李琳 劉俊新
（中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心）

　　摘　要：本研究利用細(xì)菌和真菌微生物合成了一種新型生物除臭反應(yīng)器，并對臭味氣體進(jìn)行了試驗研究。結(jié)果表明，該生物除臭反應(yīng)器能夠有效地去除氣體中硫化氫、乙硫醇、氨、乙酸、丙酸、二甲苯等多種發(fā)臭物質(zhì)。
　　關(guān)鍵詞：復(fù)合式生物反應(yīng)器；生物除臭

1　前言

　　惡臭作為世界七大環(huán)境公害之一，對人體健康和生態(tài)環(huán)境會造成嚴(yán)重危害。在污水的輸送和處理過程中，以及對所產(chǎn)生的污泥進(jìn)行處理的過程中，都會有臭味氣體散發(fā)。如果不施行有效地控制，則對周圍空氣環(huán)境產(chǎn)生污染，影響污水處理廠的正常運行。
　　發(fā)臭的物質(zhì)主要包括：含硫化合物，如硫化氫、二氧化硫、硫醇、硫醚類等；含氮化合物，如氨、胺類、吲哚類等；低級脂肪酸，如乙酸、丙酸、異戊酸等^[1]。其中，硫化氫和氨是兩種主要的無機物。
　　目前，臭氣的處理方法主要有：物理法、燃燒法、化學(xué)氧化法、吸收法、吸附法、生物法。生物法是利用微生物將臭味氣體中的有機污染物降解或轉(zhuǎn)化為無害或低害類物質(zhì)的過程。與其它物理化學(xué)方法相比，用生物法處理廢氣投資少，運行費用低，污染物不會被轉(zhuǎn)移到其它地方，不產(chǎn)生二次污染。自80年代初開始，國外對臭氣生物處理技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究^[2～4]，德國的一座污水廠采用生物法處理重力濃縮池排出的臭味廢氣，硫化氫和甲基硫醇等惡臭物質(zhì)被去除。近幾年，我國也開展了此方面的研究工作^{[5 6]}。
　　生物法主要有生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池。在應(yīng)用中，方法的選擇應(yīng)根據(jù)廢氣中污染物的類型與性質(zhì)而定^{[7 8]}。常規(guī)的除臭生物反應(yīng)器，主要采用細(xì)菌作為微生物的主體，細(xì)菌適合于在水中或潮濕的環(huán)境中生存。因此，對于水溶性好的污染物，利用細(xì)菌進(jìn)行生物降解，會得到很好的去除效果。但是，對于在水中溶解度低的物質(zhì)，細(xì)菌表面的水層將影響傳質(zhì)速率，導(dǎo)致處理效率降低。
　　利用真菌降解疏水性或水溶性差的污染物，其降解效率高于細(xì)菌的降解效率^{[9 10]}。真菌可在較干燥的環(huán)境中生長，無需連續(xù)噴灑水來維持濕潤環(huán)境，這就使得臭味物質(zhì)可直接與微生物接觸并被降解；真菌適應(yīng)的pH值為3～6，處理酸性臭氣或出現(xiàn)酸性積累時，不需要加堿調(diào)整pH值。特別是對于某些有機物，真菌的降解能力高于細(xì)菌。
　　實際上，臭氣中所含的污染物是多樣而復(fù)雜的，既有疏水性物質(zhì)，也有親水性物質(zhì)。使用單一處理設(shè)備難以同時有效地去除。將三種設(shè)備同時運行，又會帶來占地面積大、設(shè)備復(fù)雜、投資多、運行費用高等問題。另外，生物濾池中的氣體預(yù)濕設(shè)備、生物洗滌塔的氣體洗滌設(shè)備以及生物滴濾池均需大量循環(huán)水，能耗較大。
　　本研究采用細(xì)菌-真菌復(fù)合生物除臭反應(yīng)器克服了單一生物除臭反應(yīng)器的缺陷，能有效地將臭味氣體中的親水性和疏水性物質(zhì)同時去除。并且設(shè)備操作簡單、運行成本低、能耗低。

