臭異味量測與控制 張木彬教授 Graduate Institute of Environmental Engineering National Central University 2018 年 7 月 1
何謂臭異味臭異味來源臭異味測定與分析臭異味之防制與處理技術 2
何謂臭異味? 人類嗅覺系統可以區分數千種氣味, 嗅覺接收之信息可傳送至大腦邊緣系統並記憶儲存 臭味是非常主觀且難以規範的, 是由嗅覺系統接收刺激而產生的感覺 1. 廣義之異味定義 : 人體嗅覺某種 氣味 而 感覺厭惡, 該氣味即為一般認知之異味 2. 法規之定義 : 指足以引起厭惡或其他情緒不良反應之氣味, 皆可稱為臭味 ( 依據空氣污染防制法施行細則第 28 條 ) 3
臭異味逐年陳情件數 資料來源 : 行政院環保署 2017 年 10 月 4
臭異味物質之化學結構特性 1. 臭異味物質之分子多因具剩餘電子, 而有刺激人類嗅覺特性 2. 具剩餘電子對之不飽合 含氧 含還原態氮 含還原態硫 含鹵素等碳氫化合物具特殊味道 組成臭味之主要化學元素 碳 氫 氧 氮 硫 鹵素 5
空氣污染防制法施行細則 Classification Air pollutants SO x CS 2 法定惡臭物質 Gaseous pollutants Odor pollutants NO x C x H y HCl 硫化甲基 (CH 3 ) 2 S 硫醇類 RSH Cl 2 C m H n X x CFCs VOCs 甲基胺類 (CH 3 ) x NH 3-x, x=1,2,3 Sulfuric acid, Nitric, Phosphate Toxic Pollutants 氟化物 (Fluorides) NH 3 氰化氫 (HCN) Carcinogenic VOCs 硫化氫 (H 2 S) Carcinogenic PAHs 甲醛 (HCHO) Particulate pollutants Black smoke 煙霧 (Containing C x H y ) Metal fume 酸霧 (Acid mist) 6
臭異味物質與其官能基 -1 (non-oxygenated hydrocarbons) Classification Structural formula Smelly functional groups flavor 脂肪烴 (Aliphatic hydrocarbon) 芳香烴 (Aromatic hydrocarbon) 丁二烯 (1,3-Butadiene) C 4 H 6 Alkenyl 瓦斯味 苯乙烯 (Styrene) C 2 H 3 Benzene and alkenyl 塑膠味 氨 (Ammonia) NH 3 Reduced state nitrogen (negative trivalent) 氨味 含還原態氮化物 (Containing reduced state nitrides) 甲胺 (Mono-methylamine) 三甲胺 (Trimethylamine, TMA) 糞臭素 (Indole) 甲基糞臭素 (Skatole) CH 3 NH 2 Ditto 氨味 N(CH 3 ) 3 Ditto 魚腥味 NH Ditto 糞便味 CH 3 NH Ditto 糞便味 7
臭異味物質與其官能基 -2 (non-oxygenated hydrocarbons) Classification structural formula Smelly functional groups flavor 硫化氫與甲硫醇 (H 2 S or RSH) H 2 S or CH 4 S Reduced state sulfur (negative divalent) 臭蛋與腐菜味 還原態硫化物 (Reduced state sulfides) 二甲基硫 (Methyl sulfide) (CH 3 ) 2 S Ditto 腐菜味 二甲基二硫 (Dimethyldisulfide) C 2 H 6 S 2 Reduced state sulfur (negative monovalent) 腐菜味 含鹵烴 (Containing halocarbons) 氯仿 (Chloroform) CHCl 3 Carbonchlorine group 醚味 8
