利用微生物除臭技术研究与应用

＊杨宇强

（厦门市政环境科技股份有限公司 福建 361000）

近年来随着我国城市化进程的不断加快，城市中存在大量的臭气污染问题。而传统的生物除臭方式在实际操作过程中往往会出现一些弊端，如处理成本较高、效率低等；为了解决上述问题，人们开始尝试将微生物作为一种新的治理手段来进行应用，并且取得了良好效果。因此本文就以微生物作为切入点，对其除臭原理和方法展开分析，希望能够给相关领域人员提供一定参考价值。目前，关于微生物除臭技术主要有以下几种：第一是通过物理或化学作用使得被吸附的气体分子或者有机物发生分解，进而释放出其中所含有效成分，从而达到净化空气的效果。第二是利用细菌自身具有的活性氧（ROS）以及过氧化氢等物质，可以直接破坏氧气分子，降低其活性，从而实现气体的快速去除。第三是利用细菌代谢产生的次级产物—氨基甲酸酯类物质，这些物质可降解部分有毒有害气体，但是由于该类物质本身不稳定，所以需要经过进一步的转化才能发挥最大作用。第四是在降解过程中还会伴随着其他一些副反应。本文旨在对微生物除臭技术进行分析和探讨，并提出一系列可行性方案，为今后相关研究工作的开展奠定基础。首先，我们要明确微生物的种类及特性[1]。

1.臭气的成分来源及危害

目前，臭气按其化学组成可分成以下两类。第一类是无机物，如硫化氢、二氧化硫、氨气等；第二类是有机物，如芳香烃、酮、酸、酯、胺、硫醇、硫醚、吲哚类等[2]。除硫化氢和氨外，恶臭物质大都为有机物，这些有机物具有沸点低、挥发性强的特征[3]。

臭气的主要来源有3类。第一类是生物污染源，主要由于生物体内产生的代谢产物和酶等物质所引起的臭味；第二类是生活污染源，主要指来自厕所、卫生间、垃圾桶、下水道等地方的恶臭；第三类则是工业污染源，工业生产、垃圾处置及污水处理设施等造成的恶臭。其中，工业污染源是臭气的主要来源，工业生产主要指制药、石化、印染、皮革和牲畜养殖等产业；垃圾处理过程中的转运、焚烧、堆肥、填埋等阶段；污水处理厂的进水区（提升泵房、格栅、曝气沉砂池、初沉池）、生化处理区（厌、缺氧池）和污泥处理（污泥浓缩池、污泥脱水车间等）等区域。

臭气种类繁多，来源广泛，除引起酸雨、臭氧层破坏、温室效应外，还因嗅觉上的刺激，导致人们出现厌食、失眠、记忆力下降、心情烦躁等功能性疾病，而且对人体感官、呼吸及神经系统等都会造成不同程度的毒害，如氨气低浓度下会刺激人的皮肤、眼睛、呼吸器官的黏膜[4]，吸入过多时，能引起肺肿胀直至死亡；硫化氢是一种急性剧毒，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命，低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响[5]。

2.微生物除臭的原理

微生物除臭是利用接种、培养等方法将微生物固定在生物填料上，利用微生物将臭气物质转化为水、二氧化碳、氮气、无机盐等稳定的小分子无机物，从而有效实现臭气物质的实质性去除。

3.除臭微生物者简

(1)除臭微生物的种类

臭气的处理大多数是在相对开放的环境下进行的，研究表明，可用于臭气处理的微生物种类繁多，如放线菌、芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫化细菌等。

(2)除臭微生物的作用

①放线菌是一群革兰氏阳性细菌，因菌落呈放线状而的得名。对芳香烃有一定降解作用，主要用于芳香烃的除臭中。

②硝化细菌包括两种完全不同的代谢群：亚硝酸菌属及硝酸菌属。其中，亚硝酸细菌，将氨氧化成亚硝酸，反应式：2NH3+3O2→2HNO2+2H2O。硝酸细菌，将亚硝酸氧化成硝酸，反应式：2HNO2+O2→2HNO3。

