植物型除臭剂除臭效果测试方法及硫化氢去除效果影响因素研究＊

呼佳宁

（上海市环境科学研究院，上海 200233）

1 引言

随着我国社会经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高，生活垃圾的产生量和收集量也在急速增加，配套的垃圾中转站、垃圾处理厂、垃圾焚烧厂、污水处理厂等市政工程的建设均呈现快速增长趋势，伴随垃圾、污水的收集治理工作而导致的异味投诉问题也越来越多。据我国生态环境部发布的《2018—2020 年全国恶臭/异味污染投诉情况分析》［1］可知，2018—2020 年全国生态环境信访投诉举报管理平台接到恶臭/异味投诉举报占全部环境问题投诉举报件数的20.8%～22.1%，是当前公众投诉最强烈的环境问题之一，其中垃圾处理占全部恶臭/异味投诉的平均比例为11.3%，是近3 年恶臭/异味投诉最多的行业，说明垃圾处理行业相关的异味投诉问题十分严重。生活垃圾由于含有淀粉、蛋白质、油脂、糖类等有机质，在微生物的作用下会产生硫化氢、氨气、硫醚类、硫醇类、芳香族化合物、含氧化合物等多类型的异味污染物质，伴随垃圾收集、运输、中转、填埋的过程均可能向周边环境中排放恶臭。由于垃圾收运、倾倒和填埋处理等过程依然存在敞开式作业，产生的恶臭气体无法做到全密闭收集治理，所以喷洒除臭剂成为垃圾处理行业最典型的恶臭控制措施之一［2］。

除臭剂主要分为物理除臭剂、化学除臭剂、生物型除臭剂和植物型除臭剂4 类［3］，物理和化学除臭剂多以活性炭、沸石、酸碱性化学物质等成分为主，以吸附、中和反应、氧化反应为主要作用机理［4］；生物型除臭剂以微生物成分为主，利用微生物对臭气组分的代谢或生物酶催化降解臭气组分［5-6］；植物型除臭剂以植物提取油、汁、液等成分为主，配以表面活性剂、香精等辅助剂制成水溶液，其中有效成分为多酚类、萜烯类、有机酸等物质，通过雾化可形成比表面积较大的液滴，通过吸附异味物质、利用不饱和化学键改变异味分子化学结构、吸附沉降等原理除臭［7-10］。针对敞开式异味源的除臭需求，实际应用过程中以喷洒植物型除臭剂和生物型除臭剂最常见。其中生物型除臭剂起效时间长，且对环境有较高要求；而植物型除臭剂因其来源广泛、成本低廉、作用迅速、应用广泛，成为主流产品［11］。国外发达国家关于植物型除臭剂的研究起步较早，日本早在20 世纪七八十年代就已开展植物型除臭剂的研发，并且从118 种植物中提取出除臭剂成分。植物型除臭剂发展至今，可供提取的植物原材料非常广泛，涉及松科、樟科、姜科、柏科、芸香科、唇形科、豆科、橄榄科、忍冬科、山茶科、蝶形花亚科等各科植物［12］，并且在污水厂［13］、垃圾中转站［14］、垃圾填埋场［15］、畜禽养殖场［16］有丰富的应用。国内外已有多个成熟的植物型除臭剂产品，例如早期的美国异可扫、加拿大怡科罗、韩国odor-zero，以及我国安居乐、珏昂环境、维翰环保、JHC 等各类除臭剂厂商与品牌。

为了研究除臭剂对臭气的去除效果，王玉婧等［17］利用CJ/T 516—2017 生活垃圾除臭剂技术要求中的气泡吸收管试验方法对除臭剂的去除效率进行测试，并得出臭气与吸收管中除臭剂的最优接触时间，该方法测试条件与废气洗涤塔工艺相近，但与敞开式异味源喷洒除臭剂的应用方式存在差异。路鹏等［18］将垃圾渗滤液注入25 L 圆桶中，然后向桶内喷洒除臭剂进行测试，但渗滤液恶臭浓度高、降解产物复杂多变、喷洒参数未明确，臭气成分和喷洒过程未能较好地保持统一。陆光立等［19］利用0.2 m3规格的试验箱进行喷洒除臭实验，试验箱规模较小、喷洒点位密集，测试出硫化氢去除效率最高达99%。曾智等［14］直接对垃圾转运站喷洒植物型除臭剂进行测试，研究表明直接喷洒植物型除臭剂对垃圾转运站有一定除臭效果。综上所述，目前已有的除臭剂去除效率的测试方法存在实验舱规模小、臭源多变、缺乏重复性等问题，并且鲜有专门针对植物型除臭剂去除效率的测试方法开展讨论。因此，本研究根据植物型除臭剂在敞开式异味源的真实使用场景，借助大型实验舱模拟恶臭环境，构建1 套1.5 m3实验舱植物型除臭剂除臭效率的测试实验方法，并收集国内外典型的除臭剂产品开展去除效率测试研究，为植物型除臭剂选型和应用提供参考。

