電子鼻在石化園區(qū)中的應(yīng)用

童賢清，劉 霞，謝 飛，王進鋒，許懷中，馮遠福

（四川省天晟源環(huán)保股份有限公司，四川 成都 641000）

0 引言

在石化園區(qū)生產(chǎn)和處置階段都有不同程度的惡臭污染產(chǎn)生，不僅會影響周邊人們的正常生活，還會對人體健康造成嚴(yán)重危害，而電子鼻是當(dāng)前惡臭環(huán)境監(jiān)測的有效方法。達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)區(qū)可應(yīng)用電子鼻及時開展環(huán)境整治工作，未達到標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)區(qū)可應(yīng)用電子鼻預(yù)防惡臭污染，有效減少對環(huán)境的破壞。基于此，對化學(xué)工業(yè)區(qū)惡臭監(jiān)測中的電子鼻運用情況進行分析，能夠為預(yù)防和治理環(huán)境污染提供一定的思路。

1 石化園區(qū)的惡臭污染

惡臭污染是各種環(huán)境污染問題中能夠直接對人們生活產(chǎn)生影響的污染問題。各種氣體分子在空氣中不斷運動時，容易被人體吸入，而后與人體的嗅覺細(xì)胞發(fā)生作用，由嗅覺細(xì)胞將氣體的氣味傳遞至腦部神經(jīng)。經(jīng)調(diào)查，石化園區(qū)在生產(chǎn)經(jīng)營中排放的各種惡臭污染物，與生產(chǎn)工藝有直接關(guān)系，這些惡臭物質(zhì)大多由各種不同的氣體化合物組成[1]。在惡臭濃度較低的情況下，惡臭氣味也會給人體健康造成一定的影響，在惡臭濃度較高的環(huán)境下，不僅會導(dǎo)致人體出現(xiàn)頭昏、惡心、精神不集中、食欲不振等多種情況，還會嚴(yán)重影響到人們的正常生活。近年來，石化園區(qū)的惡臭污染已經(jīng)成為影響園區(qū)環(huán)境質(zhì)量的重要因素，部分石化園區(qū)的惡臭問題被居民投訴。

從石化園區(qū)惡臭污染產(chǎn)生的物質(zhì)組成來看，石油煉制是產(chǎn)生惡臭污染的主要原因。原油本身是高硫物質(zhì)，在石油煉制的過程中，原油經(jīng)過加熱、加壓以及催化等加工程序都會產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)。其中，硫化氫、各種低分子的硫醇以及硫醚等物質(zhì)對惡臭污染影響較大，且廣泛分布于整個石油煉制過程中，即便能夠?qū)ζ溥M行處理，也會在大氣環(huán)境和工況的影響下不斷運動而對環(huán)境造成污染[2]。加之現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提高，雖然優(yōu)化了化學(xué)工業(yè)區(qū)的生產(chǎn)工藝和流程，但也導(dǎo)致更多的化學(xué)物質(zhì)參與到工業(yè)生產(chǎn)中，因而產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)種類也越來越多。基于惡臭污染對周邊環(huán)境和人體健康的影響，現(xiàn)階段主要采用對環(huán)境進行惡臭強度監(jiān)測的方法，盡快找出惡臭污染的源頭，從而采取有針對性的防治惡臭污染措施。

2 在石化園區(qū)惡臭監(jiān)測中應(yīng)用電子鼻的情況分析

石化園區(qū)的生產(chǎn)運營是導(dǎo)致惡臭污染的主要原因，當(dāng)前我國針對惡臭強度監(jiān)測應(yīng)用的方法一般包括三點比較式嗅袋法和氣相色譜法。由于電子鼻是一種氣味掃描儀，在惡臭監(jiān)測中，電子鼻主要以三點比較式嗅袋法為原理，其能夠有效彌補傳統(tǒng)監(jiān)測方法的缺陷和不足。在分析化學(xué)工業(yè)區(qū)惡臭監(jiān)測中應(yīng)用電子鼻的情況時，可以從3 個方面入手。

2.1 電子鼻的應(yīng)用依據(jù)

