幾種常見除臭微生物的應(yīng)用

盧云黎 謝衛(wèi)民 錢 寶

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江中游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖北 武漢 430010)

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幾種常見除臭微生物的應(yīng)用

盧云黎 謝衛(wèi)民 錢 寶

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江中游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖北 武漢 430010)

微生物除臭技術(shù)以其沒有二次污染的優(yōu)勢(shì)，成為研究的熱點(diǎn)。介紹了多種應(yīng)用于除臭的微生物的種類和作用機(jī)理等。微生物除臭具有較好的應(yīng)用前景，復(fù)合菌劑比單一菌劑的效果更好，但應(yīng)用的時(shí)候要考慮生物安全性，并與傳統(tǒng)處理工藝相結(jié)合才能獲得較好的處理效果。

惡臭氣體；除臭微生物；作用機(jī)理；處理效果

在日常生活中，常常接觸到諸如腐爛垃圾、家畜糞便、污染湖泊等臭氣，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，對(duì)于惡臭的治理越來(lái)越受到重視。通常，會(huì)將臭氣按不同的組成歸納為5類：①含硫化合物，最常見的成分是H2S、SO2；②含氮化合物，常見成分是氨；③鹵素及其衍生物，例如氯氣、鹵代烴；④烴類，例如烷烴、芳香烴等；⑤含氧有機(jī)物，例如醇、有機(jī)酸等。目前受國(guó)家監(jiān)管的惡臭氣體有：硫化氫、甲硫醇、氨和三甲胺，而生活中引起臭氣的常見成分為硫化氫和氨。鑒于此，如何除臭就成為重要的研究課題之一。

1 除臭方法

除臭方法有物理方法、化學(xué)方法和生物方法。

(1) 物理方法。①利用活性炭吸附臭氣，但飽和以后需要更換活性碳；②利用組成臭氣的部分組分可溶于水的特性，通過(guò)水淋洗，將可溶于水的臭氣組分溶于水后再進(jìn)行處理。

(2) 化學(xué)方法。①利用紫外照射、離子裝置等產(chǎn)生O3，使O3與惡臭組成成分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為低分子化合物、水和CO2等；②利用化學(xué)反應(yīng)消除臭氣，例如強(qiáng)堿與硫化氫等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鹽類；③燃燒法，直接點(diǎn)燃臭氣去除惡臭。

(3) 利用微生物進(jìn)行除臭。主要在以下3個(gè)方面發(fā)揮作用：①抑制腐敗微生物的生長(zhǎng)，從源頭上減少惡臭氣體產(chǎn)生；②將溶于水的惡臭物質(zhì)吸附，并作為自身新陳代謝的營(yíng)養(yǎng)物或能源，將其分解、轉(zhuǎn)化；③自身代謝產(chǎn)生有機(jī)酸，控制環(huán)境的pH值，以阻止有害微生物繁殖。本文重點(diǎn)論述幾種常見除臭微生物及其應(yīng)用。

2 除臭微生物作用機(jī)理及應(yīng)用

2.1 除含硫惡臭氣體的微生物

2.1.1 氧化硫硫桿菌

氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thiooxidans)是專性好氧微生物，以NH4+為氮源，CO2為碳源，可以快速氧化單質(zhì)硫和還原態(tài)的硫化物。氧化硫硫桿菌的最佳生長(zhǎng)溫度為28℃～30℃，pH值適應(yīng)范圍是1～5，其去除硫化氫的過(guò)程分為2步：①CO2+2H2S →(CH2O)+H2O+S 將硫化氫分解為硫元素貯存于自身體內(nèi)；②在周圍環(huán)境缺少硫化氫時(shí)，3CO2+2S+5H2O→3(CH2O)+2H2SO4將體內(nèi)的硫元素氧化為硫酸根。

已有研究成果顯示，當(dāng)pH值小于2，且在碳源和供氧充足的情況下，投加到多孔材料中的氧化硫硫桿菌大量繁殖時(shí)，保持流速400 h-1，H2S濃度低于500 mg/L可使H2S的去除率達(dá)到99%以上[1]。