2 测试方法设计

参考借鉴QB/T 2761—2006 室内空气净化产品净化效果测定方法［20］，通过在实验舱内模拟恶臭环境，然后将除臭剂通过压力喷嘴以雾化的形式喷洒于实验舱中，其中喷洒方式参照常规的垃圾填埋作业面的除臭风炮应用方式并明确雾化程度，从而测试实验舱中的恶臭降低程度，得出除臭剂的除臭效率。该测试方法有以下优点：①可结合实际恶臭污染特征人工配制实验舱恶臭污染气体成分与浓度，定性定量模拟恶臭污染，确保测试条件统一；②通过喷嘴均匀、稳定地向实验舱内喷洒除臭剂，测试条件与植物型除臭剂在敞开式异味源的实际应用方式相符，所以测试得到的去除效率可信度好。

硫化氢是典型的恶臭物质，具有臭鸡蛋味，有剧毒，是国内外恶臭排放标准的目标污染物之一，其嗅阈值低至0.001 8 mg/m3［21］，极易造成异味污染，所以本研究选择硫化氢为臭气成分开展各除臭剂的去除效果测试研究。

2.1 实验仪器与测试材料

2.1.1 实验仪器

实验舱2 个，容积约为1.5 m3（0.90 m×0.90 m×1.85 m），框架为铝型材，面板为厚度5 mm 浮法平板玻璃；风扇（功率20 W，艾芭莎淘宝店）；雾化喷嘴（型号为SU16-SS，雾化粒径范围为5～50 μm，美国Spraying System 喷雾系统公司）；隔膜泵（型号PA3110-03，压力为0.2～0.7 MPa，日本SMC 公司）；硫化氢标气瓶（75 mg/m3，上海伟创）；硫化氢分析仪（450i 型硫化氢分析仪，美国赛默飞）；采样口位于实验舱中间高度；特氟龙采样袋和软管若干。实验装置示意见图1。

图1 实验装置示意Figure 1 Schematic diagram of experimental equipment

1.1.2 测试材料

为研究植物型除臭剂对硫化氢的去除效果，收集常见的、典型的除臭剂产品开展实验，包括10种除臭剂产品，分别来自美国、加拿大、韩国、日本、中国的一些品牌产品以及中国某垃圾填埋场正在使用的非品牌产品。由于涉及商业机密，各除臭剂厂商未能提供有效成分及浓度占比，厂商结合实际应用情况提供产品和稀释倍数，具体稀释倍数见表1，测试时采用纯净水稀释使用。

表1 除臭剂样品稀释倍数Table 1 Dilution ratios of deodorant samples

2.2 测试步骤

1）实验舱硫化氢初始浓度配制。

垃圾填埋场和垃圾中转站硫化氢浓度从μg/m3到mg/m3级别呈现波动性变化趋势［22］，故本研究采用1.5 mg/m3硫化氢气体作为臭源浓度，与垃圾填埋场常规作业面浓度较接近。利用限流阀、软管将硫化氢标气通入实验舱，在实验舱内稀释约为1.5 mg/m3的硫化氢气体，并采样测试硫化氢实际浓度作为初始浓度。

2）实验步骤。

水是除臭剂的主要组成部分，并且水在喷雾过程中由于吸附、沉降、溶解等机理也会对恶臭成分产生去除作用，所以本研究将水作为对照组开展实验。具体实验步骤为实验舱内通入硫化氢标气，然后关闭通气阀、开启风扇搅拌均匀，采集实验舱内气体检测硫化氢浓度，作为实验舱臭气初始浓度。隔膜泵和喷嘴连接后安置于实验舱底部，喷头垂直向上，打开隔膜泵开关，喷嘴向上方空气中喷洒5 min 纯净水，关闭喷嘴分别静置10、20、30、40、50、60 min，并同步采集实验舱内气样，测试其硫化氢浓度。除臭剂实验组将纯净水换成稀释后的除臭剂样品，其余实验步骤与对照组相同。

2.3 除臭剂或水对硫化氢的去除效率计算

除臭剂或纯净水喷洒后去除效率计算公式如下：

式中：η为除臭剂或纯净水对硫化氢的去除效率，%；t为除臭剂与硫化氢气体的接触时间（静置时间），min；C0为实验舱硫化氢初始浓度，mg/m3；Ct为除臭剂或纯净水与硫化氢气体接触t时间后实验舱中硫化氢的浓度，mg/m3。

3 结果与讨论

3.1 纯净水对硫化氢的去除效率

喷洒纯净水后不同接触时间下的硫化氢浓度和去除效率见图2。由图2 可知，纯净水对硫化氢有一定的去除效果，喷洒后10 min 纯净水去除硫化氢的效率为21%，随着接触时间增加至60 min，硫化氢的去除效率达到55%。这主要是由于硫化氢与雾化后的水滴接触时，通过气液交换转移至液相膜并与之结合，在重力的引导下沉降至底部［23］，从而达到一定的去除效果。

