艦船廁所惡臭污染物治理方法

梁永慶，喬江波，李曉旭，李 健，宋振超

(1. 中國人民解放軍92609部隊，北京 100077；2. 山西新華化工有限責任公司，山西 太原 030008)

艦船廁所惡臭污染物治理方法

梁永慶1，喬江波1，李曉旭1，李 健1，宋振超2

(1. 中國人民解放軍92609部隊，北京 100077；2. 山西新華化工有限責任公司，山西 太原 030008)

針對艦船廁所惡臭污染物凈化效果不佳，長航期間空氣質量差的現狀，綜述了現有多種惡臭污染物凈化方法，對比分析各種方法在艦船廁所這一特定環境下的適用性，提出惡臭污染物源頭治理和擴散過程凈化相結合的綜合治理方法，并給出實現工程化應用需要解決的重點問題。

艦船廁所；惡臭污染物；源頭治理；擴散過程；凈化

0 引 言

艦船廁所作為人員生活必備的場所，其空間狹小、人員活動頻繁，空氣污染物多、異味嚴重，是艦船艙室環境控制的重點和難點之一。人員對廁所惡臭污染物耐受性差，易產生厭食、惡心反應，部分個體甚至可誘發嘔吐，影響正常工作和生活。艦船長航期間，高溫、高濕、振動、搖擺、噪聲、電離輻射以及空間狹小、作業緊張等諸多環境因素影響，更可降低人員對污染物的耐受能力[1]。

目前，多數艦船采用通風換氣、定時沖掃和活性碳吸附等方法來降低廁所環境中惡臭污染物濃度，減輕異味對人員身體和心理的影響。但是，艦船長航期間廁所空氣質量仍無法令人滿意，部分惡臭污染物濃度超出國家標準允許范圍。

本文通過分析艦船廁所惡臭污染物產生源頭，綜述了多種惡臭污染物凈化方法，通過對比分析各種方法在艦船廁所這一特定環境下的適用性，提出惡臭污染物源頭治理和擴散過程凈化相結合的綜合治理方法，并指出實現工程化應用所需要解決的重點問題。

1 艦船廁所惡臭污染物的來源及其對人體的危害

1.1 艦船廁所惡臭污染物來源

艦船廁所惡臭污染物主要來源于2個方面：一是人體代謝過程中產生的惡臭物質釋放和擴散。健康人日常代謝時，每晝夜排尿1 000～1 500 ml，平均排便250～300 g，產生肛腸氣800～1 000 ml。其中，尿液中含有少量惡臭化合物，糞便中含有吲哚、硫化氫、丁酸以及0.02%～0.16%的氨等，肛腸氣含有約5%的硫化氫，均會伴隨排泄過程釋放到環境中，是廁所惡臭污染物的來源之一[2]；二是尿液、糞便、盥洗污水中的化合物在有害微生物作用下持續發酵分解，產生和釋放大量惡臭物質。尿液中含有氯化物、尿素、酶、維生素、脂肪烴和有機酸，糞便中主要成分為纖維素、半纖維素、未消化的蛋白質和氨基酸，以上物質部分可在有害微生物作用下氨化、硫礦化，產生氨氣、甲胺、硫化氫以及硫醇等惡臭物質，直接釋放至環境。這也是艦船廁所惡臭污染物長期存在和超標的源頭。

1.2 艦船廁所常見惡臭污染物及其對人體的危害

惡臭污染物按照成分通常分為以下幾種：一是含氮化合物，包括氨、胺、吲哚以及酰胺等；二是含硫化合物，包括硫化氫、硫醇和硫醚等；三是含氧化合物，包括醛、酮以及有機酸等；四是烴類化合物，包括芳香烴、短鏈烷烴、烯烴以及炔烴等；五是鹵素及其衍生物，包括氯、溴和鹵代烴等。

通常情況下，艦船廁所中惡臭污染物主要為含氮、含硫化合物，包括：氨和有機胺、硫化氫和有機硫化物（硫醇）以及雜環化合物（吲哚、三甲基吲哚）等。其中，硫化氫、氨、甲硫醇、甲胺、吲哚等嗅閾值低，對人體刺激性大，是廁所惡臭污染物控制的重點。

