呼佳寧

（上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233）

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，生活垃圾的產(chǎn)生量和收集量也在急速增加，配套的垃圾中轉(zhuǎn)站、垃圾處理廠、垃圾焚燒廠、污水處理廠等市政工程的建設(shè)均呈現(xiàn)快速增長趨勢，伴隨垃圾、污水的收集治理工作而導(dǎo)致的異味投訴問題也越來越多。據(jù)我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2018—2020 年全國惡臭/異味污染投訴情況分析》［1］可知，2018—2020 年全國生態(tài)環(huán)境信訪投訴舉報(bào)管理平臺接到惡臭/異味投訴舉報(bào)占全部環(huán)境問題投訴舉報(bào)件數(shù)的20.8%～22.1%，是當(dāng)前公眾投訴最強(qiáng)烈的環(huán)境問題之一，其中垃圾處理占全部惡臭/異味投訴的平均比例為11.3%，是近3 年惡臭/異味投訴最多的行業(yè)，說明垃圾處理行業(yè)相關(guān)的異味投訴問題十分嚴(yán)重。生活垃圾由于含有淀粉、蛋白質(zhì)、油脂、糖類等有機(jī)質(zhì)，在微生物的作用下會產(chǎn)生硫化氫、氨氣、硫醚類、硫醇類、芳香族化合物、含氧化合物等多類型的異味污染物質(zhì)，伴隨垃圾收集、運(yùn)輸、中轉(zhuǎn)、填埋的過程均可能向周邊環(huán)境中排放惡臭。由于垃圾收運(yùn)、傾倒和填埋處理等過程依然存在敞開式作業(yè)，產(chǎn)生的惡臭氣體無法做到全密閉收集治理，所以噴灑除臭劑成為垃圾處理行業(yè)最典型的惡臭控制措施之一［2］。

除臭劑主要分為物理除臭劑、化學(xué)除臭劑、生物型除臭劑和植物型除臭劑4 類［3］，物理和化學(xué)除臭劑多以活性炭、沸石、酸堿性化學(xué)物質(zhì)等成分為主，以吸附、中和反應(yīng)、氧化反應(yīng)為主要作用機(jī)理［4］；生物型除臭劑以微生物成分為主，利用微生物對臭氣組分的代謝或生物酶催化降解臭氣組分［5-6］；植物型除臭劑以植物提取油、汁、液等成分為主，配以表面活性劑、香精等輔助劑制成水溶液，其中有效成分為多酚類、萜烯類、有機(jī)酸等物質(zhì)，通過霧化可形成比表面積較大的液滴，通過吸附異味物質(zhì)、利用不飽和化學(xué)鍵改變異味分子化學(xué)結(jié)構(gòu)、吸附沉降等原理除臭［7-10］。針對敞開式異味源的除臭需求，實(shí)際應(yīng)用過程中以噴灑植物型除臭劑和生物型除臭劑最常見。其中生物型除臭劑起效時(shí)間長，且對環(huán)境有較高要求；而植物型除臭劑因其來源廣泛、成本低廉、作用迅速、應(yīng)用廣泛，成為主流產(chǎn)品［11］。國外發(fā)達(dá)國家關(guān)于植物型除臭劑的研究起步較早，日本早在20 世紀(jì)七八十年代就已開展植物型除臭劑的研發(fā)，并且從118 種植物中提取出除臭劑成分。植物型除臭劑發(fā)展至今，可供提取的植物原材料非常廣泛，涉及松科、樟科、姜科、柏科、蕓香科、唇形科、豆科、橄欖科、忍冬科、山茶科、蝶形花亞科等各科植物［12］，并且在污水廠［13］、垃圾中轉(zhuǎn)站［14］、垃圾填埋場［15］、畜禽養(yǎng)殖場［16］有豐富的應(yīng)用。國內(nèi)外已有多個(gè)成熟的植物型除臭劑產(chǎn)品，例如早期的美國異可掃、加拿大怡科羅、韓國odor-zero，以及我國安居樂、玨昂環(huán)境、維翰環(huán)保、JHC 等各類除臭劑廠商與品牌。