2.1.2 脫氮硫桿菌

馬艷玲等人研究發(fā)現(xiàn)，溫度為30℃，pH值為6.0～7.5，保持H2S濃度低于60 mg/L 時(shí)脫氮硫桿菌的H2S脫除率最大，且隨著H2S濃度的升高，最終產(chǎn)物中的單質(zhì)硫相較于SO32-、SO42-成為主要代謝產(chǎn)物[2]。另有研究顯示，偏酸或偏堿的環(huán)境都會(huì)對(duì)菌體產(chǎn)生抑制，導(dǎo)致H2S的生物氧化速率降低。

2.1.3 氧化亞鐵硫桿菌

氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)為無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)，專性好氧的革蘭氏陰性菌。Fe3+的催化氧化作用能將SO2轉(zhuǎn)化為SO42-，H2S氧化為單質(zhì)S，而氧化亞鐵硫桿菌能以Fe2+為主要能源，借助新陳代謝的作用，維持Fe3+平衡的濃度，加快脫硫效率，降低脫硫成本。

多項(xiàng)研究表明，當(dāng)環(huán)境中pH值維持在 2.0～3.0之間，F(xiàn)e3+濃度低于1.5 g/L 時(shí)，有利于氧化亞鐵硫桿菌氧化再生Fe3+，使脫硫作用能持續(xù)進(jìn)行，菌量足夠的情況下，短時(shí)間內(nèi)的脫硫效率都能穩(wěn)定在90%以上[3]。

氧化亞鐵硫桿菌還能有效地去除石油催化干氣和沼氣中的甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚[4]。

2.1.4 其他微生物

劉波等人分離得到一株與蕓苔根際菌M902相似度達(dá)97%的菌株，其適宜生長(zhǎng)環(huán)境為溫度25℃～30℃，pH值為 6.5～7.0。甲硫醇進(jìn)氣流量為0.6 m3/h，質(zhì)量濃度小于250 mg/m3時(shí)去除率最高，甲硫醇進(jìn)氣負(fù)荷為(25±3)mg/(m3·h) 時(shí)去除率為94%[5]。

賀啟環(huán)等人分離得到一株真菌，初步鑒定為子囊菌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，適宜生長(zhǎng)環(huán)境為溫度20℃～22℃，pH=9。甲硫醇含量為100 mg/L的條件下，將其分離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內(nèi)液相中已基本上沒有甲硫醇存在[6]。

2.2 除含氮惡臭氣體的微生物

2.2.1 硝化細(xì)菌

硝化細(xì)菌為自養(yǎng)、好氧的革蘭氏陰性菌，包含氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌兩大生理菌群，硝化作用由這兩類菌群協(xié)同完成。氨氧化細(xì)菌通過(guò)amoA基因編碼的氨單加氧酶(AMO)催化氨氧化到羥胺，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，亞硝酸氧化細(xì)菌通過(guò)norB基因編碼的亞硝酸氧化還原酶(Nor)氧化亞硝態(tài)氮為硝態(tài)氮。

2.2.2 其他微生物

殷峻等人分離得到了兩株有降解三甲胺能力的菌株，均屬于副球菌屬。好氧條件下，菌株以三甲胺作為唯一碳源和能源，在18 h 內(nèi)將10 mmol/L 三甲胺完全降解；厭氧條件下，兩株菌株以三甲胺作為唯一碳源，分別在36 h 和42 h 內(nèi)將10 mmol/L三甲胺完全降解[7]。

關(guān)健分離得到了一株以三甲胺為唯一碳源的細(xì)菌，經(jīng)鑒定屬于鞘氨醇桿菌屬。此菌株在30℃，pH值為 7.5的環(huán)境下，15 h左右能將10 mmol/L三甲胺降解[8]。

2.3 其他除惡臭氣體的微生物

2.3.1 光合細(xì)菌

光合細(xì)菌(Photosynthetic bacteria)為革蘭氏陰性菌，最佳生長(zhǎng)環(huán)境為：溫度為30℃～40℃，pH值為 7～8.5。光合細(xì)菌能利用土壤接受的太陽(yáng)熱能、紫外線作為能源，以植物根部的分泌物、有機(jī)物、有害氣體、二氧化碳等為基質(zhì)，合成微生物、植物生長(zhǎng)所需的糖類、氨基酸、維生素、氮素化合物、生理活性物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，促進(jìn)其生長(zhǎng)，提高抵抗力。

