微生物除臭技术的研究现状
发布时间:2021年11月22日 点击数:1937
0 引言
微生物除臭技术是20世纪50年代发展起来的新兴除臭技术[1],它是利用微生物将恶臭物质降解或转化为低害或无害物质的过程。恶臭气体因带有活性基团,容易被含有微生物的液体吸收后发生氧化,从而使恶臭气味减弱,达到除臭目的。1957年,美国科学家Paneray申请专利“利用土壤微生物处理硫化氢废气”,标志着人类开始利用微生物进行除臭研究[2]。20世纪70年代开始,微生物除臭技术被各国广泛研究。20世纪80年代,德国和荷兰等国家利用微生物处理臭气效果较好,引起了日本、美国等国家的重视。20世纪90年代,我国才逐渐开始微生物除臭技术方面的相关研究。
目前,国内外主要采用物理、化学和生物法处理恶臭气体,使恶臭气体的物象和结构发生改变,从而达到脱臭的效果[3]。物理法、化学法在快速除臭的同时会增加成本、造成环境的二次污染,无法重复利用。但生物除臭技术是利用微生物的生理代谢活动来降解恶臭物质使之转化为无臭物质,具有处理效率高、无二次污染、便于操作、费用低廉等特点,已成为国内外恶臭防治研究与百富策略白菜网中的主要方法[4,5]。
1 微生物除臭技术的除臭机理
微生物除臭根据微生物将恶臭有机污染物降解或转化为低害或无害物质的原理实现除臭目的,很难直接发生生物化学反应。因此,微生物除臭包括三个过程:(1)将部分臭气由气相转变为液相的传质过程;(2)溶于水中的臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收,不溶于水的臭气先附着在微生物体外,由微生物分泌的细胞外酶分解为可溶性物质,再渗入细胞;(3)臭气进入细胞后,在体内作为营养物质为微生物所分解、利用、使臭气得以去除[6]。
崔玉雪[7]通过不同除臭剂的除臭效果实验和对除臭剂微生物菌群进行研究发现微生物除臭剂主要是是通过化学反应与微生物的联合作用去除氨气。张生伟[8]等人通过测定氮元素及硫元素的转变途径和动态含量的变化得到微生物在除臭过程中将氨气和硫化氢等臭味物质转化为相应的盐。单奇华[9]等人认为除臭酵母能将氨气转化为氨态氮的形式固定下来,再在有机酸或其他物质的作用下转化为有机态或络合形式的氨态氮。
2 微生物除臭的主要方法
2.1 生物过滤法
生物过滤法是根据臭气从反应器的底部进入,通过附着在填料上的微生物,将臭气中含有的污染物氧化分解为二氧化碳、水等简单无机物的原理达到臭气净化的目的[10]。生物滤池处理臭气时,必须定期更换由堆肥、泥炭、木屑、植物枝等混合后形成的活性填料,其目的为了给微生物提供营养丰富的生存空间,有助于微生物将臭气转化或降解成为初级产物、代谢物质或合成新的细胞物质。
随着科技水平的提高,生物过滤法已被广泛百富策略白菜网于畜牧业养殖业[11]、食品加工业[12]和化学工业产生的难降解恶臭物质的处理,如采用该法处理H2S气体[13]、甲醛和氨[14]、有机污染物[15]等。王德民[16]等人研究表明生物过滤装置的压力降受气流量的影响,随着气流量的增加压力降增大;生物膜对填料床层压力降的影响与生物膜的长势、膜层的厚实度有关;可以通过反冲洗改变生物膜状况,从而改变填料床层的压力降。陈和谦[17]采用生物滤池的除臭工艺,对硫化氢的去除率为89%,氨气的去除率为98%,苯的去除率为99.94%,苯乙烯的去除率为99.88%。
2.2 生物滴滤法
生物滴滤法净化臭气的原理与生物过滤法相似,介于生物过滤法与生物吸收法之间。生物滴滤池所用填料应有较好的持水性,如:炉渣、碎石、陶粒、珍珠岩等,均为不能提供营养物质的惰性填料。该填料只起生物生长载体的作用,空隙率高于生物过滤池,使用寿命长、阻力小,有助于避免产生填料的压实、短流以及填料损耗等现象;营养物和缓冲液可以通过回流液的投加来实现;微生物代谢产物可以通过更换回流液体而得到去除[18]。
生物滴滤池与生物过滤池相比,具有缓冲能力、污染物负荷承受量等优点,对于会产生酸的污染物,如卤化物、硫化物和含氮化合物,生物滴滤系统更易于调整pH值。因此,生物滴滤系统更适宜处理含卤化物、硫化物和含氮化合物的恶臭气体污染物。郭静[19]等人采用生物滴滤池处理苯乙烯恶臭气体,将具有吸附性的焦炭作为填料,探究其对废气的净化是否具有吸附生物降解的双重作用。结果证明当系统达到稳定状态时,其生物脱臭过程实现了生物降解和物理吸附的协同作用。马红[20]等人利用固定化技术处理微生物,将硝化污泥包埋在海藻酸钠中,制成填料用来处理含氨氮的废气,研究表明系统脱臭、硝化效果较好;气相NH3的去除率可达92%以上,除臭效果优于土壤及生物膜NH3气脱臭法。
