生物除臭技术研究

一、臭气污染概述随着社会经济的飞速发展及城市化进程的不断加速，室内外环境污染问题日益突出。恶臭是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快和损坏生物环境的物质。恶臭作为7种典型公害之一(大气污染、水质污染、恶臭、土壤污染、噪声、振动、土地下沉)，其物质种类繁多,影响范围大,并且严重危害人体健康。臭气对人体的毒害是主要表现在:(1)危害神经系统。长期受到一种或几种低浓度的恶臭物质刺激，首先使嗅觉脱失，继而导致大脑皮层兴奋与抑制过程的调节功能失调。如硫化氢不仅有异臭作用，同时也对神经系统产生毒作用。(2)危害呼吸系统。当人们嗅到臭气时，会反射性地抑制吸气，妨碍正常呼吸功能。(3)危害循环系统。如氨等刺激性臭气，会使血压出现先下降后上升，脉搏先减慢后加快的变化。硫化氢还能阻碍氧的输送，而造成体内缺氧。(4)危害消化系统。经常接触恶臭物质，使人食欲不振与恶心，进而发展成为消化功能减退。(5)恶臭会使内分泌系统功能紊乱，而影响机体的代谢活动。此外氨和醛类对眼睛有刺激作用，常引起流泪、疼痛、结膜炎、角膜浮肿。(6)臭味还会阻碍人际关系的良好发展，影响个人、家庭或某一场所的外在形象。长期受到恶臭的持续作用会使人烦躁、忧郁、失眠、注意力不集中、记忆减退，从而使学习和工作效率降低。（一）恶臭的来源：恶臭物质是指能引起嗅觉器官多种多样臭感的物质。目前，凭人的嗅觉感知的恶臭物质有4000多种，人类活动导致恶臭产生的环境较多，按产生源可以分为生活源和工业源。生活源是指日常生活中产生的恶臭，如家用卫生间、公厕、污水处理厂、垃圾转运站以及受污染的湖泊、水沟等地方会扩散出恶臭气体，污染周边环境，给家庭生活或周围居民带来很大的不便；工业源是指工业生产中产生的恶臭，如养殖厂、涂料厂、制药厂、食品加工厂、化工厂等。二、恶臭物质的来源及成分（二）恶臭物质的主要成分：恶臭气体从其组成可分为五类。一是含硫化合物，如硫化氢、硫醇类、硫醚类等；二是含氮的化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚类等；三是卤素及其衍生物，如氯气、卤代烃等；四是烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等；五是含氧的有机物，如酚、醇、醛、酮、有机酸等。从以上分类中可以看出，这些恶臭物质，除硫化氢和氨外大都为有机物。这些有机物能散发到大气中主要是因为其沸点低挥发性强，为此我们又称其为挥发性有机化合物，简称VOC。三、恶臭物质的治理特点及方法（一）恶臭物质的治理特点恶臭的脱除有别于一般大气污染的治理,这是由恶臭的特性决定的。（1）恶臭的污染源分布广泛。（2）恶臭物质的浓度一般较低，而处理后要求其浓度更低。（3）臭气一般是多组分混和物，产生恶臭的物质多达1万种以上，气味强度与实际的分子浓度不一定成线性关系。（二）恶臭物质的治理方法目前，对于臭味的去除方法主要有：（1）化学除臭法(氧化法，吸收法，吸附法)包括燃烧法(热力燃烧，催化燃烧)。（2）物理除臭法，如掩避法，稀释扩散法等。（3）生物除臭法，主要是利用微生物除臭，通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化。（三）除臭方法的适用范围除臭方法使用范围备注物理法掩避法,恶臭强度在2.5级左右无组织排放源稀释扩散法中、低恶臭强敌有组织排放源需建烟囱燃烧法热力燃烧,高浓度恶臭物质有组织排放的工业源燃料消耗多催化燃烧高浓度恶臭物质有组织排放的工业源需催化剂化学氧化法臭氧氧化法中、低浓度恶臭物质有组织排放源处理费用高催化氧化法中、低浓度恶臭物质有组织排放源需催化剂其它氧化法中、低浓度恶臭物质有组织排放源需耗氧化剂吸收法木吸收法水溶性恶臭物质有组织排放的工业源产生二次污染酸吸收法酸性恶臭物质有组织排放的工业源需处理吸收液碱吸收法碱性恶臭物质有组织排放源需处理吸收液消化污泥吸收法中、低恶臭物质有组织排放源吸附法中、低恶臭物质有组织排放源吸附剂需再生生物分解法土壤法高、中、低恶臭物质有组织排放源堆肥法联合法成分复杂的臭气有组织排放源表1除臭方法的适用范围四、微生物除臭技术发展概况最早利用微生物处理恶臭的报道是1957年R.D.Pancray的“利用土壤微生物处理H2S废气”的美国专利。70年代后，各国开始在这一领域开展广泛研究，其中日本、德国取得的成就最为显著。有效微生物种群是由日本琉球大学比嘉照夫教授研制开发的新型复合微生物菌剂。它对环境除臭具有较明显的效果，这可能与有效微生物种群中含有光合细菌群有关。光合细菌作为有益菌群，一方面抑制了腐败细菌的生长，改善有机物的分解途径，减少NH3和H2S的释放量和胺类物质的产生；另一方面它又可利用H2S作氢受体，消耗H2S，从而减轻环境中的恶臭，减少蚊蝇孳生。（一）微生物除臭机理恶臭物质的活性基团一旦氧化，气味就消失。一般认为微生物处理臭气的基本原理是利用微生物把溶解水中的恶臭物质吸收于微生物自身体内，通过微生物的代谢活动使其降解的一种过程。