臭異味物質與其官能基 -3 (oxygenated hydrocarbon and plant essential oil) Classification structural formula Smelly functional groups flavor 乙醛 (Acetaldehyde) C 2 H 4 O Carbonyl 刺鼻味 含氧烴 (Oxygen-containing hydrocarbons) 丙酮 (Acetone) C 3 H 6 O Ditto 刺激性甜味 乙酸乙酯 (Ethyl acetate) C 4 H 8 O 2 ester 鳳梨香 植物精油 (Plant essential oil) 乙酸 (Acetic acid) 樟腦 (Camphor) 薄荷醇 (Menthol) 檸檬油 (Limonene) C 2 H 4 O 2 organic acid 醋酸味 C 10 H 16 O C 10 H 20 O C 10 H 16 Carbonyl carbon ring Hydroxyl carbon ring Carbon ring alkenyl 樟腦味 薄荷味 檸檬味 9
臭異味來源 臭味物質之來源廣泛, 一般可來自 :(1) 生物分解 (2) 化學反應 (3) 物理作用 ; 如以人類活動則可分 (1) 生活 (2) 農業 (3) 工業 (4) 商業等四類 10
臭異味來源 - 生物分解作用 有機物之生物分解主要藉微生物及其產生之酵素, 在缺氧狀況下, 有機物被轉化為有機酸 醇 酮及含還原態硫 氮等臭味物質 重要之生物分解反應如下 : CH 2 (NH 2 )COO - +H 2 O CH 3 NH 2 +HCO - 胺基乙酸根 + 水 甲基胺 + 碳酸氫根 CH 3 COO - +SO 4 2- HS - + 2HCO - 醋酸根 + 硫酸根 硫酸氫根 + 碳酸氫根 CH 3 SCH 2 CH 2 CH(NH 2 )COOH - +H 2 O CH 3 SNH 2 +CH 3 (CO)COOH+NH 3 甲硫胺酸 + 水 二甲基硫 + 丙酮酸 + 氨 11
臭異來源 - 化學反應 工業臭味產生主要機制為化學反應, 例如 : 1. 石油的加氫脫硫反應產生硫醇及硫化氫 2. 加氫脫氮產生氨 3. 樹脂之熱裂解產生醇 酮 胺 CH 3 CH(SH)C 3 H 7 + H 2 C 5 H 12 + H 2 S 2- 戊硫醇 + 氫 戊烷 + 硫化氫 CH 3 CH(NH 2 )C 3 H 7 C 5 H 12 + NH 3 2- 戊胺 + 氫 戊烷 + 氨 塗裝樹脂 甲醛 + 丁醇 + 六胺 ( 樹脂單體 ) + 二甲苯 ( 溶劑 ) 12
臭異味來源 - 物理作用 物理作用主要為臭味物質之相轉移, 例如 : 1. 油漆溶劑 ( 甲苯 二甲苯 異丙醇 丁醇 丁酮 戊酮 乙酸乙酯 乙酸丁酯等 ) 之蒸發 2. 下水道氣味之逸出 3. 油煙中揮發性有機物之逸出等 13
臭異味來源 - 人類活動 Activity Sources Representative 生活 下水道及污水處理廠 垃圾掩埋場 硫化物 (Sulfides) 氮化物 (Nitrides) 含氧烴 (Oxygenated hydrocarbons) 含氯烴 (Chlorinated hydrocarbons) 烴 (hydrocarbons) 硫化物 (Sulfides) 氮化物 (Nitrides) 含氯烴 (Chlorinated hydrocarbons) 含氯烴 (Chlorinated hydrocarbons) 烴 (hydrocarbons) H 2 S, CH 3 SH, and C 2 H 6 OS NH 3 and C 3 H 9 N (Trimethylamine) C 2 H 6 O, C 2 H 4 O, and C 3 H 6 O CH 3 CCl 3, and C 2 Cl 4 5-8 aliphatic hydrocarbons, and 6-10 aromatics H 2 S and C 2 H 6 OS NH 3, CH 3 NH 2 (methylamine), C 3 H 9 N, C 4 H 11 N (diethylamine), and C 6 H 15 N (Diisopropylamine) C 2 H 6 O, C 2 H 4 O, C 4 H 8 O, C 3 H 6 O, and C 5 H 10 O 2 CH 3 CCl 3 and C 2 Cl 4 C 4 H 6, C 8 H 8, and 7-8 aromatics 14
