舰船厕所恶臭污染物治理方法

梁永庆，乔江波，李晓旭，李 健，宋振超

(1. 中国人民解放军92609部队，北京 100077；2. 山西新华化工有限责任公司，山西 太原 030008)

舰船厕所恶臭污染物治理方法

梁永庆1，乔江波1，李晓旭1，李 健1，宋振超2

(1. 中国人民解放军92609部队，北京 100077；2. 山西新华化工有限责任公司，山西 太原 030008)

针对舰船厕所恶臭污染物净化效果不佳，长航期间空气质量差的现状，综述了现有多种恶臭污染物净化方法，对比分析各种方法在舰船厕所这一特定环境下的适用性，提出恶臭污染物源头治理和扩散过程净化相结合的综合治理方法，并给出实现工程化应用需要解决的重点问题。

舰船厕所；恶臭污染物；源头治理；扩散过程；净化

0 引 言

舰船厕所作为人员生活必备的场所，其空间狭小、人员活动频繁，空气污染物多、异味严重，是舰船舱室环境控制的重点和难点之一。人员对厕所恶臭污染物耐受性差，易产生厌食、恶心反应，部分个体甚至可诱发呕吐，影响正常工作和生活。舰船长航期间，高温、高湿、振动、摇摆、噪声、电离辐射以及空间狭小、作业紧张等诸多环境因素影响，更可降低人员对污染物的耐受能力[1]。

目前，多数舰船采用通风换气、定时冲扫和活性碳吸附等方法来降低厕所环境中恶臭污染物浓度，减轻异味对人员身体和心理的影响。但是，舰船长航期间厕所空气质量仍无法令人满意，部分恶臭污染物浓度超出国家标准允许范围。

本文通过分析舰船厕所恶臭污染物产生源头，综述了多种恶臭污染物净化方法，通过对比分析各种方法在舰船厕所这一特定环境下的适用性，提出恶臭污染物源头治理和扩散过程净化相结合的综合治理方法，并指出实现工程化应用所需要解决的重点问题。

1 舰船厕所恶臭污染物的来源及其对人体的危害

1.1 舰船厕所恶臭污染物来源

舰船厕所恶臭污染物主要来源于2个方面：一是人体代谢过程中产生的恶臭物质释放和扩散。健康人日常代谢时，每昼夜排尿1 000～1 500 ml，平均排便250～300 g，产生肛肠气800～1 000 ml。其中，尿液中含有少量恶臭化合物，粪便中含有吲哚、硫化氢、丁酸以及0.02%～0.16%的氨等，肛肠气含有约5%的硫化氢，均会伴随排泄过程释放到环境中，是厕所恶臭污染物的来源之一[2]；二是尿液、粪便、盥洗污水中的化合物在有害微生物作用下持续发酵分解，产生和释放大量恶臭物质。尿液中含有氯化物、尿素、酶、维生素、脂肪烃和有机酸，粪便中主要成分为纤维素、半纤维素、未消化的蛋白质和氨基酸，以上物质部分可在有害微生物作用下氨化、硫矿化，产生氨气、甲胺、硫化氢以及硫醇等恶臭物质，直接释放至环境。这也是舰船厕所恶臭污染物长期存在和超标的源头。

1.2 舰船厕所常见恶臭污染物及其对人体的危害

恶臭污染物按照成分通常分为以下几种：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，包括硫化氢、硫醇和硫醚等；三是含氧化合物，包括醛、酮以及有机酸等；四是烃类化合物，包括芳香烃、短链烷烃、烯烃以及炔烃等；五是卤素及其衍生物，包括氯、溴和卤代烃等。

通常情况下，舰船厕所中恶臭污染物主要为含氮、含硫化合物，包括：氨和有机胺、硫化氢和有机硫化物（硫醇）以及杂环化合物（吲哚、三甲基吲哚）等。其中，硫化氢、氨、甲硫醇、甲胺、吲哚等嗅阈值低，对人体刺激性大，是厕所恶臭污染物控制的重点。

厕所恶臭污染物对人体的呼吸系统、循环系统、消化系统、内分泌系统和神经系统等均有危害。在不同浓度条件下，恶臭污染物对人体健康影响差异较大。例如，低浓度氨可刺激人体皮肤和粘膜，引起粘膜充血；高浓度氨可造成人体直接暴露部位碱性化学灼伤，引发化学性支气管炎、肺炎及肺水肿等。低浓度硫化氢，可刺激人员眼睛并引发呼吸道症状，长期接触时会发生慢性中毒反应；含量达到30～40 mg/m3时，使人感到刺鼻和窒息；更高浓度存在时，会使人产生嗅觉疲劳，易导致大量吸入造成呼吸麻痹而死亡。据报道，日本“夕雾”号驱逐舰于2010年执行索马里海域护航任务时，三等海曹（士官）今井健二因厕所硫化氢超标中毒身亡。

