要求：
（1)监测仪器采样口周围，不能有阻碍环境空气流通的高大建筑物、树木或其他障碍物。从采样口到附近最高障碍物之间的水平距离，应为该障碍物与采样口的两倍以上；
（2)采样口周围水平面应保证270°以上的捕集空间，如果采样口一边靠近建筑物，采样口周围水平面应有180°以上的自由空间；
（3)监测点周围环境状况相对稳定，安全和防火措施有保障；
（4)监测点附近无强大的电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应，通信线路容易安装和检修；
二、 采样口位置应符合下列要求：
（1) 对于自动监测，其采样口离地面的高度应在3~15米范围内；
（2) 在保证监测点具有空间代表性的前提下，若所选点位周围半径300~500米范围内建筑物平均高度在20米以上，无法按满足1项的高度要求设置时，其采样口高度可以在15~25米范围内选取；
（3) 在建筑物上安装监测仪器时，监测仪器的采样口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面的距离大于1米。
三、 监测仪器选型
恶臭在线监测系统
恶臭监测系统利用气体中的特性成分与传感器表面产生的化学反应将传感器表面发生的物理、化学变化转换为电信号值的方式来实现恶臭浓度监测。
基于复合恶臭传感器的恶臭监测系统的优点：
Ø 确保恶臭监测信号的稳定性
Ø 可以将人类的嗅觉以客观数值表现出来的技术
Ø 客观反映周边居民感受到的恶臭程度
Ø 用时间、空间方式呈现恶臭的空间分布情况及影响范围
Ø 可以建立便于信访和管理的基础设施
Ø 监测系统所需的费用及运行维护费用最少化
11、 测量原理：
依据中国现行恶臭检测标准《恶臭污染物排放标准GB14554-93》和《三点比较式臭袋法GB/T 14675-93》实现检测结果与人类嗅觉的关联，采用多路逐点采样系统（manifold system）吸附和脱落的同时进行检测。
12、 在线监测物质
系统除了按照国标检测3大类（S系、N系、VOCs系）8种气体物质单一气体及复合恶臭浓度，另外半导体传感器的反应物质可扩展至检测其他（VFAs系、Aldehyde系）共约22种人类嗅觉能闻到的气味。
13、 主要功能及特点
（1)恶臭传感器和清洗装置为一体化而延长传感器寿命，大大稳定了输出信号，提高恶臭浓度检测结果的可靠性；
（2)采样核心源泉技术——传感器输出信号分析技术来换算气体浓度，其中恶臭采用金属氧化物半导体式气体传感器进行检测，结果显示单位为稀释倍数（OU），硫化氢和氨气采用电化学式气体传感器进行检测，结果显示单位为ppm，VOCs采用光离子化气体传感器进行检测，结果显示单位为ppm；
（3)根据需求最多可扩展20个传感器；
（4)百叶箱式恶臭吸入结构，确保恶臭吸入的稳定性；
（5)内置长寿命震动电枢泵，进样泵采样速度0.5L/min，自动控制流量；
（6)内置10.2英寸大屏幕高性能嵌入式计算机 (IEC667-07)，现场实时显示检测结果，并且可在现场通过WINCE屏幕设置及修改各项参数；
（7)支持LAN(TCP/IP 有线通讯), GSM 或CDMA 无线数据通讯方式传输数据；
（8)停电后有自动修复功能，实时保护监测数据不丢失；
（9)内置自动调节温度装置、雷击保护器及电涌保护器；
（10）可扩展安装恶臭自动捕集装置（自动留样系统）进行恶臭采集，可扩展气象监测系统监测风向、风速、温度、湿度、气压等。
14、恶臭监测系统平台
该系统平台是基于WEB的恶臭实时监测管理系统，通过多种方式的传输链路实现实时传输，达到实时自动监测的目的。
1. 通讯链路：
支持LAN(TCP/IP有线通讯)、GSM或CDMA无线数据通讯方式数据。
2. 系统平台：
采用PHP+MySQL JAVA方式的操作系统软件（Monitoring system SLC-OM020-J-V-1.1）。
15、平台功能
(1)具有数据接收、存储、报表等功能；
(2)具有数据及历史曲线查询、统计等功能；
(3)可扩展接入平台的仪器数量与监测指标；
(4)具有远程诊断功能；
(5)可联动恶臭扩散模型监测恶臭影响程度，追踪恶臭污染源，预测恶臭扩散情况。（另配）
恶臭在监测系统应用场所垃圾中转站、垃圾处理厂、污水处理厂、屠宰厂、厂界、化工园区、石油石化、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、自来水厂、医药车间、烟草公司、大气环境监测、科研院校、楼宇建设、消防报警、工业过程化控制、锅炉房、地下隧道、输油管道、加气站、地下管网检修、室内空气质量检测、食品加工、杀菌消毒、冷冻仓库、农药化肥、杀虫剂生产等等
