污水在处理过程中会产生恶臭气体, 目前国内外恶臭处理的常用方法包括水洗、碱洗、活性炭吸附、臭氧催化氧化法、土壤除臭和生物除臭法, 其中生物除臭法主要通过接种除臭微生物, 驯化培养出能适应臭气环境的微生物, 并通过微生物来降解臭气成分, 最终生成硫酸盐、硝酸盐、二氧化碳和水, 本文以污水厂恶臭中的主要成分硫化氢和氨气为代表, 研究和探讨自然驯化培养法在生物除臭系统中的百富策略白菜网。

该系统主要包括生物滴滤池、水泵、风机和水箱等, 风机风量为14000 m3/h, 全天保持开启, 水泵流量为20 m3/h, 间歇开启, 每次运行时长为2 min, 间隔周期为30 min。

喷淋液储存在水箱中, 经过液下泵抽取后从生物滴滤池上方喷淋出来, 喷淋液穿透生物填料后, 在池体底部排出进入水箱中供循环使用, 喷淋液的体积维持为2 m3, 喷淋过程中液位降低时, 补水浮球开关阀自动开启, 对水箱进行补水, 喷淋液整体更换周期为7天, 详见图1。

生物滴滤池采用自然驯化法培养除臭微生物, 不进行任何形式的接种, 设备从2017年2月开始进行调试运行, 调试期间, 定期对排气情况进行检测, 在排气情况趋于稳定后, 开始对除臭系统的各项指标进行连续检测, 检测指标包括进出气 (硫化氢、氨气和臭度) 、循环液 (硫酸盐、硝酸盐) 。2017年10月, 对填料进行采样检测, 主要内容包括检测其表面附着的微生物量和菌种鉴定。

氨:环境空气和废气氨的测定纳氏试剂分光光度法HJ533-2009。

硫化氢:亚甲基蓝分光光度法《空气与废气监测分析方法》 (第四版增补版国家环境保护总局2003年) 5.4.10.3。

臭气浓度:空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法GB/T14675-1993。

硫酸盐:水质硫酸盐的测定铬酸钡分光光度法 (试行) HJ/T342-2007。

硝酸盐氮:水质硝酸盐氮的测定紫外分光光度法 (试行) HJ/T346-2007。

样品混匀后, 均匀取出一部分进行碾磨, 呈细小颗粒状, 将其再次混匀后称取试样10 g (精确至0.1 g) 放入装有100 m L无菌水的灭菌三角瓶中 (瓶内预先加有玻璃珠20个左右) , 在28℃的旋转式摇床上以200r/min充分振荡30min, 即得10 g?100 m L的稀释液液备用。

用无菌移液管吸取上述10 g?100 m L的稀释液1 m L于9 m L无菌水中, 充分振荡, 混合均匀, 得到10 g?103 m L的稀释液。另取一支灭菌移液管, 按上述顺序操作, 直到得到10 g?108 m L的稀释度。

然后分别用移液器吸取0.1 m L稀释液于营养琼脂 (NA) 平板培养基上, 并用无菌玻璃刮刀在琼脂表面均匀涂布, 2个重复。将涂布均匀的平板培养基置于37℃的培养箱中培养48h后进行计数;根据菌落形态将其分为五类进行16S r DNA分析。

用移液器吸取0.1 m L稀释液于含氯霉素的PDA琼脂平板培养基上, 并用无菌玻璃刮刀在琼脂表面均匀涂布, 2个重复。将涂布均匀的平板培养基置于28℃的培养箱中培养5 d后进行计数;用移液器吸取1 m L稀释液于无菌平板上, 并注入冷却至约46℃的虎红琼脂15 m L, 每梯度2个重复。将凝固后的培养平板置于28℃的培养箱中培养48 h后进行计数。综合PDA琼脂平板培养基和虎红琼脂培养基上检测出的结果, 根据菌落形态将其分为两类进行特定基因序列分析。

经过2017年2月至7月的连续调试, 8月份除臭系统的排气情况趋于稳定, 由于进气的浓度有起伏, 废气中的硫化氢、氨气和臭度的去除率也会呈现一定的起伏, 详见图2。

由上表可知, 除臭系统从8月开始, 臭气中氨气的去除率维持在56%以上, 硫化氢的去除率维持在53%以上, 而臭度的去除效果维持在54%以上。

从8月开始, 填料表面附着有较厚一层泥质, 这种泥质基本隔断了气体与填料表面, 在这种情况下, 除臭系统仍能维持一定的除臭效果, 证明在除臭塔运行6个月后, 除臭滤池仍可以通过其他的途径去除臭气中的硫化氢和氨气。