几种常见厕所恶臭污染物的嗅阈值、毒性阈值（TLV-TWA）以及国军标允许浓度见表1。毒性阈值中TLV-TWA为美国工业卫生协会的8 h加权平均值，人员8 h暴露在低于该浓度的环境中不会引起不可逆的伤害。

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

2 常见的恶臭污染物净化方法

恶臭污染物具有明显的环境和生物毒害性，且广泛存在于各种环境中，其高效净化方法一直是国内外环境工程、航空航天、化学工业以及农林畜牧业领域的研究热点。常见的恶臭污染物净化方法有活性炭吸附法、化学吸收法、光催化氧化法、催化燃烧法、低温等离子体法和生物除臭法等。

2.1 活性炭吸附法

活性炭吸附法是从空气中脱除恶臭污染物的传统方法，通常采用颗粒活性炭、活性炭纤维和活性炭毡等材料作为吸附剂，吸收和净化环境中的恶臭污染物[7]。由于氨、三甲胺和硫化氢等小分子化合物容易穿透活性炭，需要在活性炭上负载金属化合物、浸渍酸性或碱金属化合物，通过催化氧化、化学吸收和物理吸附的协同作用，提高恶臭污染物的净化能力。在广州市某污水泵站[8]，采用活性碳吸附法的恶臭净化系统可将平均浓度为1.60 mg/m3的H2S降至0.02～0.03 mg/m3，将平均浓度为0.31 mg/m3的NH3降至0.0～0.08 mg/m3。

2.2 化学吸收法

化学吸收法采用化学药剂或植物提取液为活性物质，通过酸碱中和、氧化还原、加成和聚合等化学反应，将恶臭污染物吸收或转化为无臭物质[9]。柠檬酸、乳酸等具有挥发性弱、毒性低、嗅阈值高等特点，可以和氨、三甲胺等发生中和反应吸收恶臭污染物；活性氧、醛类及二氧化氯等可以与恶臭污染物发生氧化还原反应，将恶臭污染物转化吸收。植物提取液中含有大量活性物质，特别是多酚类和黄酮类化合物，可以与恶臭污染物的活性基团（如：-SH，-NH和=NH等）发生化学反应，快速将垃圾渗漏液散发的恶臭味从6级降至2级以下，同时减少其他挥发性有机物的排放[10]。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法是指在紫外光或可见光照射下，TiO2，ZnO及CdS等具有光催化活性的物质产生电子-空穴，进而生成羟基自由基、过氧化物等活性物质，将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类、芳烃、脂肪烃、醇、醛、酮、卤代烃和硫醇等有机污染物，去除氮氧化物、硫氧化物、硫化氢和氨气等无机污染物，高效灭杀暴露于空气中的大部分细菌和病毒，已广泛应用于空气净化、恶臭污染治理及有毒物质降解领域。在上海市昌平、康定排水系统改造工程中，采用光催化氧化法的处理系统可将H2S和NH3去除90%以上，臭气浓度降低93.6%，处理后的气体达到国家排放标准要求。

2.4 催化燃烧法

催化燃烧法也称无焰燃烧法，是指在一定温度和催化剂的作用下，将污染物氧化分解的方法[15–17]。催化剂是催化燃烧法的核心，其活性的高低直接决定了催化效果的好坏。催化剂可分为铂、钯和金等贵金属催化剂或铜、锰、铁、钴、锌与稀土等非贵重金属催化剂。催化燃烧法常用于挥发性有机污染物治理，国内很多炼油厂采用该法处理有机恶臭污染物。

2.5 低温等离子体法

低温等离子体法也称非平衡等离子体法，是指物质在电极间高压电场作用下，产生电子、离子、光子、中性分子、激发态原子和自由基等高能粒子，通过高能粒子间相互碰撞发生系列物理化学反应，将污染物降解的方法[18–19]。低温等离子体产生方法有很多，如介质阻挡放电、电晕放电与射频放电等，最常见和应用最广泛的是介质阻挡放电。杭州滨江区污水处理厂采用介质阻挡放电法净化恶臭气体，可将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谢作用，将恶臭污染物分解、转化、吸收，成为其所需的能量、养分或无臭物质的方法[20–23]。生物除臭过程可分为3步：一是恶臭物质从气相进入液相的传质过程；二是液相中恶臭物质被微生物吸收过程；三是恶臭污染物在微生物作用下的分解、转化和被吸收过程。根据使用方式不同，生物除臭法可分为生物除臭剂和生物除臭装置两种。采用的活性菌种可分为厌氧型、好氧型和好氧/厌氧复合型3种。生物除臭剂，特别是复合菌种除臭剂，已经广泛用于人畜粪便、生活垃圾处理，可以达到恶臭物质源头减量的效果。生物除臭装置可用于含恶臭物质的气体和污水净化，根据除臭工艺原理的不同，分为过滤式、滴滤式、洗涤式、曝气式、吸附/生物降解式和生物/膜处理式除臭装置等。采用生物除臭法，可以将某污水处理厂H2S和NH3浓度从4.63 mg/m3和5.68 mg/m3降至0.97 mg/m3和0.46 mg/m3，去除率均超过80%[24]。