為了研究除臭劑對臭氣的去除效果，王玉婧等［17］利用CJ/T 516—2017 生活垃圾除臭劑技術(shù)要求中的氣泡吸收管試驗(yàn)方法對除臭劑的去除效率進(jìn)行測試，并得出臭氣與吸收管中除臭劑的最優(yōu)接觸時(shí)間，該方法測試條件與廢氣洗滌塔工藝相近，但與敞開式異味源噴灑除臭劑的應(yīng)用方式存在差異。路鵬等［18］將垃圾滲濾液注入25 L 圓桶中，然后向桶內(nèi)噴灑除臭劑進(jìn)行測試，但滲濾液惡臭濃度高、降解產(chǎn)物復(fù)雜多變、噴灑參數(shù)未明確，臭氣成分和噴灑過程未能較好地保持統(tǒng)一。陸光立等［19］利用0.2 m3規(guī)格的試驗(yàn)箱進(jìn)行噴灑除臭實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)箱規(guī)模較小、噴灑點(diǎn)位密集，測試出硫化氫去除效率最高達(dá)99%。曾智等［14］直接對垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站噴灑植物型除臭劑進(jìn)行測試，研究表明直接噴灑植物型除臭劑對垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站有一定除臭效果。綜上所述，目前已有的除臭劑去除效率的測試方法存在實(shí)驗(yàn)艙規(guī)模小、臭源多變、缺乏重復(fù)性等問題，并且鮮有專門針對植物型除臭劑去除效率的測試方法開展討論。因此，本研究根據(jù)植物型除臭劑在敞開式異味源的真實(shí)使用場景，借助大型實(shí)驗(yàn)艙模擬惡臭環(huán)境，構(gòu)建1 套1.5 m3實(shí)驗(yàn)艙植物型除臭劑除臭效率的測試實(shí)驗(yàn)方法，并收集國內(nèi)外典型的除臭劑產(chǎn)品開展去除效率測試研究，為植物型除臭劑選型和應(yīng)用提供參考。

2 測試方法設(shè)計(jì)

參考借鑒QB/T 2761—2006 室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測定方法［20］，通過在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)模擬惡臭環(huán)境，然后將除臭劑通過壓力噴嘴以霧化的形式噴灑于實(shí)驗(yàn)艙中，其中噴灑方式參照常規(guī)的垃圾填埋作業(yè)面的除臭風(fēng)炮應(yīng)用方式并明確霧化程度，從而測試實(shí)驗(yàn)艙中的惡臭降低程度，得出除臭劑的除臭效率。該測試方法有以下優(yōu)點(diǎn)：①可結(jié)合實(shí)際惡臭污染特征人工配制實(shí)驗(yàn)艙惡臭污染氣體成分與濃度，定性定量模擬惡臭污染，確保測試條件統(tǒng)一；②通過噴嘴均勻、穩(wěn)定地向?qū)嶒?yàn)艙內(nèi)噴灑除臭劑，測試條件與植物型除臭劑在敞開式異味源的實(shí)際應(yīng)用方式相符，所以測試得到的去除效率可信度好。

硫化氫是典型的惡臭物質(zhì)，具有臭雞蛋味，有劇毒，是國內(nèi)外惡臭排放標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)污染物之一，其嗅閾值低至0.001 8 mg/m3［21］，極易造成異味污染，所以本研究選擇硫化氫為臭氣成分開展各除臭劑的去除效果測試研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與測試材料

2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)艙2 個(gè)，容積約為1.5 m3（0.90 m×0.90 m×1.85 m），框架為鋁型材，面板為厚度5 mm 浮法平板玻璃；風(fēng)扇（功率20 W，艾芭莎淘寶店）；霧化噴嘴（型號為SU16-SS，霧化粒徑范圍為5～50 μm，美國Spraying System 噴霧系統(tǒng)公司）；隔膜泵（型號PA3110-03，壓力為0.2～0.7 MPa，日本SMC 公司）；硫化氫標(biāo)氣瓶（75 mg/m3，上海偉創(chuàng)）；硫化氫分析儀（450i 型硫化氫分析儀，美國賽默飛）；采樣口位于實(shí)驗(yàn)艙中間高度；特氟龍采樣袋和軟管若干。實(shí)驗(yàn)裝置示意見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意Figure 1 Schematic diagram of experimental equipment

1.1.2 測試材料

為研究植物型除臭劑對硫化氫的去除效果，收集常見的、典型的除臭劑產(chǎn)品開展實(shí)驗(yàn)，包括10種除臭劑產(chǎn)品，分別來自美國、加拿大、韓國、日本、中國的一些品牌產(chǎn)品以及中國某垃圾填埋場正在使用的非品牌產(chǎn)品。由于涉及商業(yè)機(jī)密，各除臭劑廠商未能提供有效成分及濃度占比，廠商結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況提供產(chǎn)品和稀釋倍數(shù)，具體稀釋倍數(shù)見表1，測試時(shí)采用純凈水稀釋使用。