基本上分为三个过程:（1）恶臭气体的溶解过程，即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。恶臭物质的生物降解是该过程的限速阶段，可见微生物处于生物脱臭的核心地位。微生物消化吸收恶臭物质后产生的代谢物再作为其他微生物的养料，继续吸收消化，如此循环使恶臭物质逐步降解。真菌生长速度快，形成的菌丝网可有效增大与气体的接触面积，适用于难溶性臭气。（二）除臭微生物种类（1）细菌：芽孢杆菌、链霉菌和光合细菌等。（2）真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。多为混合微生物，因为：（1）含有多种成分的混合臭气，需要多种微生物分别降解。（2）有的成分需要几种微生物的相继作用才能分解转化为无害物质。如：氨先经硝化细菌硝化作用，再经反硝化作用细菌才能成为分子态氮。（3）一些难降解的成分要由几种微生物联合作用才能被完全降解。如：卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再被好氧微生物彻底分解；（4）工艺需要，尽管废气成分能够被单一微生物分解，但还需利用其它微生物。如：在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌凝絮持留于反应器内，需与活性污泥中的异养型微生物—起共培养。（三）微生物除臭应用（1）在污水处理中的应用有益微生物菌群处理废水机理是：EM菌群中既有分解性细菌，又有合成性细菌，即有好氧菌，又有厌氧菌和兼性菌。作为多种细菌共存的一种生物体，激活后的有益微生物菌群通过驯化在污水中迅速生长繁殖，能快速分解污水中的有机物，同时依靠相互间共生增殖及协同作用，代谢出抗氧化物质，形成稳定而复杂的生态系统，抑制有害微生物的生长繁殖，抑制含硫、氮等恶臭物质产生的臭味，激活水中具有净化水功能的原生动物、微生物及水生植物，通过这些生物的综合效应从而达到净化水的目的。这些有益微生物菌群是由好氧性微生物和厌氧性微生物经复合培养而成的，其中主要的微生物种类有：乳酸菌类、酵母菌类、光合细菌类、发酵用的丝状菌类、革兰氏阳性放线菌类，具有净化环境、除臭的功效。在污水处理方面具有代表性的是日本冲绳县具志川市图书馆采用有益微生物菌群净化楼层生活污水，可显著降低BOD，大肠菌数并具有除臭功能，达到饮用水的标准。（2）在粪便处理中的应用畜禽粪便的除臭分两种途径：第一类是以添加剂的形式加到饲料中，以增加饲料蛋白的消化吸收以及减少臭气排放。在投入有益菌后,肠道内有用菌占优势的肠内细菌丛，将脂肪、碳水合物、蛋白质发酵、分解、合成各种营养成分的能力显著增强，肠道内腐败物质的产生量极显著减少，排出的粪便无臭味。饲喂的猪舍和牛舍灭蝇效果分别达30%～36%和65.6%，硫化氢的清除效果分别为50%和62.6%，氨气的去除效果也较好。第二类是以控制畜禽排泄后粪便臭味为主要目的而采取的一些措施，在日本、美国等国家以有益微生物稀释液喷洒或给畜禽饮用的大型畜禽养殖场中。（四）除臭微生物菌株的筛选（实例）（1）菌株的初筛和复筛根据所需菌株的特性，本实验自制了简单的初筛培养基：残菜400g，鱼头、内脏、肉渣100g，水800ml，煮沸30min，过滤，调滤液pH7.0，琼脂2%。按10%接种量接入所试菌株，分别在5d、10d、15d后用感官法初步判定微生物的除臭效果。初筛工作连续进行几轮。分离到微生物种类中温微生物耐高温微生物菌株数量有效菌株数量分离效率菌株数量有效菌株数量分离效率细菌2708029.62%30930.00%丝状真菌1505436.00%15320.00%放线菌971313.40%800酵母菌1205041.66%5120.00%总计6371975813表1中温和耐高温微生物除臭效果从表1中可见，分离的微生物中除臭能力各异，有效百分比最低的是放线菌，为13.40%，最高的是酵母菌，为41.66%，而且，耐高温或嗜热的细菌、真菌、放线菌，无论从有效菌株还是从有效百分比都表现出除臭能力低于其各类的中温微生物，这初步说明在常温条件下，中温微生物的除臭能力高于耐高温微生物，或者表明除臭微生物的优势菌群可能属于中温微生物。除臭微生物复筛过程采用官能检测法和臭气组分测定法两种方法相结合。官能检测法是通过嗅辨人员利用其嗅觉对被检测物质进行嗅味辨别,然后通过计算得出检测结果，它包括现场官能检测法和室内液体稀释法；液体稀释法现场取鸡粪便样,在试验室内经过定量、水溶、过滤、稀释、嗅辨、数据处理等步骤,得出试验组和对照组鸡粪便恶臭程度，最后分析以确认除臭效果。臭气组分测定法主要是测定臭气中主要成分—氨气和硫化氢的量：用硼酸吸收凯氏法测定氨气的量，用锌铵络盐吸收比色法测定硫化氢的量。（2）体外抗菌菌株的筛选根据微生态学原理,用普通培养基和选择性培养基相结合的方法,自分离的固有菌群中进行致病微生物抑制试验,以筛选拮抗菌。本实验筛选的除臭菌株主要是光合细菌类、醋杆菌类、乳杆菌类、芽孢杆菌类、假单胞菌属、链球菌类、酵母菌、丝状真菌以及放线菌类等。谢谢大家！！