廁所惡臭污染物對人體的呼吸系統、循環系統、消化系統、內分泌系統和神經系統等均有危害。在不同濃度條件下，惡臭污染物對人體健康影響差異較大。例如，低濃度氨可刺激人體皮膚和粘膜，引起粘膜充血；高濃度氨可造成人體直接暴露部位堿性化學灼傷，引發化學性支氣管炎、肺炎及肺水腫等。低濃度硫化氫，可刺激人員眼睛并引發呼吸道癥狀，長期接觸時會發生慢性中毒反應；含量達到30～40 mg/m3時，使人感到刺鼻和窒息；更高濃度存在時，會使人產生嗅覺疲勞，易導致大量吸入造成呼吸麻痹而死亡。據報道，日本“夕霧”號驅逐艦于2010年執行索馬里海域護航任務時，三等海曹（士官）今井健二因廁所硫化氫超標中毒身亡。

幾種常見廁所惡臭污染物的嗅閾值、毒性閾值（TLV-TWA）以及國軍標允許濃度見表1。毒性閾值中TLV-TWA為美國工業衛生協會的8 h加權平均值，人員8 h暴露在低于該濃度的環境中不會引起不可逆的傷害。

表 1 廁所惡臭污染物部分限值及危害Tab. 1 The threshold value and harmful effects of toilet order contaminations

2 常見的惡臭污染物凈化方法

惡臭污染物具有明顯的環境和生物毒害性，且廣泛存在于各種環境中，其高效凈化方法一直是國內外環境工程、航空航天、化學工業以及農林畜牧業領域的研究熱點。常見的惡臭污染物凈化方法有活性炭吸附法、化學吸收法、光催化氧化法、催化燃燒法、低溫等離子體法和生物除臭法等。

2.1 活性炭吸附法

活性炭吸附法是從空氣中脫除惡臭污染物的傳統方法，通常采用顆粒活性炭、活性炭纖維和活性炭氈等材料作為吸附劑，吸收和凈化環境中的惡臭污染物[7]。由于氨、三甲胺和硫化氫等小分子化合物容易穿透活性炭，需要在活性炭上負載金屬化合物、浸漬酸性或堿金屬化合物，通過催化氧化、化學吸收和物理吸附的協同作用，提高惡臭污染物的凈化能力。在廣州市某污水泵站[8]，采用活性碳吸附法的惡臭凈化系統可將平均濃度為1.60 mg/m3的H2S降至0.02～0.03 mg/m3，將平均濃度為0.31 mg/m3的NH3降至0.0～0.08 mg/m3。

2.2 化學吸收法

化學吸收法采用化學藥劑或植物提取液為活性物質，通過酸堿中和、氧化還原、加成和聚合等化學反應，將惡臭污染物吸收或轉化為無臭物質[9]。檸檬酸、乳酸等具有揮發性弱、毒性低、嗅閾值高等特點，可以和氨、三甲胺等發生中和反應吸收惡臭污染物；活性氧、醛類及二氧化氯等可以與惡臭污染物發生氧化還原反應，將惡臭污染物轉化吸收。植物提取液中含有大量活性物質，特別是多酚類和黃酮類化合物，可以與惡臭污染物的活性基團（如：-SH，-NH和=NH等）發生化學反應，快速將垃圾滲漏液散發的惡臭味從6級降至2級以下，同時減少其他揮發性有機物的排放[10]。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法是指在紫外光或可見光照射下，TiO2，ZnO及CdS等具有光催化活性的物質產生電子-空穴，進而生成羥基自由基、過氧化物等活性物質，將污染物氧化降解的方法[11–14]。光催化氧化法可以有效地分解醛類、芳烴、脂肪烴、醇、醛、酮、鹵代烴和硫醇等有機污染物，去除氮氧化物、硫氧化物、硫化氫和氨氣等無機污染物，高效滅殺暴露于空氣中的大部分細菌和病毒，已廣泛應用于空氣凈化、惡臭污染治理及有毒物質降解領域。在上海市昌平、康定排水系統改造工程中，采用光催化氧化法的處理系統可將H2S和NH3去除90%以上，臭氣濃度降低93.6%，處理后的氣體達到國家排放標準要求。