研究顯示，光合細(xì)菌能降低空氣中的硫化物和氨，主要作用有2個(gè)方面：①H2S(或NH3)+P+光合細(xì)菌→含硫蛋白質(zhì)→新生細(xì)胞+NO3+S；②CO2+H2O+光合細(xì)菌→O2+葡萄糖→新生細(xì)胞[9]。光合細(xì)菌因能合成營(yíng)養(yǎng)成分，多和其他菌株形成共生結(jié)構(gòu)，因而適合運(yùn)用于復(fù)合菌劑，除自身降低硫化物和氨的能力外，還能給其他菌株提供養(yǎng)分促進(jìn)復(fù)合菌劑的高效利用。

2.3.2 酵母菌

酵母菌細(xì)胞含有高于其他微生物3～10倍的超氧化物歧化酶(SOD)，可有效地催化體內(nèi)超氧陰離子自由基(O2-)轉(zhuǎn)換成無(wú)害的H2O2和O2，解除O2-對(duì)機(jī)體的毒害作用。酵母菌可利用氨基酸、糖類、有機(jī)物質(zhì)，通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生促進(jìn)細(xì)胞分裂的活性物質(zhì)，為其他有效微生物增殖所需基質(zhì)的生產(chǎn)提供營(yíng)養(yǎng)保障。已有多項(xiàng)研究表明，利用酵母菌去除臭氣有較好的應(yīng)用效果。

2.3.3 乳酸菌

乳酸菌攝取光合細(xì)菌、酵母菌產(chǎn)生的糖類等物質(zhì)在厭氧條件下產(chǎn)生乳酸，有效抑制有害微生物活動(dòng)，有效阻止有機(jī)物急劇腐敗分解。乳酸菌能使常態(tài)下不易分解的木質(zhì)素和纖維素等變得易分解，將未腐熟的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成對(duì)動(dòng)植物有效的養(yǎng)分，抑制致病菌增殖，促進(jìn)有益微生物的生長(zhǎng)，從而改善環(huán)境中的微生物群落。

吳小平的除臭試驗(yàn)顯示，乳酸桿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]。方向平等人對(duì)生活垃圾的除臭研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌和酵母菌是除臭的主要功能菌群，氨去除率達(dá)90%以上，對(duì)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 結(jié) 論

微生物除臭以其沒有二次污染的特點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也有一定的風(fēng)險(xiǎn)和局限性。

(1) 選用的菌種，必須是對(duì)動(dòng)植物，尤其是人類生活不會(huì)產(chǎn)生任何有害作用的菌種。也不能采用條件性致病菌種，不能采用轉(zhuǎn)基因菌種和未經(jīng)安全鑒定的國(guó)外引進(jìn)的菌種。

(2) 多項(xiàng)研究表明，復(fù)合菌劑比單一菌種的除臭效果更好，在保證各個(gè)菌種沒有拮抗作用的前提下，建議采用復(fù)合菌劑。針對(duì)不同的臭氣組成成分，可根據(jù)實(shí)際環(huán)境和不同菌種的特性進(jìn)行組合，有效提高除臭效率[12]。

(3) 目前幾乎沒有直接投加微生物菌劑去除污染河流、湖泊臭氣的研究，這和微生物的生長(zhǎng)特性有關(guān)。由于微生物的繁殖需要時(shí)間和環(huán)境，因而微生物除臭劑和垃圾、污水傳統(tǒng)處理技術(shù)結(jié)合才能有效發(fā)揮作用。

(4) 為了去除污染河流或湖泊中的臭氣，可考慮從污染河流、湖泊的底泥中分離出適應(yīng)該處環(huán)境，且對(duì)臭氣組成成分有效去除的菌株，進(jìn)行富集之后用于除臭，但是由于自然環(huán)境多變，分離菌株耗時(shí)較長(zhǎng)，這種方法的有效性有待于進(jìn)一步研究。

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(編輯：唐湘茜)

2016-09-15

盧云黎，女，長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江中游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，工程師.

1006-0081(2016)11-0059-03

P342.3

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