图2 喷洒纯净水后不同接触时间下硫化氢的浓度变化及去除效率Figure 2 The change of hydrogen sulfide concentration and removal efficiency under different contact time after spraying pure water

3.2 除臭剂对硫化氢的去除效率

喷洒后10 min 和60 min 各除臭剂去除效率见图3。由图3 可知，接触60 min 之后除臭剂对硫化氢去除效率最高的产品为A-4 和B-1，去除效率均达到87%，其次为产品A-1，去除效率为85%。这3 种产品分别来自日本、中国和美国，主要以植物精油、高分子有机化合物作用为主，并且稀释倍数较高，分别为300、100 和200。江淦福等［24］有类似结论，利用美国异可扫植物精油产品针对造纸厂臭气进行处理，由于雾化后的植物精油对臭气分子具有高溶解性和高分配常数，可以对臭气分子形成很好的吸附和包裹作用，最后异味得到明显改善。

图3 各除臭剂样品分别在接触10 min 和60 min 后对硫化氢的去除效率Figure 3 Removal efficiencies of hydrogen sulfide by each deodorants after contact for 10 minutes and 60 minutes respectively

喷洒后60 min 硫化氢去除效率低于纯净水的除臭剂产品为A-3 和C-5，分别为40% 和36%，这两种除臭剂的主要成分为植物提取液，稀释倍数低，分别为50 和20。据调研，稀释倍数低的产品C-5 和C-6 保质时间短，并且植物提取液成分复杂多变，其中部分有效成分的作用条件有相应要求，例如绿茶茶多酚成分在酸性条件下除臭效果较低［25］。加之运输过程与产品保存条件等影响因素，可能导致A-3 和C-5 中部分有效成分失效，所以产生去除效率低于纯净水的现象。

由于实际应用中对植物型除臭剂的见效快慢较为重视，故进一步比较分析10 min 内各植物型除臭剂应用效果，A-1 和B-1 在10 min 之后去除效率最高，分别为84% 和70%，稀释倍数较高为200 和100，说明本次除臭剂样品中20%的产品在10 min 起效迅速；A-3 和C-5 在10 min 之后去除效率最低，分别为12% 和14%，稀释倍数分别为50 和20。可以看出，本研究的各典型除臭剂产品中稀释倍数高、以植物精油为主的产品整体去除硫化氢效果好、作用时间快，反之稀释倍数低的产品效果可能较差。

3.3 接触时间对去除效率的影响

为了进一步分析除臭剂与硫化氢接触时间对去除效率的影响，选取效果最好的前3 种产品A-1、A-4 和B-1，分析各接触时间下硫化氢的去除效果，结果见图4。由图4 可知，所有除臭剂对硫化氢的去除效率与接触时间呈正相关，随着接触时间的增长其对硫化氢的去除效率不断提高，去除效率平均值由34% 递增为63%。其中B-1 和A-4 去除效率从10 min 到60 min 分别提高了24%和135%，然后达到最高去除效率，说明B-1 和A-4 去除效果缓慢但最终去除效果好。A-1 在10 min 时基本达到去除效率最高值，从10 min 到60 min 几乎无变化，说明A-1 见效迅速且硫化氢去除效果也较好，更加适合垃圾填埋场喷洒作业。

图4 不同接触时间下除臭剂样品A-1、A-4、B-1 及所有样品平均对硫化氢的去除效率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 结论与展望

1）通过调研植物型除臭剂的研究进展及去除效果测试现状，结合植物型除臭剂敞开式异味源除臭的实际应用场景，首次提出并构建1 套1.5 m3实验舱植物型除臭剂除臭效率的测试方法，并且利用该方法收集市面常见的10 种除臭剂产品开展硫化氢去除效果测试研究。研究发现喷洒纯净水对硫化氢有一定去除效果，去除效率为55%。除臭剂产品中稀释倍数高、以植物精油为主的产品整体去除硫化氢效果好、作用时间快，去除效率为84%～87%；反之稀释倍数低的产品效果相对较差。

2）喷洒除臭剂之后随着除臭剂与硫化氢的接触时间增加，硫化氢去除效率均呈现递增趋势，平均值由34%递增为63%，其中A-1 的稀释倍数为200，其起效快、硫化氢去除效果佳，最适用于垃圾填埋场。

3）由于各除臭剂有效成分、物质浓度、植物提取种类及来源等信息并未明确，后续应深入探索各除臭剂有效成分特征和作用机理，结合除臭场景差异建立各典型植物型除臭剂的关键指标与评估参数，便于除臭剂产品的快速筛选和高效应用。