③反硝化细菌能将硝态氮（NO3-N）等复杂的含氮化合物中的氮还原为氮气。反应式：2NO3-+10e-+12H+→N2+6H2O。

④硫化细菌主要作用是去除臭气中的硫化氢、二氧化硫等，将其转化成硫酸。

由于微生物除臭是通过在生物填料上对多种微生物进行混合培养，这些微生物都可以分泌多种多样的代谢产物,所以它们之间可能存在着各种促进、协作、共生、抑制等作用，使得整个体系处于一种动态稳定的状态。从而，使得微生物除臭系统能够同时处理多种臭气物质，且具有了较好的抗冲击能力。

4.除臭微生物在污水处理厂中的应用

(1)除臭微生物的填料

目前常用的除臭微生物填料有两种类型：

①天然填料，如树皮、椰壳、木片、干草、土壤及其混合物等，但因易腐败、易塌陷等原因，需要在3～5年内更换或翻新，且填料更新时需重新培养菌种，维护较为复杂，现已基本被淘汰。

②人工填料，如活性炭、竹炭、火山岩、聚丙烯等。其中，活性炭具有很强的吸附能力、孔隙率和比表面积大等优点，有利于微生物附着生长及些臭气物质吸附，从而达到消除臭气的目的[6]，但如果使用不当，反而会导致臭气更加强烈，为了进一步提高活性炭的吸附能力，需要将其加工制备成为各种类型的复合型材料，这样不仅可以充分利用活性炭本身的优势，同时还可以减少后期的加工成本，提升了产品的经济效益[7]，如：活性炭纤维就具有较高的比表面积（约为2～3m2/g）及孔隙率大（可达90%以上）且易于再生等优点[3]。竹炭吸附性、孔隙率与比表面积等，虽然相对活性炭较低，但具有颗粒大、机械性能好、吸水不易板结、相对活性炭复合材料成本低廉等特点。

(2)污水处理厂除臭微生物的培育

高效除臭菌种的培育是一项复杂而又系统的工程。目前，对于除臭菌种的选育主要有3类方法：①通过人工培养基筛选的方式，从自然界中分离培养出能够有效转化、降解臭气物质的高活性菌株，由于目前生态环境中，仍有部分菌种无法通过人工手段进行分离，因此该方法筛选出的菌种受限；②采用分子生物学方法，通过物理化学手段刺激、诱导菌株产生基因突变，使其具备转化、降解臭气物质的能力，由于基因突变的不确定性，该方法可能产生大量无效菌株；③由于污水处理厂的臭气物质源于本厂所处理的污水，因此污水处理厂的活性污泥对于本厂所产生的臭气，具有天然的适应性，因此国内污水处理厂的微生物除臭菌种的选择上，均首选采用本厂活性污泥进行驯化培养。

(3)污水处理厂微生物除臭工艺的选择

污水处理厂常用的微生物除臭工艺有以下3种：①生物过滤，采用树皮、椰壳、木片、干草、土壤等填料，臭气经过填料层，经传质和生物降解去除臭气的处理工艺；②生物滴滤，采用多孔、比表面积大的惰性物质作填料，在填料表面喷洒水并补充养分，臭气经过填料层，经传质和生物降解去除臭气的处理工艺；③生物洗涤，臭气与生物洗涤液在吸收塔进行气液接触，经传质进入生物洗涤液，在反应器中被生物降解的处理工艺。

以某污水处理厂除臭为例：该污水处理厂采用生物滤池+曝气生物滤池+微电解+臭氧氧化组合工艺。当进水COD值为300～500mg/L时，出水水质可满足一级A排放标准,但运行一段时间后，仍存在一定程度上的波动；由于厌氧菌活性低,对高浓度废水具有较强的耐受性。通过试验发现：①厌氧菌可以将有机物分解成小分子化合物——CO2、H2S等；②厌氧菌能够使污泥处于亚硝化状态,提高了脱氮除磷效果；③经 过一段时间运行，出水氨氮和总氮浓度均有所降低，其中NH3-N平均浓度分别降至20.78mg/L和0.12mg/L，NOx平均浓度也下降到0.14g/L左右。该方法的成本为每m3厌氧池投加0.2kg菌剂费用约为10元，而且厌氧池内以厌氧球菌属占优势，其次是兼性厌氧菌属，然后依次是兼性好氧菌、梭状芽孢杆菌、假单胞菌等其他细菌类群，这种优势菌类协同作用下，不仅可以有效地去除水中的有机污染物，同时还可实现对水体的净化，满足GB18818-2002《城镇污水综合排放标准》中一级B标准限值要求。经现场测试，当进水COD≤ 30mg/L时，TOC＜0.5%；当COD＞50mg/L时，TOC≥0.85%；当进水NH3＜20mg/L时，NH3-N＜2mg/L；当进水总磷为1～3 mg/L时，TP＜1.0mg/L；当进水氨氮为0.06～0.42mg/L时，P＜0.05mg/L；出水水质均能达到国家一级A标准。该项技术具有良好效果和较好经济效益及社会效益。