2.4 催化燃燒法

催化燃燒法也稱無焰燃燒法，是指在一定溫度和催化劑的作用下，將污染物氧化分解的方法[15–17]。催化劑是催化燃燒法的核心，其活性的高低直接決定了催化效果的好壞。催化劑可分為鉑、鈀和金等貴金屬催化劑或銅、錳、鐵、鈷、鋅與稀土等非貴重金屬催化劑。催化燃燒法常用于揮發性有機污染物治理，國內很多煉油廠采用該法處理有機惡臭污染物。

2.5 低溫等離子體法

低溫等離子體法也稱非平衡等離子體法，是指物質在電極間高壓電場作用下，產生電子、離子、光子、中性分子、激發態原子和自由基等高能粒子，通過高能粒子間相互碰撞發生系列物理化學反應，將污染物降解的方法[18–19]。低溫等離子體產生方法有很多，如介質阻擋放電、電暈放電與射頻放電等，最常見和應用最廣泛的是介質阻擋放電。杭州濱江區污水處理廠采用介質阻擋放電法凈化惡臭氣體，可將H2S和NH3去除90%以上。

2.6 生物除臭法

生物除臭法是利用微生物的代謝作用，將惡臭污染物分解、轉化、吸收，成為其所需的能量、養分或無臭物質的方法[20–23]。生物除臭過程可分為3步：一是惡臭物質從氣相進入液相的傳質過程；二是液相中惡臭物質被微生物吸收過程；三是惡臭污染物在微生物作用下的分解、轉化和被吸收過程。根據使用方式不同，生物除臭法可分為生物除臭劑和生物除臭裝置兩種。采用的活性菌種可分為厭氧型、好氧型和好氧/厭氧復合型3種。生物除臭劑，特別是復合菌種除臭劑，已經廣泛用于人畜糞便、生活垃圾處理，可以達到惡臭物質源頭減量的效果。生物除臭裝置可用于含惡臭物質的氣體和污水凈化，根據除臭工藝原理的不同，分為過濾式、滴濾式、洗滌式、曝氣式、吸附/生物降解式和生物/膜處理式除臭裝置等。采用生物除臭法，可以將某污水處理廠H2S和NH3濃度從4.63 mg/m3和5.68 mg/m3降至0.97 mg/m3和0.46 mg/m3，去除率均超過80%[24]。

3 各種惡臭污染物凈化方法在艦船廁所特定條件下的適用性

艦船廁所空間狹小、密閉性好，人員洗浴、入廁等活動頻繁，加之受到艦船裝備能耗限制，對于惡臭污染物凈化方法和設備均有很高的要求：一是需要惡臭污染物凈化設備結構簡單、體積小、能耗低；二是需要惡臭污染物凈化效率高、持續時間長；三是需要綠色環保、無尾氣二次污染。幾種常見惡臭污染物凈化方法的特點對比見表2。

從表2中可知，活性炭吸附法、化學吸收法、生物除臭法等惡臭污染物凈化方法在體積功耗、凈化能力、綠色環保等三方面均具有很好的艦船適用性。催化燃燒法和低溫等離子體法的裝置體積大、功耗高、存在二次污染。這些問題未解決前，不適用于艦船廁所惡臭污染物凈化。光催化氧化法在體積、功耗、凈化能力上可以滿足艦船使用，但是存在反應中間體污染尾氣的現象，需要對尾氣進行二次凈化后，才能用于艦船廁所惡臭污染物凈化。

表 2 幾種常見惡臭污染物凈化方法特點對比Tab. 2 Comparison of some odor contaminations control method