臭異味來源 - 人類活動 Activity Sources Representative 硫化物 (Sulfides) Dimethyl sulfide and dimethyl disulfide 農業 禽畜養殖場及糞便堆肥場 氮化物 (Nitrides) 1-5 carbon monoamines, dimethylamine, and trimethylamine 含氧烴 (Oxygenated hydrocarbons) 1-4 carbon, alcohol, ester, acid, aldehydes, ketones, phenol, cresol, and ethylphenol 乾洗店 含氯烴 (Chlorinated hydrocarbons) Trichloroethane, trichloroethylene, and tetrachlorethylene 商業 烴 (hydrocarbons) Mineral oil 加油站 烴 (hydrocarbons) Benzene, toluene, xylene, and 6-8 C alkenyl 瓦斯分裝場硫化物 (Sulfides) Methylmercaptan 15
Activity Sources Representative 含氧烴 (Oxygenated hydrocarbons) 工業 臭異味來源 - 人類活動 表面塗裝與印刷作業 石油煉製 含氯烴 (Chlorinated hydrocarbons) 烴 (hydrocarbons) 硫化物 (Sulfides) 氮化物 (Nitrides) 烴 (hydrocarbons) 氮化物 (Nitrides) Formaldehyde, cresol, and acrolein Chlorhydro carbons Toluene, xylene, and styrene Hydrogen sulfide, and alkyl sulfide Ammonia 3-6 carbon saturated or not saturated hydrocarbons Dimethyl formamide 合成皮製造 含氧烴 (Oxygenated hydrocarbons) Butanone 半導體製造 烴 (hydrocarbons) 氮化物 (Nitrides) 含氧烴 (Oxygenated hydrocarbons) 烴 (hydrocarbons) Toluene Ethanolamine, isopropyl alcohol amines, hydroxylamine, and N-methyl pyrrolidone Xylenol Trimethylbenzene 16
臭異味來源 - 人類活動 硫化物 (Sulfides) Hydrogen sulfide, phenyl mercaptan, and alkyl sulfide 氮化物 (Nitrides) Trimethylamine and diethylamine 工業 天然及合成橡膠煉製 含氧烴 (Oxygenated hydrocarbons) Acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methanol, and ester 含氯烴 (Chlorinated hydrocarbons) Acetone, butanone, cyclohexanone, and methanol 烴 (hydrocarbons) Hexane, benzene, toluene, xylene, styrene, and pentadiene 17
臭味閥值 臭味閥值一般指臭味的最低嗅覺感知濃度 ; 臭味閥值主要是由受過訓練的人員, 對特別配製的空氣樣品, 以嗅覺判定 ; 測定時, 必須多人對不同濃度的樣品進行判斷, 之後將每個人的初嗅值平均, 即為閥值 臭味閥值分為檢知閥值 (detection threshold) 及認知閥值 (recognition threshold ); 前者是指人體嗅覺器官嗅聞而感覺到臭味物質之存在, 但無法分辨臭味物質特性之最低濃度 ; 後者為嗅聞後能感覺到臭味物質存在, 並可分辨臭味物質特性之最低濃度 18
物質之臭味閥值 分類 名稱 化學式 臭味閥值 (ppm) 氨 NH 3 0.037 甲氨 CH 3 NH 2 0.021 乙氨 C 2 H 5 NH 2 0.83 二甲氨 (CH 3 ) 2 NH 0.047 丁氨 C 4 H 9 NH 2 - 含氮化合物 戊二氨 NH 2 (CH 2 ) 5 NH 2 - 啶 N(CH) 4 CH 0.0037 三甲胺 (CH 3 ) 2 N - 三乙氨 (C 2 H 5 ) 3 N 0.08 二異丙氨 ((CH 3 ) 2 CH) 2 NH 0.035 二丁氨 (C 4 H 9 ) 2 MH 0.016 19