5.某污水处理厂微生物除臭技术应用案例分析

以福建省某污水处理厂的微生物除臭技术应用为例，项目周边气体扩散性能较好，规划总规模为12万吨/日，一期工程规模6万吨/日。

(1)污水处理方案

粗格栅+进水提升泵房+细格栅+曝气沉砂池+改良AAO生化池+二沉池+高效沉淀池+反硝化深床滤池+次氯酸钠接触消毒池。

(2)污泥处理方案

根据相关规划，结合现场实际情况，本工程污泥经重力浓缩+离心脱水处理后（污泥含水率≤80%），泥饼近期外运处置，厂内预留污泥干化用地。

(3)臭气处理方案

①臭气排放标准：根据国家现行《恶臭污染物排放标准》（GB 14554）和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918）的有关规定，并借鉴国内外臭气治理的先进经验，本项目臭气排放采用以下标准。

表1 污水处理厂厂界标准

表2 除臭系统厂内臭气浓度标准

②臭气源分析：根据上文对污水处理厂的臭气来源分析，本项目除二沉池、高效沉淀池、反硝化深床滤池、次氯酸钠接触消毒池等污水处理设施外，其它污水、污泥处理设施均考虑除臭。具体如下：

表3 主要除臭区域一览

③臭气成分：主要臭气的成份及特性如下表所示：

表4 主要臭气成分表

④除臭工艺选择：本工程采用生物除臭法，基本工艺路线为：除臭塔下层为布气空间，中间为填料层，上层为气体收集空间，洗涤段循环喷淋，充分利用液相中的微生物，去除臭气中大部分污染物，滴滤段采用间歇洒水，散水间隔时间为1h，每次散水2～3min。臭气经过生物除臭塔，其中的臭气成分被填料捕集，并被生长在填料上的微生物作为食物分解掉，最终变成稳定的无机物如二氧化碳、水、硫酸、硝酸等物质，排放在液相中，随着散水的进行，排出生物除臭系统。同时，采用本厂生化处理系统中活性污泥，进行除臭菌种的驯化、培育。

考虑到进水区和污泥处理区臭气浓度较高，因此采用选用“生物洗涤+生物滴滤”除臭工艺，并采用生物洗涤后的废水作为生物滴滤阶段的营养液：

A.臭气经生物段的平均流速不大于0.2m/s。

B.填料部分空床总停留时间不小于20s。

C.散水量：生物洗涤段24h不间断循环散水，生物滴滤段每立方填料0.5L水，间歇喷淋，1次/h。

生化处理区的臭气浓度较低，选用“生物滴滤”除臭工艺，就近采用进水区生物洗涤后的废水作为生物滴滤阶段的营养液：

A.臭气经生物段的平均流速不大于0.2m/s。

B.填料部分空床停留时间不小于15s。

C.散水量：每立方填料0.5L水，间歇喷淋，1次/h。

⑤净化后气体的排放：考虑到项目地点周边非环境敏感地带，且空气扩散性能较好，因此处理后的尾气通过15m高度高空排放管排放，仅预留吸附设备接口，暂不考虑后端增加吸附设备作为组合处理措施。同时，为了减少“邻避效应”影响，排放管采用仿生树形式设置，降低周边居民敏感度。

⑥臭气处理效果：本项目除臭设施自投用以来，效果良好，以氨气为例，进气口为2～12mg/m3，而厂界稳定在0.04～0.07mg/m3。

6.结论

综上，根据上文的分析和福建某污水处理厂的实践表明，生物除臭由于可以有效地控制多种污染物的排放量和浓度，对于改善空气质量有重要作用，因此越来越受到国内各污水处理厂的重视，得到推广和应用，已经成为一种主流臭气治理工艺。