利用微生物除臭技術(shù)研究與應(yīng)用

＊楊宇強(qiáng)

（廈門市政環(huán)境科技股份有限公司 福建 361000）

近年來隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市中存在大量的臭氣污染問題。而傳統(tǒng)的生物除臭方式在實(shí)際操作過程中往往會(huì)出現(xiàn)一些弊端，如處理成本較高、效率低等；為了解決上述問題，人們開始嘗試將微生物作為一種新的治理手段來進(jìn)行應(yīng)用，并且取得了良好效果。因此本文就以微生物作為切入點(diǎn)，對(duì)其除臭原理和方法展開分析，希望能夠給相關(guān)領(lǐng)域人員提供一定參考價(jià)值。目前，關(guān)于微生物除臭技術(shù)主要有以下幾種：第一是通過物理或化學(xué)作用使得被吸附的氣體分子或者有機(jī)物發(fā)生分解，進(jìn)而釋放出其中所含有效成分，從而達(dá)到凈化空氣的效果。第二是利用細(xì)菌自身具有的活性氧（ROS）以及過氧化氫等物質(zhì)，可以直接破壞氧氣分子，降低其活性，從而實(shí)現(xiàn)氣體的快速去除。第三是利用細(xì)菌代謝產(chǎn)生的次級(jí)產(chǎn)物—氨基甲酸酯類物質(zhì)，這些物質(zhì)可降解部分有毒有害氣體，但是由于該類物質(zhì)本身不穩(wěn)定，所以需要經(jīng)過進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化才能發(fā)揮最大作用。第四是在降解過程中還會(huì)伴隨著其他一些副反應(yīng)。本文旨在對(duì)微生物除臭技術(shù)進(jìn)行分析和探討，并提出一系列可行性方案，為今后相關(guān)研究工作的開展奠定基礎(chǔ)。首先，我們要明確微生物的種類及特性[1]。

1.臭氣的成分來源及危害

目前，臭氣按其化學(xué)組成可分成以下兩類。第一類是無機(jī)物，如硫化氫、二氧化硫、氨氣等；第二類是有機(jī)物，如芳香烴、酮、酸、酯、胺、硫醇、硫醚、吲哚類等[2]。除硫化氫和氨外，惡臭物質(zhì)大都為有機(jī)物，這些有機(jī)物具有沸點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)的特征[3]。

臭氣的主要來源有3類。第一類是生物污染源，主要由于生物體內(nèi)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物和酶等物質(zhì)所引起的臭味；第二類是生活污染源，主要指來自廁所、衛(wèi)生間、垃圾桶、下水道等地方的惡臭；第三類則是工業(yè)污染源，工業(yè)生產(chǎn)、垃圾處置及污水處理設(shè)施等造成的惡臭。其中，工業(yè)污染源是臭氣的主要來源，工業(yè)生產(chǎn)主要指制藥、石化、印染、皮革和牲畜養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)；垃圾處理過程中的轉(zhuǎn)運(yùn)、焚燒、堆肥、填埋等階段；污水處理廠的進(jìn)水區(qū)（提升泵房、格柵、曝氣沉砂池、初沉池）、生化處理區(qū)（厭、缺氧池）和污泥處理（污泥濃縮池、污泥脫水車間等）等區(qū)域。

臭氣種類繁多，來源廣泛，除引起酸雨、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)外，還因嗅覺上的刺激，導(dǎo)致人們出現(xiàn)厭食、失眠、記憶力下降、心情煩躁等功能性疾病，而且對(duì)人體感官、呼吸及神經(jīng)系統(tǒng)等都會(huì)造成不同程度的毒害，如氨氣低濃度下會(huì)刺激人的皮膚、眼睛、呼吸器官的黏膜[4]，吸入過多時(shí)，能引起肺腫脹直至死亡；硫化氫是一種急性劇毒，吸入少量高濃度硫化氫可于短時(shí)間內(nèi)致命，低濃度的硫化氫對(duì)眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)都有影響[5]。

