几种常见除臭微生物的应用

2016-12-15卢云黎谢卫民

水利水电快报 2016年11期

关键词：氧化亚三甲胺硫醇

卢云黎谢卫民钱宝

(长江委水文局长江中游水环境监测中心，湖北武汉 430010)

几种常见除臭微生物的应用

卢云黎谢卫民钱宝

(长江委水文局长江中游水环境监测中心，湖北武汉 430010)

微生物除臭技术以其没有二次污染的优势，成为研究的热点。介绍了多种应用于除臭的微生物的种类和作用机理等。微生物除臭具有较好的应用前景，复合菌剂比单一菌剂的效果更好，但应用的时候要考虑生物安全性，并与传统处理工艺相结合才能获得较好的处理效果。

恶臭气体；除臭微生物；作用机理；处理效果

在日常生活中，常常接触到诸如腐烂垃圾、家畜粪便、污染湖泊等臭气，随着人们对生活质量要求的提高，对于恶臭的治理越来越受到重视。通常，会将臭气按不同的组成归纳为5类：①含硫化合物，最常见的成分是H2S、SO2；②含氮化合物，常见成分是氨；③卤素及其衍生物，例如氯气、卤代烃；④烃类，例如烷烃、芳香烃等；⑤含氧有机物，例如醇、有机酸等。目前受国家监管的恶臭气体有：硫化氢、甲硫醇、氨和三甲胺，而生活中引起臭气的常见成分为硫化氢和氨。鉴于此，如何除臭就成为重要的研究课题之一。

1 除臭方法

除臭方法有物理方法、化学方法和生物方法。

(1) 物理方法。①利用活性炭吸附臭气，但饱和以后需要更换活性碳；②利用组成臭气的部分组分可溶于水的特性，通过水淋洗，将可溶于水的臭气组分溶于水后再进行处理。

(2) 化学方法。①利用紫外照射、离子装置等产生O3，使O3与恶臭组成成分发生氧化还原反应，转化为低分子化合物、水和CO2等；②利用化学反应消除臭气，例如强碱与硫化氢等物质发生化学反应生成盐类；③燃烧法，直接点燃臭气去除恶臭。

(3) 利用微生物进行除臭。主要在以下3个方面发挥作用：①抑制腐败微生物的生长，从源头上减少恶臭气体产生；②将溶于水的恶臭物质吸附，并作为自身新陈代谢的营养物或能源，将其分解、转化；③自身代谢产生有机酸，控制环境的pH值，以阻止有害微生物繁殖。本文重点论述几种常见除臭微生物及其应用。

2 除臭微生物作用机理及应用

2.1 除含硫恶臭气体的微生物

2.1.1 氧化硫硫杆菌

氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)是专性好氧微生物，以NH4+为氮源，CO2为碳源，可以快速氧化单质硫和还原态的硫化物。氧化硫硫杆菌的最佳生长温度为28℃～30℃，pH值适应范围是1～5，其去除硫化氢的过程分为2步：①CO2+2H2S →(CH2O)+H2O+S 将硫化氢分解为硫元素贮存于自身体内；②在周围环境缺少硫化氢时，3CO2+2S+5H2O→3(CH2O)+2H2SO4将体内的硫元素氧化为硫酸根。

已有研究成果显示，当pH值小于2，且在碳源和供氧充足的情况下，投加到多孔材料中的氧化硫硫杆菌大量繁殖时，保持流速400 h-1，H2S浓度低于500 mg/L可使H2S的去除率达到99%以上[1]。

2.1.2 脱氮硫杆菌

马艳玲等人研究发现，温度为30℃，pH值为6.0～7.5，保持H2S浓度低于60 mg/L 时脱氮硫杆菌的H2S脱除率最大，且随着H2S浓度的升高，最终产物中的单质硫相较于SO32-、SO42-成为主要代谢产物[2]。另有研究显示，偏酸或偏碱的环境都会对菌体产生抑制，导致H2S的生物氧化速率降低。