電子鼻是一種用于惡臭監(jiān)測的新型儀器，且以三點比較式嗅袋法為理論依據(jù)。其中，三點比較式嗅袋法是用于檢測惡臭污染的傳統(tǒng)方法，能夠滿足不同排放形式和不同惡臭源的氣體樣品檢測要求，并且在整個檢測過程中不會受到惡臭物質(zhì)種類、范圍以及濃度的影響[3]。該方法在實際應(yīng)用中，需要取3只無臭袋，先向其中兩只無臭袋充入無臭空氣，再向另一只無臭袋充入需要被監(jiān)測的惡臭氣體。嗅辨員需要對3 只無臭袋中的氣體進行嗅辨，而后將無臭袋中的氣體逐級稀釋，再進行嗅辨，直到被測氣體樣品中的臭味濃度小于嗅辨員的嗅覺閾值。為了保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)用該檢測方法時，通常需要多個嗅辨員同時對氣體樣品進行測定，然后依據(jù)各個嗅辨員的個人閾值以及所有嗅辨員的平均閾值得出氣體樣品中的臭氣濃度。在應(yīng)用過程中，主要依靠嗅辨員對惡臭氣體的敏感程度來作為評價的依據(jù)[4]，因此對嗅辨員的專業(yè)能力要求較高。但長時間進行氣體監(jiān)測，嗅辨員容易產(chǎn)生嗅覺疲勞，而且會在一定程度上危害到人體健康，因此應(yīng)用三點比較式嗅袋法的時候切勿進行連續(xù)性的、長時間的動態(tài)惡臭污染監(jiān)測。

我國對石化園區(qū)的惡臭污染監(jiān)測和防治工作起步較晚，在應(yīng)用三點比較式嗅袋法的過程中，雖然對惡臭嗅覺測試方法的應(yīng)用流程和評判標(biāo)準(zhǔn)進行了規(guī)范，但該方法存在一定的缺陷，難以滿足在全國推廣和應(yīng)用惡臭檢測方法的要求。從三點比較式嗅袋法的實際應(yīng)用經(jīng)驗來看，該方法存在兩個方面的問題：①由于不同石化園區(qū)的污染源排放方式、排氣筒位置、工業(yè)區(qū)風(fēng)向存在差異，導(dǎo)致采樣點獲取的氣體樣品有可能不具備代表性，致使監(jiān)測結(jié)果與實際情況不符[5]。②嗅辨員自身的嗅辨能力以及工作狀態(tài)也會影響到惡臭監(jiān)測的結(jié)果。對于惡臭氣體濃度較高的樣品，嗅辨員容易因吸入氣味過于濃烈的氣體而減弱嗅辨員的專業(yè)能力，導(dǎo)致監(jiān)測工作無法持續(xù)進行。

電子鼻（圖1）是在三點比較式嗅袋法的基礎(chǔ)上，以傳感器這一氣敏元件來代替嗅辨員的工作，同樣能夠通過感官測定的方式對氣體樣品中的臭氣濃度值進行監(jiān)測。

圖1 電子鼻

2.2 電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)的運行原理

在應(yīng)用電子鼻代替人鼻子對惡臭氣體進行臭氣濃度測定的同時，圍繞電子鼻構(gòu)建一個能夠直接應(yīng)用于惡臭氣體監(jiān)測的系統(tǒng)，不僅可以克服當(dāng)前化學(xué)工業(yè)區(qū)惡臭污染中惡臭物質(zhì)種類較多的困難，而且能夠借助更先進的信息管理系統(tǒng)，對惡臭監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行計算，減少以往應(yīng)用三點比較式嗅袋法中人工計算的誤差，從而提高惡臭監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)以傳感器為主體，能夠?qū)鞲衅髋c識別惡臭氣體能力的裝置和自動留樣系統(tǒng)結(jié)合起來，在傳感器捕捉到氣體樣品中的臭味氣體之后，借助系統(tǒng)裝置中的電化學(xué)傳感器和光離子化檢測（photo ionization detector,PID）傳感器直接得出氨氣、硫化氫等惡臭氣體的濃度值。具體而言，電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)主要包括氣體采集控制系統(tǒng)、氣敏傳感器陣列、信號處理子系統(tǒng)以及模式識別子系統(tǒng)這4 個部分，在實際運行中，先由監(jiān)測儀和控制器采集氣味分子的信息，將其在經(jīng)過氣敏傳感器，而氣味分子會直接被氣敏傳感器陣列所吸附并生成氣味信號，然后將信號直接傳送到信號處理子系統(tǒng)當(dāng)中，由系統(tǒng)進行加工處理，最終由模式識別子系統(tǒng)對信號處理的結(jié)果進行判斷。

電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)在實際應(yīng)用中能夠針對不同組成的氣體樣品選擇不同的進樣方式，并滿足在線進樣的要求，具有可操作性強的特點，加之該系統(tǒng)操作便捷、對氣體信息的監(jiān)測水平較高，因而能夠滿足工業(yè)多個生產(chǎn)部門的惡臭監(jiān)測要求。從惡臭監(jiān)測的角度來看，惡臭監(jiān)測曲陽本身較為困難，以往的采樣過程難以直接反映出惡臭強度和真實準(zhǔn)確的效果。電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)能夠在三點比較式嗅袋法的基礎(chǔ)上，通過與三點比較式嗅袋法的對比實驗來彌補該傳統(tǒng)方法在實際應(yīng)用中的不足，進而細(xì)化系統(tǒng)在線監(jiān)測的功能，并保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和相關(guān)性。

