微生物除臭剂的研究进展
作者：容达德等
来源：《广东蚕业》 2017年第1期
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前言
我国《恶臭污染排放标准》（GB14554-93）对恶臭污染物的定义是：一切刺激嗅觉器官引起人们不如快及损害生活环境的气体物质。恶臭污染物能通过非生物途径以及生物途径产生。非生物途径主要指恶臭气体在炼焦、印刷、洗水、化肥农药合成等化工行业在其生产目的产品时由各化学反应直接产生，而生物途径则指恶臭气体由微生物分解畜牧养殖场、垃圾填埋场、肉类加工等场所废弃的有机物质的蛋白质而产生。纪树满等学者对常见恶臭污染物的分类有：①含硫化合物，如SO2、H2S等；②含氮化合物，如NH3、胺类、吲哚类等；③卤素及衍生物，如氯气，卤代烃等；④脂肪烃及芳香烃类；⑤含氧化合物，如酚类、醛类等。
目前常用的除臭方法包括物理法：物理吸附法、高能离子除臭法等；化学法：臭氧氧化法、活性氧氧化法、化学溶液吸收法、光催化氧化法等；生物法：生物滤池法、生物滴滤塔法、生物滤膜法、活性污泥法等。相对物理除臭，生物除臭具有臭气去除率高，运行费用低，设备运行检修成本低等优点。而相对化学除臭，生物除臭则在二次污染少，运行费用低、能耗低等方面占有优势。因此生物除臭具有广阔的应用前景。
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微生物除臭机理
2.1 含硫化合物恶臭气体的去除
含硫化合物恶臭气体的去除对象主要是H2S。用于脱除H2S的微生物主要是好氧菌
Beggiatoa（贝日阿托氏菌属）和Thiobacillus（硫杆菌属），以及光合细菌Chlorobium（绿菌属）和Chromatium（着色菌属）等。这些种类细菌通过硫化作用，能够把H2S氧化为S0或硫酸盐等物质，从而实现对H2S的去除。
好氧菌能够氧化硫化氢形成硫酸盐，并从中获得能量。反应可表示如下：
2H2S+O2→2H2O+2S+能量
2S+3O2+2H2O→2H2O4+能量
光合细菌为厌氧菌，其特点是在厌氧光照条件下，通过循环光合磷酸化不利用H2O，而利用H2S等无机物作为还原CO2的氢供体，从而实现H2S氧化为硫单质或进一步氧化成硫酸盐的化学转变。其反应可表示如下：
2H2S+CO2 ■ 2S+H2O
2S+3CO2+5H2O ■ 3（CH20）+2H2SO4
2.2 含氮化合物恶臭气体的去除
含氮化合物恶臭气体的去除对象主要是NH3。传统生物脱氮理论包括硝化作用和反硝化作用两个过程，即：①氨态氮首先在化能自养菌亚硝化细菌，如Nitrosobacteria（亚硝化单胞菌属）作用下氧化为亚硝酸；亚硝酸由化能自养生菌硝酸化细菌，如Nitrobacter（硝化杆菌属）作用下氧化为硝酸。硝化作用反应可表示如下：
NH3+O2+2H++2e- ■ NH2OH+H2O
NH2OH+H2O ■ HNO2+4H++4e-
②亚硝酸在厌氧反硝化细菌，如Bacillus Licheniformis（地衣芽孢杆菌）、Paracoccus denitrificans（脱氮副球菌）和若干Pseudomonas（假单胞菌属）作用下转化为气态氮化物N2和N2O。反硝化作用反应表示如下：
NO2- +H2O ■ NO3- +2H++2e-
传统生物脱氮脱氮工艺有短程消化-反硝化工艺、OLAND工艺（氧限制自养消化反硝化工艺）、CANON工艺（全程自养脱氮工艺）等。短程消化-反硝化工艺以及OLAND工艺均主要通过控制反应体系中的溶氧的含量的变化，从而实现前期亚硝酸盐的积累以及后期亚硝酸盐的转化，然而这两种工艺均不能使两类型反应细菌同时生长，且主要偏向于亚硝酸盐的积累，因此在效率、经营成本方面欠缺优势。CANON工艺虽一定程度满足两类型细菌的同时生长，但存在氨氮浓度阈值低，控制困难等问题。
现今，伴随异养硝化细菌，如Pseudomonas .（假单胞菌属）、Alcaligenes faecalis（粪产碱杆菌）等和好氧反硝化细菌 Bacillus subtilis（枯草芽孢杆菌）、Pseudomonas putida（恶臭假单胞菌）等的发现，使得进行两类型反应的细菌在同一反应体系内同时高效生存成为可能，同时，众多异养硝化细菌同时具有好氧反硝化作用，如Paracoccus
