鯡魚罐頭、榴蓮、臭豆腐……100多種惡臭混合,這種“鼻子”能辨認還會畫圖
來源:上觀2020.6.2

嗅覺比較靈敏的人,只靠聞味道,就能分辨一些有異味的食物。
但如果把鯡魚罐頭、榴蓮、臭豆腐等100多種有異味的食物放到一塊場地,要從這股混合異味中找出對異味貢獻最大的幾種,并說出貢獻(濃度)有多少呢?
這似乎是一個不可能完成的挑戰。不過,經過近10年“磨礪”,上海生態環境科研人員已能從容應對這項挑戰。
6月1日,解放日報·上觀新聞記者從上海市環境監測中心獲悉,該中心牽頭完成的“產業園區惡臭污染智慧化監管溯源關鍵技術及應用”項目榮獲上海市科技進步獎二等獎。
該技術目前已應用于上海10個產業園區。除了能在復雜多變的環境中測出異味污染物的種類、濃度,還能“畫”出各個園區的惡臭“指紋譜”,為污染治理提供精準參考。
從容“感知”,不放過一絲異味
異味會隨大氣到處“流竄”,要對其進行精準分析,先得“捉”住它。
可就算捉到,怎能保證樣本是理想的?有沒有可能混入其他氣體?捉住到分析前這段時間,異味又能否“保鮮”,不發生變化?
上海市環境監測中心大氣室副主任高松舉了一個有機硫的例子。這種惡臭“難捕集”“易干擾”“低響應”,在大氣污染監測領域是一道國際難題。
經過反復試驗,監測團隊找到了提高“捕捉率”的辦法——低溫吸附和管路惰性化技術,采集到的有機硫濃度大幅提高。
采集到理想分析對象,還需要先進的檢測儀器,才能更接近真實答案。
研發人員升級了檢測器,大幅提高檢測的靈敏度。以甲硫醇為例,方法檢出限由2微克/立方米降至最低0.05微克/立方米,哪怕是一絲不易察覺的異味,也能從容“感知”。
考慮到上海的氣候特征,研發人員還給監測設備增加了去濕功能,更能適應上海高濕度的工作環境,確保50%相對濕度下測定誤差基本控制在±20%以內,實現了質的飛越。
一種接入排氣筒的監測儀器,可實時監控揮發性有機物的組分與濃度變化
非甲烷總烴,是除了甲烷以外的碳氫化合物總稱,一個綜合性指標;在一定條件下經日光照射產生光化學煙霧,危害環境和人類健康,是環境監測的重點對象。
然而在實際操作中,該類物質僅類別就有十幾種,出于監測效率、成本等方面的考慮,一般都是以丙烷作為衡量標準,再按相關規律,推算非甲烷總烴的濃度。
這種“以管窺豹”的方式雖然基本可以推算出非甲烷總烴的濃度,但仍有很大進步空間。監測專家花費近兩年,通過反復對比試驗,又找出了3種有效的標準物質,用于校準監測設備。
“這些標準物質相當于幾片關鍵拼圖。”高松表示,有了這類拼圖,就能“聯想”到拼圖周邊的圖案是怎樣的,拼圖越多,整幅畫面,即非甲烷總烴的濃度,就越來越清晰。
在這些“拼圖”的幫助下,上海目前環境空氣非甲烷總烴的實際檢測值標準偏差,由原來的80%縮小至了10%。
繪制“指紋”,讓治污對癥下藥
能夠同時“聞”出多種異味,還能知道具體的濃度,這樣的“電子鼻”站點有67個,分布在上海10個產業園區及周邊,24小時不知疲倦地嗅探著。這個產業園區惡臭(異味)污染在線監測網絡,是我國目前體系最健全、規模最大、密度最高的一個。
和傳統的手工監測相比,扎營在園區內的電子鼻其監測效率和持續監測能力遠勝一籌。前者很難做到第一時間趕到現場采樣,趕到時,異味已經不知所蹤;即使及時趕到,異味彌漫空中,僅憑人的嗅覺,很難精準找到最佳采樣點,這些因素會影響最終監測效果。
不僅“鼻力”遠勝人類,它們還有令人嘆服的“腦力”。
在項目組成員張珊打開的監控平臺上,記者看到上海化學工業園區十多個監測點位分別呈現出不同的顏色,代表對應監測區域異味的實時狀態。
這些顏色是有“大腦”的電子鼻把嗅探結果“畫”出來的結果。它們每分鐘會“聞”一次身邊的空氣,一旦發生異味污染物濃度驟增的情況,系統將自動報警,并將信息推送到相關負責人手機上。
哪怕是面對100多種污染物組成的復雜異味,至多花1個小時,“腦力”擔當——質譜分析儀就能把它們逐一識別出來,并結合氣象條件、地理位置等信息,幫助環境管理人員準確追溯到異味的源頭。
發現惡臭后,系統模擬出污染物遷移軌跡,給出污染源的大致范圍
“污染物經試驗分析,會形成質譜圖,它是污染物獨一無二的特征,我們經常把它稱作指紋。”張珊介紹說,分辨是何種污染物時,主要看質譜圖上的“手指”有幾根、彼此間隔的長短,以及最長的幾根“手指”長啥樣,就能有大致的判斷。
質譜分析儀正是將捕捉到的異味污染物指紋與“指紋庫”內信息逐一比對后,確定了一個異味事件的“主謀”是誰。
找到“病灶”,才能對癥下藥。建設強大的監測分析能力,是為了積累經驗、找出規律,最終制定精準高效的污染治理對策。
以上海化學工業園區為例,監測人員經過多年監測數據的積累,為園區內不同區域和重點企業定制了專屬的惡臭排放指紋譜。其中,制藥企業的乙酸乙酯、甲苯和苯乙烯是關鍵惡臭物種,對惡臭的貢獻率達91.2%;污水處理廠硫化氫是主要惡臭物質,對惡臭的貢獻率為99.7%。
鎖定“主謀”,治污思路更加清晰,效果更為顯著。2014年至2017年,參照惡臭“指紋譜”進行環境綜合整治,金山地區硫化氫惡臭污染年均濃度降低了44%,惡臭報警量下降了75.9%,信訪投訴量減少了60%。
未來,這些有“大腦”的電子鼻通過升級,將更加智能。“分析積累的大數據后,它們可以直接給污染治理者開‘藥方’;溯源能力提高后,在城市安全等領域也大有可為。”高松表示,科研人員將再接再厲,力爭將上海產業園區惡臭(異味)污染在線監測網絡“進化”成全城的大氣污染精細化管理平臺。
走出產業園區,上海環境監測科研人員開發出了“走航”模式,把“機器人”放到監測車上,監測異味的機動性大幅提高,經常用于大型活動的環境服務保障
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