微生物在污水处理厂恶臭气体治理中的研究进展

2024-01-22吴嘉豪林荣俊周财华胡连秀尹宁宁

当代化工研究 2024年2期

＊吴嘉豪林荣俊周财华胡连秀尹宁宁

（九江学院资源环境学院江西 332005）

随着城市发展，我国污水处理厂的数量及处理能力也在不断扩增，根据住房和城乡建设部《2021年城乡建设统计年鉴》可知，截止2021年底，全国城镇累计建成污水处理厂13462个，处理能力2932.71万立方米/日，城镇污水处理厂的恶臭污染问题也逐渐引起重视。恶臭气体不仅会对人体的健康产生影响，还会对环境产生一定的危害，产生光化学烟雾和二次污染物[1-2]。

发达国家在20世纪50年代开始初步探索恶臭气体的污染治理与控制，日本、德国和美国效果最为显著[3-4]。我国的研究虽起步晚，但陆续出台了《恶臭污染物排放标准》《恶臭嗅觉实验室建设技术规范》及《恶臭污染环境监测技术规范》等法规文件以控制恶臭气体的排放和治理。目前针对恶臭气体的常用处理方法有物理、化学及生物方法，微生物脱臭法应用最为广泛，因其具有设备简单、运行成本低、处理效率高、环保等优势[5]。本文将主要从污水处理厂恶臭气体来源组成、脱臭方法、微生物去除机理及处理工艺与应用几个方面进行概述。

1.污水处理厂恶臭气体来源和组成

污水处理过程中恶臭气体主要来源于2个方面：（1）从污水中直接挥发出来的臭气；（2）在污水处理厂各构筑物中微生物代谢过程中产生的恶臭物质，如生物处理池、污泥等[5-6]。

恶臭气体种类繁多，成分复杂，影响范围大，污水处理厂恶臭气体可分为5类：含硫化合物（如硫化氢、二甲硫醚等）、含氮化合物（如氨气NH3、酰胺等）、含氧有机物（如醇、有机酸等）、卤素及衍生物（如氯气、卤代烃）、烃类（如烷烃、芳香烃等）[7]。

2.恶臭气体脱臭方法

恶臭气体主要的除臭处理方法有物理、化学和生物的方法。

物理除臭技术主要是通过吸附剂的吸附作用或掩蔽剂的掩蔽作用消除臭味影响，如常利用活性炭、硅藻等进行吸附。物理除臭方法简单，适宜低浓度气体处理，但成本高，且无法从根本上解决问题[8]。

化学除臭技术是通过恶臭气体与添加的化学物质发生化学反应，从而达到除臭的目的。如常采用湿法化学吸收的方法除臭。化学除臭效果较好，但成本较高、易产生二次污染[7]。

生物除臭是指利用自然界或人工驯化的微生物，从源头抑制微生物产生或将恶臭物质降解转化。恶臭气体的微生物降解过程主要分为3个阶段：

（1）恶臭气体吸附于生物膜表面；

（2）污染物经扩散被微生物捕获并进入细胞内；

（3）恶臭污染物被微生物代谢分解，达到除臭目的[9]。微生物除臭技术相对于物理和化学除臭技术具有运行费用低、设备简单、处理效率高、无二次污染等特点，适宜低浓度恶臭气体净化，已经成为恶臭治理技术的一个重要发展方向。

3.微生物除臭机理

目前，微生物除臭的机理研究主要集中在氨气、硫化氢和部分有机恶臭物质[10]。

(1)微生物除氨气过程及机理

氨气一般可通过微生物的作用最终转化为气态氮，由氨氧化细菌、亚硝酸细菌和反硝化细菌完成。具体的降解过程如下：

(2)微生物脱硫过程及机理

微生物脱硫是指通过微生物自身的生长代谢作用将恶臭气体中的硫化物转化为单质硫或硫酸盐，根据其营养类型可分为异养型和自养型两类硫氧化细菌。含硫恶臭气体的生物降解途径如下，Koch等[12]研究发现二甲硫醚可经硫化氢，在硫氧化菌作用下最终变为成硫酸盐；Schäfer等[13]发现二甲硫醚经甲硫醚，在假单胞菌作用下最终变为硫酸盐。