表1 除臭劑樣品稀釋倍數(shù)Table 1 Dilution ratios of deodorant samples

2.2 測試步驟

1）實(shí)驗(yàn)艙硫化氫初始濃度配制。

垃圾填埋場和垃圾中轉(zhuǎn)站硫化氫濃度從μg/m3到mg/m3級別呈現(xiàn)波動性變化趨勢［22］，故本研究采用1.5 mg/m3硫化氫氣體作為臭源濃度，與垃圾填埋場常規(guī)作業(yè)面濃度較接近。利用限流閥、軟管將硫化氫標(biāo)氣通入實(shí)驗(yàn)艙，在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)稀釋約為1.5 mg/m3的硫化氫氣體，并采樣測試硫化氫實(shí)際濃度作為初始濃度。

2）實(shí)驗(yàn)步驟。

水是除臭劑的主要組成部分，并且水在噴霧過程中由于吸附、沉降、溶解等機(jī)理也會對惡臭成分產(chǎn)生去除作用，所以本研究將水作為對照組開展實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)步驟為實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)通入硫化氫標(biāo)氣，然后關(guān)閉通氣閥、開啟風(fēng)扇攪拌均勻，采集實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)氣體檢測硫化氫濃度，作為實(shí)驗(yàn)艙臭氣初始濃度。隔膜泵和噴嘴連接后安置于實(shí)驗(yàn)艙底部，噴頭垂直向上，打開隔膜泵開關(guān)，噴嘴向上方空氣中噴灑5 min 純凈水，關(guān)閉噴嘴分別靜置10、20、30、40、50、60 min，并同步采集實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)氣樣，測試其硫化氫濃度。除臭劑實(shí)驗(yàn)組將純凈水換成稀釋后的除臭劑樣品，其余實(shí)驗(yàn)步驟與對照組相同。

2.3 除臭劑或水對硫化氫的去除效率計(jì)算

除臭劑或純凈水噴灑后去除效率計(jì)算公式如下：

式中：η為除臭劑或純凈水對硫化氫的去除效率，%；t為除臭劑與硫化氫氣體的接觸時(shí)間（靜置時(shí)間），min；C0為實(shí)驗(yàn)艙硫化氫初始濃度，mg/m3；Ct為除臭劑或純凈水與硫化氫氣體接觸t時(shí)間后實(shí)驗(yàn)艙中硫化氫的濃度，mg/m3。

3 結(jié)果與討論

3.1 純凈水對硫化氫的去除效率

噴灑純凈水后不同接觸時(shí)間下的硫化氫濃度和去除效率見圖2。由圖2 可知，純凈水對硫化氫有一定的去除效果，噴灑后10 min 純凈水去除硫化氫的效率為21%，隨著接觸時(shí)間增加至60 min，硫化氫的去除效率達(dá)到55%。這主要是由于硫化氫與霧化后的水滴接觸時(shí)，通過氣液交換轉(zhuǎn)移至液相膜并與之結(jié)合，在重力的引導(dǎo)下沉降至底部［23］，從而達(dá)到一定的去除效果。

圖2 噴灑純凈水后不同接觸時(shí)間下硫化氫的濃度變化及去除效率Figure 2 The change of hydrogen sulfide concentration and removal efficiency under different contact time after spraying pure water

3.2 除臭劑對硫化氫的去除效率

噴灑后10 min 和60 min 各除臭劑去除效率見圖3。由圖3 可知，接觸60 min 之后除臭劑對硫化氫去除效率最高的產(chǎn)品為A-4 和B-1，去除效率均達(dá)到87%，其次為產(chǎn)品A-1，去除效率為85%。這3 種產(chǎn)品分別來自日本、中國和美國，主要以植物精油、高分子有機(jī)化合物作用為主，并且稀釋倍數(shù)較高，分別為300、100 和200。江淦福等［24］有類似結(jié)論，利用美國異可掃植物精油產(chǎn)品針對造紙廠臭氣進(jìn)行處理，由于霧化后的植物精油對臭氣分子具有高溶解性和高分配常數(shù)，可以對臭氣分子形成很好的吸附和包裹作用，最后異味得到明顯改善。

圖3 各除臭劑樣品分別在接觸10 min 和60 min 后對硫化氫的去除效率Figure 3 Removal efficiencies of hydrogen sulfide by each deodorants after contact for 10 minutes and 60 minutes respectively