2.微生物除臭的原理

微生物除臭是利用接種、培養(yǎng)等方法將微生物固定在生物填料上，利用微生物將臭氣物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳、氮?dú)?、無機(jī)鹽等穩(wěn)定的小分子無機(jī)物，從而有效實(shí)現(xiàn)臭氣物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性去除。

3.除臭微生物者簡(jiǎn)

(1)除臭微生物的種類

臭氣的處理大多數(shù)是在相對(duì)開放的環(huán)境下進(jìn)行的，研究表明，可用于臭氣處理的微生物種類繁多，如放線菌、芽孢桿菌、酵母菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌等。

(2)除臭微生物的作用

①放線菌是一群革蘭氏陽性細(xì)菌，因菌落呈放線狀而的得名。對(duì)芳香烴有一定降解作用，主要用于芳香烴的除臭中。

②硝化細(xì)菌包括兩種完全不同的代謝群：亞硝酸菌屬及硝酸菌屬。其中，亞硝酸細(xì)菌，將氨氧化成亞硝酸，反應(yīng)式：2NH3+3O2→2HNO2+2H2O。硝酸細(xì)菌，將亞硝酸氧化成硝酸，反應(yīng)式：2HNO2+O2→2HNO3。

③反硝化細(xì)菌能將硝態(tài)氮（NO3-N）等復(fù)雜的含氮化合物中的氮還原為氮?dú)狻７磻?yīng)式：2NO3-+10e-+12H+→N2+6H2O。

④硫化細(xì)菌主要作用是去除臭氣中的硫化氫、二氧化硫等，將其轉(zhuǎn)化成硫酸。

由于微生物除臭是通過在生物填料上對(duì)多種微生物進(jìn)行混合培養(yǎng)，這些微生物都可以分泌多種多樣的代謝產(chǎn)物,所以它們之間可能存在著各種促進(jìn)、協(xié)作、共生、抑制等作用，使得整個(gè)體系處于一種動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。從而，使得微生物除臭系統(tǒng)能夠同時(shí)處理多種臭氣物質(zhì)，且具有了較好的抗沖擊能力。

4.除臭微生物在污水處理廠中的應(yīng)用

(1)除臭微生物的填料

目前常用的除臭微生物填料有兩種類型：

①天然填料，如樹皮、椰殼、木片、干草、土壤及其混合物等，但因易腐敗、易塌陷等原因，需要在3～5年內(nèi)更換或翻新，且填料更新時(shí)需重新培養(yǎng)菌種，維護(hù)較為復(fù)雜，現(xiàn)已基本被淘汰。

②人工填料，如活性炭、竹炭、火山巖、聚丙烯等。其中，活性炭具有很強(qiáng)的吸附能力、孔隙率和比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，有利于微生物附著生長(zhǎng)及些臭氣物質(zhì)吸附，從而達(dá)到消除臭氣的目的[6]，但如果使用不當(dāng)，反而會(huì)導(dǎo)致臭氣更加強(qiáng)烈，為了進(jìn)一步提高活性炭的吸附能力，需要將其加工制備成為各種類型的復(fù)合型材料，這樣不僅可以充分利用活性炭本身的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還可以減少后期的加工成本，提升了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益[7]，如：活性炭纖維就具有較高的比表面積（約為2～3m2/g）及孔隙率大（可達(dá)90%以上）且易于再生等優(yōu)點(diǎn)[3]。竹炭吸附性、孔隙率與比表面積等，雖然相對(duì)活性炭較低，但具有顆粒大、機(jī)械性能好、吸水不易板結(jié)、相對(duì)活性炭復(fù)合材料成本低廉等特點(diǎn)。