4.恶臭气体生物处理工艺

常用的微生物治理技术主要有生物洗涤法、生物过滤法、生物滴滤法、生物菌剂4种方法。

(1)生物洗涤器

生物洗涤法中微生物及其营养物配料都存在于液体中，恶臭气体通过底部进入，被从顶部喷淋下的生物悬浮液接触后转移到液体中，从而被微生物降解。生物洗涤方法抗冲击负荷强，不易堵塞，易于控制。但对于疏水性的臭气去除效果较差，需要处理剩余污泥。

(2)生物滤池

生物滤池中恶臭气体由底部进入到具备吸附性过滤材料的滤池当中，并被附着在过滤材料表面的微生物吸收代谢。生物滤池除臭效率较高，设备简单，但占地面积大，滤床容易堵塞，滤料需要定期更换[14]。

(3)生物滴滤塔

生物滴滤塔中恶臭气体由塔底进入生物滴滤塔，在上升的过程中被填料上附着的微生物代谢去除，净化后的气体由塔顶排出。生物滴滤塔除臭效果好，抗冲击负荷强，但需外加营养，运行费用相对较高，不适宜处理水溶性差的化合物。

(4)生物菌剂方法

将除臭微生物做成复合菌剂，然后投入产生恶臭的位置。复合菌剂可有多种微生物组成，应用范围广，操作简单，一次性投入成本低，但高效复合菌剂较少。

5.微生物脱臭技术在污水处理厂中的应用

目前在污水处理厂中，各构筑物需密封加盖，恶臭气体经管道收集再根据恶臭气体的组分、浓度等情况选择合适的除臭方式[15]。目前污水处理厂主要使用的生物除臭技术是生物过滤法和生物滴滤法[16]。

Chen等[17]利用生物滴滤器去除污泥中的H2S，当空塔停留时间在10.9～38.9s，H2S进口浓度为5～20ppmv时，去除效率不低于99%。肖作义等[18]利用生物滤池进行除臭实践的结果表明，H2S和NH3的平均去除率分别为86.6%和76.5%，可达标排放，且运行稳定。此外，还有一些新技术也在不断被应用，Liu等[19]的研究结果表明，污水处理厂的恶臭气体通过两段式（悬浮生物区和固定生物区）综合生物反应器处理后达到较好的净化效果，H2S和NH3的进口负荷为1.6～38.6mg/m3和0.1～6.7mg/m3时，出口负荷仅为0～2.8mg/m3和0～0.5mg/m3。然而污水处理厂的恶臭气体组分会受到污水来源、废水处理工艺流程及污水处理构筑物等的影响，这也就对生物过滤器等臭气异位处理工艺的性能提出了更高的要求[7]。

如果能将污水中的氮和硫元素从污水中脱出，就可从源头上抑制恶臭气体的排放，其中各种高效微生物的筛选始终是研究的热点。王晓莉等[20]从餐厨废弃物中筛选分离出两株脱硫菌KW6和KSW8，KW6菌株在30℃培养条件下最高去除效率高达83.5%；KSW8在35℃培养温度为下最高去除效率可达85.8%。刘雪纯等[21]在猪场粪便污水中筛选出2株脱硫率较高的菌株JFF-2和JFF-3，脱硫率可达84.02%和86.12%。曾庆梅等人[22]从污水处理厂活性污泥、化肥厂土壤以及农田土壤中混合物中分离得到一株高效异养型硝化细菌株命名为HN-S，以柠檬酸钠为碳源时，菌株接入后10d内使氨氮含量由169.32mg/L降至0.48mg/L，降解率为99.7%。樊杰等人[23]从污水处理厂活性污泥中分离出一株能够高效脱除氨气的异养硝化细菌JN-4。其在以葡萄糖为碳源，好氧条件下以NH4+-N作为氮源，32h内菌株JN-4对的总削减率达98.51%。

恶臭气体消除是多种微生物共同作用的结果，单一功能菌株的效果较差，一般采用复合菌剂。如张笑迎[24]在某污水处理厂富集得到的异养硝化细菌群，氨氮（106mg/L）去除率可达97.56%；富集得到的厌氧反硝化细菌群，硝态氮（初始浓度278.23mg/L）去除率达99%。