经过对喷淋液的水质情况进行为期六周的采样检测发现, 喷淋液中的硫酸盐和硝酸盐在设备运行期间能持续不断生成, 喷淋液的p H下降非常迅速。

上图显示, 在实验期间, 循环液中的硫酸盐浓度维持在100mg/L以上, 硝酸盐的浓度维持在3 mg/L以上, 屈艳芬等在城市污水厂恶臭的生物过滤处理等研究过程中提出, 生物滤池对硫化氢的处理氛围两个阶段, 第二阶段时恶臭物质进入微生物体内并被分解的过程, 该过程中微生物在有氧条件下氧化硫化氢并产酸产能[1], 因此循环液中的硫酸盐和硝酸盐可能是臭气中硫化氢和氨气被氧化生成, 而这种快速氧化过程可能是微生物新陈代谢的结果。

平板和菌落形态图片如下:

菌种特征描述:淡黄色菌落, 菌落为圆形, 扁平, 有一个中心, 向四周发散, 不透明, 菌落靠外围有圈, 边缘湿润。

平板图片如下:

细菌数量:7×103 cfu/g, 根据菌落形态将其分为五类, 标记为x-1、x-2、x-3、x-4、x-5, 其中x-1含量最高, 16S r DNA分析结果如下:

x-1:可能为蜡样芽胞杆菌 (Bacillus cereus) , 相似度99%。

x-2:可能为纺缍形赖氨酸芽孢杆菌 (Lysinibacillus macroides) 或赖氨酸芽孢杆菌属 (Lysinibacillus fusiformis) 或解木糖赖氨酸芽胞杆菌 (Lysinibacillus xylanilyticus) , 相似度99%。

x-3:可能为甲基营养型芽孢杆菌 (Bacillus methylotrophicus) 或解淀粉芽孢杆菌 (Bacillus amyloliquefaciens) 或枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) , 相似度99%。

x-4:可能为枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) , 相似度99%。

x-5:可能为枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) , 相似度99%。

细菌数量:3×103 cfu/g (PDA平板) , 2×102 cfu/g (虎红平板)

根据菌落形态将其分为两类, 标记为z-1和z-2, 其中z-1含量最高, 基因序列分析结果如下:

z-1:可能为花斑曲霉 (Aspergillus versicolor) , 相似度99%。

z-2:可能为异养嗜酸真菌 (Acidomyces acidophilus) , 相似度99%。

通过自然驯化培养法形成的除臭系统对臭气成分和浓度的变化拥有较强的承受能力和适应性, 当设备进气指标中, 氨气浓度为2.880~6.613 mg/L, 硫化氢浓度为0.035~0.176 mg/L, 臭度为1458~3449 (无量纲) 时, 氨气、硫化氢和臭度的去除率能维持在50%以上。

在除臭设备运行六个月后, 填料表面已经附着一层较厚的泥质, 这种泥质基本隔断了气体与填料表面, 填料的物理吸附作用基本可以忽略, 与此同时, 除臭设备维持着相对稳定的除臭效果, 可能是由于微生物菌种在填料表面已经驯化完成, 形成了较为稳定的生物除臭功能。

与此同时, 设备运行期间, 循环液中的硫酸根、硝酸根的浓度分别能维持在100 mg/L和3 mg/L左右, 设备不断产酸的原因也有可能是由于除臭系统中形成了除臭微生物, 这种微生物菌种以臭气中的硫化氢和氨气等为营养成分, 通过新陈代谢将臭气成分转化为硫酸盐和硝酸盐, 考虑到除臭系统中循环液的喷淋为间歇性的, 溶液吸收效果不能长期稳定, 因此这种生物除臭功能可能是整个除臭系统的核心。

刘建伟等在研究生物滤池去除城市百富策略白菜网微生物气溶胶时发现[2], 生物滤池能在一定程度上截留异养细菌和真菌气溶胶, 而细菌与真菌在填料上停留下来后, 经过长时间的驯化培养, 可以会培养出适合环境条件的除臭微生物。

根据NA平板、PDA平板及虎红平板的培养结果显示, 除臭系统中的除臭微生物可能是蜡样芽胞杆菌、纺缍形赖氨酸芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌属、解木糖赖氨酸芽胞杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、花斑曲霉或异养嗜酸真菌, 亦或是这些菌种共同形成了除臭微生物群落, 搭建了独特的生物除臭系统。