(2)污水處理廠除臭微生物的培育

高效除臭菌種的培育是一項(xiàng)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程。目前，對(duì)于除臭菌種的選育主要有3類方法：①通過人工培養(yǎng)基篩選的方式，從自然界中分離培養(yǎng)出能夠有效轉(zhuǎn)化、降解臭氣物質(zhì)的高活性菌株，由于目前生態(tài)環(huán)境中，仍有部分菌種無法通過人工手段進(jìn)行分離，因此該方法篩選出的菌種受限；②采用分子生物學(xué)方法，通過物理化學(xué)手段刺激、誘導(dǎo)菌株產(chǎn)生基因突變，使其具備轉(zhuǎn)化、降解臭氣物質(zhì)的能力，由于基因突變的不確定性，該方法可能產(chǎn)生大量無效菌株；③由于污水處理廠的臭氣物質(zhì)源于本廠所處理的污水，因此污水處理廠的活性污泥對(duì)于本廠所產(chǎn)生的臭氣，具有天然的適應(yīng)性，因此國(guó)內(nèi)污水處理廠的微生物除臭菌種的選擇上，均首選采用本廠活性污泥進(jìn)行馴化培養(yǎng)。

(3)污水處理廠微生物除臭工藝的選擇

污水處理廠常用的微生物除臭工藝有以下3種：①生物過濾，采用樹皮、椰殼、木片、干草、土壤等填料，臭氣經(jīng)過填料層，經(jīng)傳質(zhì)和生物降解去除臭氣的處理工藝；②生物滴濾，采用多孔、比表面積大的惰性物質(zhì)作填料，在填料表面噴灑水并補(bǔ)充養(yǎng)分，臭氣經(jīng)過填料層，經(jīng)傳質(zhì)和生物降解去除臭氣的處理工藝；③生物洗滌，臭氣與生物洗滌液在吸收塔進(jìn)行氣液接觸，經(jīng)傳質(zhì)進(jìn)入生物洗滌液，在反應(yīng)器中被生物降解的處理工藝。

以某污水處理廠除臭為例：該污水處理廠采用生物濾池+曝氣生物濾池+微電解+臭氧氧化組合工藝。當(dāng)進(jìn)水COD值為300～500mg/L時(shí)，出水水質(zhì)可滿足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn),但運(yùn)行一段時(shí)間后，仍存在一定程度上的波動(dòng)；由于厭氧菌活性低,對(duì)高濃度廢水具有較強(qiáng)的耐受性。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：①厭氧菌可以將有機(jī)物分解成小分子化合物——CO2、H2S等；②厭氧菌能夠使污泥處于亞硝化狀態(tài),提高了脫氮除磷效果；③經(jīng) 過一段時(shí)間運(yùn)行，出水氨氮和總氮濃度均有所降低，其中NH3-N平均濃度分別降至20.78mg/L和0.12mg/L，NOx平均濃度也下降到0.14g/L左右。該方法的成本為每m3厭氧池投加0.2kg菌劑費(fèi)用約為10元，而且厭氧池內(nèi)以厭氧球菌屬占優(yōu)勢(shì)，其次是兼性厭氧菌屬，然后依次是兼性好氧菌、梭狀芽孢桿菌、假單胞菌等其他細(xì)菌類群，這種優(yōu)勢(shì)菌類協(xié)同作用下，不僅可以有效地去除水中的有機(jī)污染物，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化，滿足GB18818-2002《城鎮(zhèn)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)限值要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，當(dāng)進(jìn)水COD≤ 30mg/L時(shí)，TOC＜0.5%；當(dāng)COD＞50mg/L時(shí)，TOC≥0.85%；當(dāng)進(jìn)水NH3＜20mg/L時(shí)，NH3-N＜2mg/L；當(dāng)進(jìn)水總磷為1～3 mg/L時(shí)，TP＜1.0mg/L；當(dāng)進(jìn)水氨氮為0.06～0.42mg/L時(shí)，P＜0.05mg/L；出水水質(zhì)均能達(dá)到國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)具有良好效果和較好經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

5.某污水處理廠微生物除臭技術(shù)應(yīng)用案例分析

以福建省某污水處理廠的微生物除臭技術(shù)應(yīng)用為例，項(xiàng)目周邊氣體擴(kuò)散性能較好，規(guī)劃總規(guī)模為12萬噸/日，一期工程規(guī)模6萬噸/日。

(1)污水處理方案

粗格柵+進(jìn)水提升泵房+細(xì)格柵+曝氣沉砂池+改良AAO生化池+二沉池+高效沉淀池+反硝化深床濾池+次氯酸鈉接觸消毒池。

(2)污泥處理方案

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本工程污泥經(jīng)重力濃縮+離心脫水處理后（污泥含水率≤80%），泥餅近期外運(yùn)處置，廠內(nèi)預(yù)留污泥干化用地。