denitrificans GB17（脱氮副球菌）、Pseudomonas sp.（假单胞菌）等。这些新型功能菌株的发现为新的脱氮工艺的研发提供一定的理论基础。
2.3 烃类恶臭气体的去除
烃类恶臭气体包括脂肪烃和芳香烃。对于这一类的恶臭气体物质，Pseudomonas（假单胞菌属）、Achromobacter（无色杆菌属）、Corynebacterium（棒状杆菌属）和Candida（假丝酵母）等具有良好的降解作用。微生物通过以下两种途径应对部分烃类难溶甚至不溶于水的的特点：①疏水表面的形成。微生物通过菌毛或细胞壁外由脂类或蛋白构成的荚膜，使菌体形成疏水表面，从而随机地与水中的油滴附着。②生物乳化剂的分泌。部分微生物通过分泌具备乳化作用的糖脂、脂蛋白、糖蛋白等，使油滴乳化成许多细小颗粒，由此扩大不溶烃类在水中的表面积，利于微生物的附着。值得注意的是部分乳化剂还具有促进某些烃类物质降解的作用。
烃类的降解途径根据同类的化学结构特点，主要可分为两部分：脂肪烃的降解途径和芳香烃的降解途径。无论是脂肪烃降解途径还是芳香烃降解途径，均通过微生物所生成的脱氢酶或是加氧酶以实现对烃类物质降解的快速催化。如能催化正烷烃为正烷烃的氢过氧化物的正烷烃氧化酶。
2.4 含氧有机物恶臭气体的去除
含氧有机物恶臭气体，如醛类、酚类化合物均易溶于水，而微生物对该类恶臭气体物质的去除原理与烃类恶臭气体物质的去除原理相似，均主要通过微生物生成的相关酶的高效催化降解作用。
能够降解酚类化合物的微生物有Rhizobium（根瘤菌）、Fusarium（镰刀菌）、Candida（假丝酵母）等，常见的酚类污染物主要是苯酚、双酚A、壬基酚以及五氯酚。微生物通过加氧酶或脱氢酶，催化具有还原性的酚类污染物分解成CH4、CO2等无害终产物。如：苯酚首先经苯酚羟化酶降解为邻苯二酚，其后在邻苯二酚2,3—双加氧酶或1,2—双加氧酶作用下，经环裂解，最后形成三羧酸循环中间物。
能够降解甲醛的微生物有Pseudomonas putida（恶臭假单胞菌）、P. Aeruginosa（铜绿假单胞菌）等。催化甲醛降解的关键酶是甲醛脱氢酶，其在谷胱甘肽以及NAD+的辅助下，把进入细胞内的甲醛氧化为甲酸，其后甲酸在甲酸脱氢酶的作用下转化为CO2，由此实现对甲醛的去除。
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微生物除臭的方法
微生物除臭的方法众多，现从应用环境的角度进行分类，可分为应用于污水处理厂或需要进行污水处理的企业、禽蓄养殖场以及垃圾处理场所的3 大类微生物除臭方法。
3.1 应用于污水处理厂的微生物除臭方法
污水处理厂或带有污水处理车间的厂房为解决污水处理过程中，微生物对有机物的降解或污水中恶臭的挥发性物质的挥发等原因造成的恶臭污染问题，会在原有的污水处理装置的基础上进行改装或是另外增加相应的空气净化设备。根据Joanna E等学者的研究，应用在污水处理厂中的微生物除臭方式有活性污泥法、生物滤池法、生物滴滤塔法、生物搅拌机以及生物膜法，以下举使用较多的三例。
3.1.1活性污泥法
活性污泥法在污水处理中是十分高效常用的方法，在此基础上于污水池的底部增加通气装置，使的收集得恶臭气体进入曝气池中，与污水原有的污染物一同被活性污泥上的微生物群所降解、氧化或吸附，达到除臭的作用。活性污泥法除臭装置示意图见图1 。
图1 活性污泥法示意图
3.1.2生物滤池法
生物滤池可分为洒水滤床法以及氧化塘法。其工艺流程见 图2 、图3 。洒水滤床法中，微生物被固定于无毒无害无嗅，且适于其生长繁殖的填料（土壤、堆肥活、性炭等），从而构成生物滤床。喷洒器为微生物提供养料以及保持滤床持续适宜的湿度，利于微生物生长和恶臭气体从气相到液相的转移。恶臭气体经蒸汽喷射器以及热传导装置加湿加热后的，通过带孔底板进入生物滤床，进而被氧化降解，处理后的气体从生物滤床的顶部排出。氧化塘法原理基本与洒水滤床法相似。
图2 洒水滤床法示意图
图3 氧化塘法示意图
3.1.3 生物滴滤塔法
微生物除臭剂的研究进展