噴灑后60 min 硫化氫去除效率低于純凈水的除臭劑產(chǎn)品為A-3 和C-5，分別為40% 和36%，這兩種除臭劑的主要成分為植物提取液，稀釋倍數(shù)低，分別為50 和20。據(jù)調(diào)研，稀釋倍數(shù)低的產(chǎn)品C-5 和C-6 保質(zhì)時(shí)間短，并且植物提取液成分復(fù)雜多變，其中部分有效成分的作用條件有相應(yīng)要求，例如綠茶茶多酚成分在酸性條件下除臭效果較低［25］。加之運(yùn)輸過程與產(chǎn)品保存條件等影響因素，可能導(dǎo)致A-3 和C-5 中部分有效成分失效，所以產(chǎn)生去除效率低于純凈水的現(xiàn)象。

由于實(shí)際應(yīng)用中對植物型除臭劑的見效快慢較為重視，故進(jìn)一步比較分析10 min 內(nèi)各植物型除臭劑應(yīng)用效果，A-1 和B-1 在10 min 之后去除效率最高，分別為84% 和70%，稀釋倍數(shù)較高為200 和100，說明本次除臭劑樣品中20%的產(chǎn)品在10 min 起效迅速；A-3 和C-5 在10 min 之后去除效率最低，分別為12% 和14%，稀釋倍數(shù)分別為50 和20?？梢钥闯?，本研究的各典型除臭劑產(chǎn)品中稀釋倍數(shù)高、以植物精油為主的產(chǎn)品整體去除硫化氫效果好、作用時(shí)間快，反之稀釋倍數(shù)低的產(chǎn)品效果可能較差。

3.3 接觸時(shí)間對去除效率的影響

為了進(jìn)一步分析除臭劑與硫化氫接觸時(shí)間對去除效率的影響，選取效果最好的前3 種產(chǎn)品A-1、A-4 和B-1，分析各接觸時(shí)間下硫化氫的去除效果，結(jié)果見圖4。由圖4 可知，所有除臭劑對硫化氫的去除效率與接觸時(shí)間呈正相關(guān)，隨著接觸時(shí)間的增長其對硫化氫的去除效率不斷提高，去除效率平均值由34% 遞增為63%。其中B-1 和A-4 去除效率從10 min 到60 min 分別提高了24%和135%，然后達(dá)到最高去除效率，說明B-1 和A-4 去除效果緩慢但最終去除效果好。A-1 在10 min 時(shí)基本達(dá)到去除效率最高值，從10 min 到60 min 幾乎無變化，說明A-1 見效迅速且硫化氫去除效果也較好，更加適合垃圾填埋場噴灑作業(yè)。

圖4 不同接觸時(shí)間下除臭劑樣品A-1、A-4、B-1 及所有樣品平均對硫化氫的去除效率Figure 4 Removal efficiencies of hydrogen sulfide by deodorant A-1、A-4、B-1 and average value of all samples under different contact time

4 結(jié)論與展望

1）通過調(diào)研植物型除臭劑的研究進(jìn)展及去除效果測試現(xiàn)狀，結(jié)合植物型除臭劑敞開式異味源除臭的實(shí)際應(yīng)用場景，首次提出并構(gòu)建1 套1.5 m3實(shí)驗(yàn)艙植物型除臭劑除臭效率的測試方法，并且利用該方法收集市面常見的10 種除臭劑產(chǎn)品開展硫化氫去除效果測試研究。研究發(fā)現(xiàn)噴灑純凈水對硫化氫有一定去除效果，去除效率為55%。除臭劑產(chǎn)品中稀釋倍數(shù)高、以植物精油為主的產(chǎn)品整體去除硫化氫效果好、作用時(shí)間快，去除效率為84%～87%；反之稀釋倍數(shù)低的產(chǎn)品效果相對較差。

2）噴灑除臭劑之后隨著除臭劑與硫化氫的接觸時(shí)間增加，硫化氫去除效率均呈現(xiàn)遞增趨勢，平均值由34%遞增為63%，其中A-1 的稀釋倍數(shù)為200，其起效快、硫化氫去除效果佳，最適用于垃圾填埋場。

3）由于各除臭劑有效成分、物質(zhì)濃度、植物提取種類及來源等信息并未明確，后續(xù)應(yīng)深入探索各除臭劑有效成分特征和作用機(jī)理，結(jié)合除臭場景差異建立各典型植物型除臭劑的關(guān)鍵指標(biāo)與評估參數(shù)，便于除臭劑產(chǎn)品的快速篩選和高效應(yīng)用。