(3)臭氣處理方案

①臭氣排放標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918）的有關(guān)規(guī)定，并借鑒國(guó)內(nèi)外臭氣治理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目臭氣排放采用以下標(biāo)準(zhǔn)。

表1 污水處理廠廠界標(biāo)準(zhǔn)

表2 除臭系統(tǒng)廠內(nèi)臭氣濃度標(biāo)準(zhǔn)

②臭氣源分析：根據(jù)上文對(duì)污水處理廠的臭氣來源分析，本項(xiàng)目除二沉池、高效沉淀池、反硝化深床濾池、次氯酸鈉接觸消毒池等污水處理設(shè)施外，其它污水、污泥處理設(shè)施均考慮除臭。具體如下：

表3 主要除臭區(qū)域一覽

③臭氣成分：主要臭氣的成份及特性如下表所示：

表4 主要臭氣成分表

④除臭工藝選擇：本工程采用生物除臭法，基本工藝路線為：除臭塔下層為布?xì)饪臻g，中間為填料層，上層為氣體收集空間，洗滌段循環(huán)噴淋，充分利用液相中的微生物，去除臭氣中大部分污染物，滴濾段采用間歇灑水，散水間隔時(shí)間為1h，每次散水2～3min。臭氣經(jīng)過生物除臭塔，其中的臭氣成分被填料捕集，并被生長(zhǎng)在填料上的微生物作為食物分解掉，最終變成穩(wěn)定的無機(jī)物如二氧化碳、水、硫酸、硝酸等物質(zhì)，排放在液相中，隨著散水的進(jìn)行，排出生物除臭系統(tǒng)。同時(shí)，采用本廠生化處理系統(tǒng)中活性污泥，進(jìn)行除臭菌種的馴化、培育。

考慮到進(jìn)水區(qū)和污泥處理區(qū)臭氣濃度較高，因此采用選用“生物洗滌+生物滴濾”除臭工藝，并采用生物洗滌后的廢水作為生物滴濾階段的營(yíng)養(yǎng)液：

A.臭氣經(jīng)生物段的平均流速不大于0.2m/s。

B.填料部分空床總停留時(shí)間不小于20s。

C.散水量：生物洗滌段24h不間斷循環(huán)散水，生物滴濾段每立方填料0.5L水，間歇噴淋，1次/h。

生化處理區(qū)的臭氣濃度較低，選用“生物滴濾”除臭工藝，就近采用進(jìn)水區(qū)生物洗滌后的廢水作為生物滴濾階段的營(yíng)養(yǎng)液：

A.臭氣經(jīng)生物段的平均流速不大于0.2m/s。

B.填料部分空床停留時(shí)間不小于15s。

C.散水量：每立方填料0.5L水，間歇噴淋，1次/h。

⑤凈化后氣體的排放：考慮到項(xiàng)目地點(diǎn)周邊非環(huán)境敏感地帶，且空氣擴(kuò)散性能較好，因此處理后的尾氣通過15m高度高空排放管排放，僅預(yù)留吸附設(shè)備接口，暫不考慮后端增加吸附設(shè)備作為組合處理措施。同時(shí)，為了減少“鄰避效應(yīng)”影響，排放管采用仿生樹形式設(shè)置，降低周邊居民敏感度。

⑥臭氣處理效果：本項(xiàng)目除臭設(shè)施自投用以來，效果良好，以氨氣為例，進(jìn)氣口為2～12mg/m3，而廠界穩(wěn)定在0.04～0.07mg/m3。

6.結(jié)論

綜上，根據(jù)上文的分析和福建某污水處理廠的實(shí)踐表明，生物除臭由于可以有效地控制多種污染物的排放量和濃度，對(duì)于改善空氣質(zhì)量有重要作用，因此越來越受到國(guó)內(nèi)各污水處理廠的重視，得到推廣和應(yīng)用，已經(jīng)成為一種主流臭氣治理工藝。