2.3 生物洗涤法
生物洗涤法,即生物吸收法。利用悬浮活性污泥的吸收作用和代谢作用使臭气被降解[21]。该方法适合处理负荷较高、易溶于水的臭气。刘玉红[22]等人采用生物洗涤法处理含苯酚臭气,研究表明当苯酚负荷在30g/(m3.h)左右时,苯酚的平均去除率在97%左右;当苯酚负荷超过50g/(m3.h)时,苯酚会出现累积现象。齐国庆[23]等人采用“生物洗涤和生物滴滤”组合技术处理炼油污水场的恶臭气体,结果表明NH3、H2S、CH3SH、VOCs、臭气浓度的去除效果分别为:90.4%、99.2%、99.8%、99.1%、99.4%。李国文[24]以活性污泥为介质,探讨洗涤塔中氯苯废气的生物降解性能,结果表明洗涤塔对氯苯废气有较强的降解能力且降解过程受控于生物降解速率和气液相的传质速率。
3 微生物除臭技术的百富策略白菜网
3.1 生活垃圾
垃圾是人类生活和生产中产生的固体废弃物,无处不在,由于排出量大,成分复杂多样,且具有污染性、资源性和社会性,需要无害化、资源化、减量化和社会化处理,如不能妥善处理,就会污染环境,破坏生态平衡。
许丽娟[25]等人从垃圾填埋腐败垃圾泥土中分离筛选出的酿酒酵母,具有除臭效果好、除臭性能稳定等特性。余海晨[26]等人从垃圾堆中筛选出的异养硫氧化细菌,H2S的降解率可达82%。张彦敏[27]等人使用不同类型的植物型和生物型除臭剂来进行填埋场垃圾除臭,结果显示微生物型除臭剂的除臭效果优于植物型除臭剂,H2S、NH3、臭气的去除率分别为87.4%,41.4%,99.5%。曾苏[28]等人从垃圾渗滤液中分离筛选出具有对硫化氢和氨气高效降解菌株,分别为乳酸片球菌、巨大芽胞杆菌、嗜酸乳杆菌、粪产碱杆菌,在适宜条件下按一定比例复配,对氨气和硫化氢的去除率最大可达到83.56%和70.25%。
3.2 污水处理
污水中存在各种各样的有机物,易降解产生各种恶臭气体,主要有硫化氢、氨以及硫醇类、硫醚类、有机胺类等,绝大多数会影响神经系统和造血系统,甚至引起机体的变态反应。微生物除臭技术在污水处理中的百富策略白菜网,主要以生物滤池法和EM菌剂法为主。浦李霞[29]采用生物氧化法对污泥脱水间进行了脱臭处理,结果显示H2S的去除率能够达到99.89%,NH3的去除率能够达到96.37%。周春火[30]等人以生物法为主,结合碱吸收和物理法治理百富策略白菜网产生的H2S、CH4等恶臭气体,结果表明去除率可达到90%~100%,效果良好。
3.3 畜禽粪便
畜禽养殖业是我国农村经济的主体,但畜禽产生的排泄废物已经成为重要的环境污染源。大量畜禽粪便在堆放过程中会发酵产生各种恶臭物质,包括NH3、H2S、吲哚、甲基硫醇等,长期接触会对人畜造成健康危害,存在慢性中毒的潜在可能[31,32]。因此,加速堆肥腐熟、缩短发酵周期,减少氨气和硫化氢等恶臭气体的排放,已成为解决堆肥除臭问题的研究热点[33]。
李维炯[34]等人通过采用生物技术和工程技术相结合的方法,使用土壤改良剂EM有效微生物菌群去除畜禽粪便恶臭,结果显示EM技术能有效去除畜禽粪便的恶臭。黄灿[35]等人通过研究各种链霉菌及其组合对猪粪恶臭污染物排放的影响,结果显示接菌处理,有助于降低NH3及H2S的挥发。孟晓[36]等人研究了短乳杆菌在发酵过程中去除粪臭素的除臭效果,发现菌株的发酵上清液对粪臭素的去除能力最强,去除率可达17.25%,证明了该菌去除粪臭素的作用不是物理吸附。梁军[37]等人采用定性和定量方法检测了不同菌剂处理的鸡粪中臭气的含量变化,结果显示复合菌处理粪便后,氨气的含量降低了61.56%,除臭效果明显优于光合菌。刘胜洪[38]等人将光合细菌、乳酸及酵母菌等制备的生物除臭菌液添加到猪粪堆肥中,可以促进堆肥温度升高,使高温阶段提前、含水量下降。
4 微生物除臭技术的发展趋势
微生物除臭技术相比于其他除臭技术具有处理效率高、无二次污染、便于操作、费用低廉以及除臭效果好等特点,被广泛关注。但由于我国在这方面的起步比较晚,微生物除臭技术仍然存在许多亟待解决的问题,如分离和筛选高效率除臭菌株;拓展微生物除臭的研究对象;开发吸附性强的载体;加强生物膜内污染物降解的动力学研究;设计微生物除臭剂装置等。解决以上问题,必将会成为今后的研究热点。