4 艦船廁所惡臭污染物綜合治理方法

人對惡臭污染物的感覺量符合Weber-Fecher定律，惡臭強度與惡臭污染物濃度的對數正相關，即便將惡臭物質去除90%，人所感覺到臭氣濃度卻只減少一半?，F有的艦船廁所惡臭污染物凈化方法僅僅對空氣中已有的惡臭污染物進行去除，而沒有對惡臭污染物產生的源頭進行治理，在有害微生物作用下，人體排泄物和盥洗污水會持續大量產生惡臭污染物并釋放到艙室空間，很難將艦船廁所環境治理到令人滿意的程度。

因此，從艦船廁所惡臭污染物產生源頭入手，針對性采用多種技術途徑，對惡臭污染物進行源頭治理和擴散過程凈化相結合的綜合治理方法是合理且非常有必要的。

一是惡臭污染物的源頭治理，從根源上減少因有害微生物發酵所引起的惡臭污染物持續排放。利用生物除臭劑，定時投放至大便儲存罐、小便池、污水柜中，通過微生物間的競爭，抑制有害微生物的生長活動，維持活性菌種的優勢，減少化合物分解時惡臭污染物的產生；通過微生物的活動以及化學吸收法（植物除臭劑、化學除臭劑）的生物和化學作用，將大便貯存罐、小便池、污水柜中已產生的惡臭污染物分解、吸收，從源頭上減少惡臭污染物的排放。

二是控制惡臭污染物的擴散過程，持續凈化空氣中惡臭污染物。通過將光催化氧化法和活性炭吸附法相結合，利用光催化反應對惡臭污染物的氧化降解，降低惡臭污染物對負載型除臭活性炭的負荷，延長活性炭的使用壽命；同時，利用負載型除臭活性炭，凈化光催化反應中間產物所造成的二次污染，確保光催化反應尾氣對人體無害。

5 結 語

利用生物除臭劑、化學吸收法、活性炭吸附法、光催化氧化法凈化環境中惡臭污染物已得到了廣泛應用且效果良好。對于艦船廁所特定環境，綜合使用以上幾種方法，對惡臭污染物進行源頭治理和擴散過程凈化，必將會降低廁所內惡臭污染物濃度，提高艙室環境舒適性。但是，在工程化應用前，還需重點解決以下問題：

1）針對生物除臭劑，篩選適合于艦船艙室溫度、濕度、鹽度、pH值條件下的高效復合微生物或生物酶，保證其可在艦船環境條件下對惡臭污染物高效凈化。充分驗證復合微生物和生物酶的安全性，確保其在使用過程中對人員、裝備安全無害。

2）針對化學吸收法，重點解決植物型、化學型除臭劑和生物除臭劑的復配使用方法，選擇合適的植物型、化學型除臭劑，在保證其對惡臭污染物高效凈化的同時，避免對生物除臭劑除臭效果產生不利的影響。

3）針對光催化氧化法，重點開展納米TiO2摻雜改性研究，提升光催化反應活性和催化劑抗中毒性能，降低SO2，NO和NO2等中間產物生成，減輕尾氣污染。

4）針對活性炭吸附法，在現有除臭材料的基礎上，研制新的負載型除臭活性炭，重點提升高濕情況下活性炭的抗陳化性能、惡臭污染物選擇性吸附性能、含硫、含氮氧化物的脫除性能。

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The method for controlling of ship cabin toilet odor contaminations

LIANG Yong-qing1, QIAO Jiang-bo1, LI Xiao-xu1, LI Jian1, SONG Zhen-chao2
(1. No. 92609 Unit of the PLA, Beijing 100077, China; 2. Shanxi Xinhua Chemical Co., LTD, Taiyuan 030008, China)

Aiming at the poor air quality problems in ship’s toilets during the long voage, this paper summarized many methods of purifying odor contaminations, and comparably analyzed their applicability in the specific conditions of ship’s toilet. The hybrid method combining the odor contaminations source treatment and the diffusion processing purification has been put forwards, and the key problem has been given that need to be solved for the engineering application in ship’s toilet.

ship’s toilet；odor contaminations；source treatment；diffusion processing；purification

X5

A

1672 – 7649(2017)08 – 0146 – 05

10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.08.031

2017 – 05 – 25

梁永慶(1978 – )，男，碩士研究生，工程師，研究方向為艦船核生化防護和艙室大氣環境綜合控制。