2.3 電子鼻的實際應(yīng)用效果

將電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到石化園區(qū)的惡臭監(jiān)測中，可以對電子鼻和監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行更加科學(xué)的評價。在石化園區(qū)中，由于石油企業(yè)和化工企業(yè)的生產(chǎn)工藝和流程不同，所產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)組成也存在一定差異。因此，本文選取了某化工廠為惡臭污染監(jiān)測的主體，在應(yīng)用電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)對該化工廠進行48 h 的監(jiān)測后（以每天0 點為監(jiān)測時間起點），得到的監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，該化工廠在凌晨0—4 點的惡臭污染值要明顯高于其他時間段。結(jié)合該化工廠的生產(chǎn)情況可以發(fā)現(xiàn)，該時間段外部活動較少，空氣流動較慢，不利于惡臭氣體疏散。

圖2 某石化園區(qū)48 h 的惡臭污染值變化情況

考慮到影響惡臭檢測值變化的主要因素，在進行電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用實驗時，應(yīng)重點分析化學(xué)工業(yè)區(qū)在冬夏時段的惡臭污染變化情況，進而判斷天氣因素是否影響惡臭監(jiān)測值。本文以某化工廠為主要監(jiān)測對象，并選取該化工廠的某一具體點位，統(tǒng)計其在冬天和夏天的惡臭污染平均值變化的情況，得到的監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

圖3 某化工廠某一點位的惡臭污染月平均值變化情況

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，位于冬季的12月、1月和2月的惡臭污染值高于其他月份。根據(jù)化工廠的實際運行情況可知，該化工廠在冬季因受到空氣濕度和霧霾天氣的影響，使得臭味氣體分子難以消散，導(dǎo)致空氣中惡臭氣體的濃度含量較高。

通過分析化工廠的惡臭污染情況可知，電子鼻惡臭監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)24 h 不間斷地監(jiān)測惡臭污染環(huán)境的要求。例如，系統(tǒng)在接收數(shù)據(jù)信息之后，立即將其發(fā)送至電腦和管理系統(tǒng)終端，以便相關(guān)人員開展對比和分析工作。若在對比分析的過程中出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將在第一時間發(fā)出預(yù)警。

由于異味污染具有瞬時性和不確定性的特點，人工惡臭監(jiān)測技術(shù)往往很難在第一時間找到異味發(fā)生的具體位置，阻礙了監(jiān)測臭味濃度的工作進度，且傳統(tǒng)監(jiān)測方法的應(yīng)用與環(huán)境監(jiān)督執(zhí)法工作的開展之間也存在著較為明顯的時間差，極易影響惡臭檢測的效果和環(huán)境執(zhí)法的效率。而電子鼻在實際應(yīng)用中能夠滿足多個點位布置的要求，將惡臭監(jiān)測的范圍擴大到整個石化園區(qū)，不僅可以對石化園區(qū)的惡臭污染濃度變化情況進行實時監(jiān)測，而且能夠以更快的速度鎖定出現(xiàn)異常情況的區(qū)域，從而為環(huán)境監(jiān)測提供更加準(zhǔn)確的依據(jù)。在此過程中，電子鼻通過準(zhǔn)確判斷異味的產(chǎn)生來源，及時將監(jiān)測到的異味信息保存并傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)當(dāng)中，為監(jiān)測人員提供分析依據(jù)。由此可見，監(jiān)測人員借助監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備，可判斷化學(xué)工業(yè)區(qū)惡臭污染的實際情況，及時向企業(yè)發(fā)出環(huán)境污染的警示，進而有效預(yù)防嚴(yán)重的惡臭污染事故，并以更準(zhǔn)確的監(jiān)測信息來實現(xiàn)對石化園區(qū)的在線實時監(jiān)測。

3 結(jié)語

綜上所述，以電子鼻為主體的惡臭環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效提高惡臭檢測的實際效果，細(xì)化惡臭監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)多種環(huán)境下的惡臭監(jiān)測要求。相比于人工惡臭監(jiān)測法，電子鼻在石化園區(qū)的惡臭監(jiān)測中能夠呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，不僅可以提供惡臭監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，而且能夠提高惡臭監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，并依據(jù)收集的數(shù)據(jù)來發(fā)布惡臭污染的預(yù)警信息，推動惡臭污染的整治工作更為有效、有序。