2.1.3 氧化亚铁硫杆菌

氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)为无机化能自养，专性好氧的革兰氏阴性菌。Fe3+的催化氧化作用能将SO2转化为SO42-，H2S氧化为单质S，而氧化亚铁硫杆菌能以Fe2+为主要能源，借助新陈代谢的作用，维持Fe3+平衡的浓度，加快脱硫效率，降低脱硫成本。

多项研究表明，当环境中pH值维持在 2.0～3.0之间，Fe3+浓度低于1.5 g/L 时，有利于氧化亚铁硫杆菌氧化再生Fe3+，使脱硫作用能持续进行，菌量足够的情况下，短时间内的脱硫效率都能稳定在90%以上[3]。

氧化亚铁硫杆菌还能有效地去除石油催化干气和沼气中的甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚[4]。

2.1.4 其他微生物

刘波等人分离得到一株与芸苔根际菌M902相似度达97%的菌株，其适宜生长环境为温度25℃～30℃，pH值为 6.5～7.0。甲硫醇进气流量为0.6 m3/h，质量浓度小于250 mg/m3时去除率最高，甲硫醇进气负荷为(25±3)mg/(m3·h) 时去除率为94%[5]。

贺启环等人分离得到一株真菌，初步鉴定为子囊菌。实验结果显示，适宜生长环境为温度20℃～22℃，pH=9。甲硫醇含量为100 mg/L的条件下，将其分离得到的真菌和活性污泥按1∶3比例混合之后投加，能加快甲硫醇的降解，2 h内液相中已基本上没有甲硫醇存在[6]。

2.2 除含氮恶臭气体的微生物

2.2.1 硝化细菌

硝化细菌为自养、好氧的革兰氏阴性菌，包含氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌两大生理菌群，硝化作用由这两类菌群协同完成。氨氧化细菌通过amoA基因编码的氨单加氧酶(AMO)催化氨氧化到羟胺，进而转化为亚硝态氮，亚硝酸氧化细菌通过norB基因编码的亚硝酸氧化还原酶(Nor)氧化亚硝态氮为硝态氮。

2.2.2 其他微生物

殷峻等人分离得到了两株有降解三甲胺能力的菌株，均属于副球菌属。好氧条件下，菌株以三甲胺作为唯一碳源和能源，在18 h 内将10 mmol/L 三甲胺完全降解；厌氧条件下，两株菌株以三甲胺作为唯一碳源，分别在36 h 和42 h 内将10 mmol/L三甲胺完全降解[7]。

关健分离得到了一株以三甲胺为唯一碳源的细菌，经鉴定属于鞘氨醇杆菌属。此菌株在30℃，pH值为 7.5的环境下，15 h左右能将10 mmol/L三甲胺降解[8]。

2.3 其他除恶臭气体的微生物

2.3.1 光合细菌

光合细菌(Photosynthetic bacteria)为革兰氏阴性菌，最佳生长环境为：温度为30℃～40℃，pH值为 7～8.5。光合细菌能利用土壤接受的太阳热能、紫外线作为能源，以植物根部的分泌物、有机物、有害气体、二氧化碳等为基质，合成微生物、植物生长所需的糖类、氨基酸、维生素、氮素化合物、生理活性物质等营养成分，促进其生长，提高抵抗力。

研究显示，光合细菌能降低空气中的硫化物和氨，主要作用有2个方面：①H2S(或NH3)+P+光合细菌→含硫蛋白质→新生细胞+NO3+S；②CO2+H2O+光合细菌→O2+葡萄糖→新生细胞[9]。光合细菌因能合成营养成分，多和其他菌株形成共生结构，因而适合运用于复合菌剂，除自身降低硫化物和氨的能力外，还能给其他菌株提供养分促进复合菌剂的高效利用。

2.3.2 酵母菌

酵母菌细胞含有高于其他微生物3～10倍的超氧化物歧化酶(SOD)，可有效地催化体内超氧阴离子自由基(O2-)转换成无害的H2O2和O2，解除O2-对机体的毒害作用。酵母菌可利用氨基酸、糖类、有机物质，通过发酵产生促进细胞分裂的活性物质，为其他有效微生物增殖所需基质的生产提供营养保障。已有多项研究表明，利用酵母菌去除臭气有较好的应用效果。