3 各种恶臭污染物净化方法在舰船厕所特定条件下的适用性

舰船厕所空间狭小、密闭性好，人员洗浴、入厕等活动频繁，加之受到舰船装备能耗限制，对于恶臭污染物净化方法和设备均有很高的要求：一是需要恶臭污染物净化设备结构简单、体积小、能耗低；二是需要恶臭污染物净化效率高、持续时间长；三是需要绿色环保、无尾气二次污染。几种常见恶臭污染物净化方法的特点对比见表2。

从表2中可知，活性炭吸附法、化学吸收法、生物除臭法等恶臭污染物净化方法在体积功耗、净化能力、绿色环保等三方面均具有很好的舰船适用性。催化燃烧法和低温等离子体法的装置体积大、功耗高、存在二次污染。这些问题未解决前，不适用于舰船厕所恶臭污染物净化。光催化氧化法在体积、功耗、净化能力上可以满足舰船使用，但是存在反应中间体污染尾气的现象，需要对尾气进行二次净化后，才能用于舰船厕所恶臭污染物净化。

表 2 几种常见恶臭污染物净化方法特点对比Tab. 2 Comparison of some odor contaminations control method

4 舰船厕所恶臭污染物综合治理方法

人对恶臭污染物的感觉量符合Weber-Fecher定律，恶臭强度与恶臭污染物浓度的对数正相关，即便将恶臭物质去除90%，人所感觉到臭气浓度却只减少一半。现有的舰船厕所恶臭污染物净化方法仅仅对空气中已有的恶臭污染物进行去除，而没有对恶臭污染物产生的源头进行治理，在有害微生物作用下，人体排泄物和盥洗污水会持续大量产生恶臭污染物并释放到舱室空间，很难将舰船厕所环境治理到令人满意的程度。

因此，从舰船厕所恶臭污染物产生源头入手，针对性采用多种技术途径，对恶臭污染物进行源头治理和扩散过程净化相结合的综合治理方法是合理且非常有必要的。

一是恶臭污染物的源头治理，从根源上减少因有害微生物发酵所引起的恶臭污染物持续排放。利用生物除臭剂，定时投放至大便储存罐、小便池、污水柜中，通过微生物间的竞争，抑制有害微生物的生长活动，维持活性菌种的优势，减少化合物分解时恶臭污染物的产生；通过微生物的活动以及化学吸收法（植物除臭剂、化学除臭剂）的生物和化学作用，将大便贮存罐、小便池、污水柜中已产生的恶臭污染物分解、吸收，从源头上减少恶臭污染物的排放。

二是控制恶臭污染物的扩散过程，持续净化空气中恶臭污染物。通过将光催化氧化法和活性炭吸附法相结合，利用光催化反应对恶臭污染物的氧化降解，降低恶臭污染物对负载型除臭活性炭的负荷，延长活性炭的使用寿命；同时，利用负载型除臭活性炭，净化光催化反应中间产物所造成的二次污染，确保光催化反应尾气对人体无害。

5 结 语

利用生物除臭剂、化学吸收法、活性炭吸附法、光催化氧化法净化环境中恶臭污染物已得到了广泛应用且效果良好。对于舰船厕所特定环境，综合使用以上几种方法，对恶臭污染物进行源头治理和扩散过程净化，必将会降低厕所内恶臭污染物浓度，提高舱室环境舒适性。但是，在工程化应用前，还需重点解决以下问题：

1）针对生物除臭剂，筛选适合于舰船舱室温度、湿度、盐度、pH值条件下的高效复合微生物或生物酶，保证其可在舰船环境条件下对恶臭污染物高效净化。充分验证复合微生物和生物酶的安全性，确保其在使用过程中对人员、装备安全无害。

2）针对化学吸收法，重点解决植物型、化学型除臭剂和生物除臭剂的复配使用方法，选择合适的植物型、化学型除臭剂，在保证其对恶臭污染物高效净化的同时，避免对生物除臭剂除臭效果产生不利的影响。

3）针对光催化氧化法，重点开展纳米TiO2掺杂改性研究，提升光催化反应活性和催化剂抗中毒性能，降低SO2，NO和NO2等中间产物生成，减轻尾气污染。

4）针对活性炭吸附法，在现有除臭材料的基础上，研制新的负载型除臭活性炭，重点提升高湿情况下活性炭的抗陈化性能、恶臭污染物选择性吸附性能、含硫、含氮氧化物的脱除性能。

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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

梁永庆(1978 – )，男，硕士研究生，工程师，研究方向为舰船核生化防护和舱室大气环境综合控制。