2.3.3 乳酸菌

乳酸菌摄取光合细菌、酵母菌产生的糖类等物质在厌氧条件下产生乳酸，有效抑制有害微生物活动，有效阻止有机物急剧腐败分解。乳酸菌能使常态下不易分解的木质素和纤维素等变得易分解，将未腐熟的有机物转化成对动植物有效的养分，抑制致病菌增殖，促进有益微生物的生长，从而改善环境中的微生物群落。

吴小平的除臭试验显示，乳酸杆菌和酵母菌的混合作用，可以去除74.64%的含硫化合物以及82.35%的氨[10]。方向平等人对生活垃圾的除臭研究发现，乳酸菌和酵母菌是除臭的主要功能菌群，氨去除率达90%以上，对甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、甲苯、二甲苯、苯乙烯也有去除效果[11]。

3 结论

微生物除臭以其没有二次污染的特点成为研究的热点，但在实际应用中也有一定的风险和局限性。

(1) 选用的菌种，必须是对动植物，尤其是人类生活不会产生任何有害作用的菌种。也不能采用条件性致病菌种，不能采用转基因菌种和未经安全鉴定的国外引进的菌种。

(2) 多项研究表明，复合菌剂比单一菌种的除臭效果更好，在保证各个菌种没有拮抗作用的前提下，建议采用复合菌剂。针对不同的臭气组成成分，可根据实际环境和不同菌种的特性进行组合，有效提高除臭效率[12]。

(3) 目前几乎没有直接投加微生物菌剂去除污染河流、湖泊臭气的研究，这和微生物的生长特性有关。由于微生物的繁殖需要时间和环境，因而微生物除臭剂和垃圾、污水传统处理技术结合才能有效发挥作用。

(4) 为了去除污染河流或湖泊中的臭气，可考虑从污染河流、湖泊的底泥中分离出适应该处环境，且对臭气组成成分有效去除的菌株，进行富集之后用于除臭，但是由于自然环境多变，分离菌株耗时较长，这种方法的有效性有待于进一步研究。

[1] Kyung-suk CHO, Hee Wook Ryu, Nae Yoon Lee. Biological Deodorization of Hydrogen Sulfide Using Porous Lava as a Carrier of Thiobacillus thiooxidan[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering. 2000, 90(1):25-31.

[2] 马艳玲,赵景联,杨伯伦.固定化脱氮硫杆菌净化硫化氢气体的研究[J].现代化工,2004,24(2): 30-34.

[3] 李万全,张永奎,王敏,等.生物氧化再生脱硫液的影响因素研究[J].应用与环境生物学报,2007,13(3):386-389.

[4] 郑士民.酸性工业气体细菌脱硫[J].微生物学报,1993,33(3):192-197.

[5] 刘波,闫懂懂,毕雪梅.甲硫醇脱臭菌的分离、分子鉴定及应用[J].环境科学研究，2007,20(1): 104-107.

[6] 贺启环,罗欣,毕涛巍,等.甲硫醇高效降解菌的筛选[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(12):34-35,78.

[7] 殷峻,陈英旭,刘和.三甲胺降解细菌的分离、降解特性及其系统发育分析[J].环境科学学报,2004,24(5):883-889.

[8] 关健.一株三甲胺降解菌的分离鉴定、生长和降解特性及三甲胺对水域微生物影响的研究[D].杭州:浙江大学,2006.

[9] 谢灿楷.微生物对城市生活垃圾腐臭味的降解[J].环境卫生工程,2004(6):10-11.

[10]吴小平,郑耀通.除臭生物的筛选[J].福建轻纺,2002,1(152):1-3.

[11]方向平,罗永华,邓穗儿,等.生物滤池处理生活垃圾恶臭[J].城市环境与城市生态,2003(1):34-36.

[12]曾苏,李南华,盛洪产,等.微生物除臭剂的筛选、复配及其除臭条件的优化[J].环境科学,2015,36(1):259-265.

(编辑：唐湘茜)