2　試驗裝置和方法

2.1復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器
　　復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器由細(xì)菌區(qū)（Ⅰ）和真菌區(qū)（Ⅱ）構(gòu)成（圖1）。根據(jù)細(xì)菌和真菌生長特性以及臭味氣體中主要污染物的種類分別進(jìn)行接種和培養(yǎng)。細(xì)菌區(qū)以降解臭味氣體中親水性的污染物為主。真菌區(qū)以降解水溶性差的物質(zhì)為主。真菌在空氣中會生成菌絲，菌絲向四周分布形成菌絲網(wǎng)，有助于增大氣相中污染物與菌類的接觸面積，使氣相中的污染物在生物反應(yīng)器中直接與真菌充分接觸，更好地完成傳質(zhì)過程。

　　試驗用的復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器是用PVC塑料板制成的，總高度為150cm, 總體積為375L。臭味氣體首先進(jìn)入復(fù)合式生物反應(yīng)器的細(xì)菌區(qū)內(nèi)，氣體中易溶于水的物質(zhì)被該反應(yīng)區(qū)的微生物吸收降解；同時氣體被預(yù)濕。未被降解的水溶性差的污染物進(jìn)入真菌區(qū)，被真菌微生物降解。這樣， 復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器可同時有效地去除親水性和疏水性污染物。
2.2　試驗用的惡臭氣體
　　本試驗分為兩個階段，實驗室試驗和現(xiàn)場試驗。在實驗室試驗期間臭味氣體來源于實驗室進(jìn)行的污水生物處理、污泥處理試驗裝置、揮發(fā)性有機污染物及惡臭物質(zhì)生物降解試驗散發(fā)或排放的臭味氣體。該氣體中的主要成份及其性質(zhì)^{[11 12]}列于表1。其中一些物質(zhì)的嗅閾值極低，如乙硫醇為0.00039ppm。并且，它們在水中的溶解性差異也很大。

表1 惡臭成分及其性質(zhì)

名稱

分子式

嗅閾值(ppm)

溶解度（g／L）

硫化氫

H₂S

0.18

4.12

乙硫醇

CH₃CH₂SH

0.00039

難溶于水

乙硫醚

(CH₃CH₂)₂S

／

不溶

乙酸

CH₃COOH

0.26

與水混溶

丙酸

CH₃CH₂COOH

1.5

易溶于水

氨

NH₃

0.9

511

二甲苯

C₈H₁₀

1.88

水溶性低

2.3　分析方法
　　含硫化合物：島津GC-9A（日本）氣相色譜分析儀，檢測器為火焰光度檢測器（FPD）。
　　低級脂肪酸：島津GC-9A（日本）氣相色譜分析儀，檢測器為氫焰離子檢測器（FID）。
　　氨：納氏試劑光度法
　　苯系物： GC-122（上海）氣相色譜分析儀，檢測器為氫焰離子檢測器（FID）。
　　二氧化碳：HORIBA VIA-510（日本）在線二氧化碳分析儀。
　　相對濕度（RH）：OAKTON(德國)溫濕度儀。
　　pH值：PHS-3C（上海雷磁）酸度計

3　結(jié)果與討論

3.1臭味氣體的去除效果
　　在試驗中，臭味氣體的進(jìn)氣量為15m³/h。在近兩個月的試驗運行中，反應(yīng)器對發(fā)臭物質(zhì)的去除效果見圖2～4。根據(jù)定期的監(jiān)測結(jié)果，反應(yīng)器內(nèi)細(xì)菌區(qū)和真菌區(qū)對各污染物的平均去除率匯總于表2。

表2 反應(yīng)器對臭味氣體中發(fā)臭物質(zhì)的平均去除率統(tǒng)計表

名稱

去除率（%）

細(xì)菌區(qū)

真菌區(qū)

總

硫化氫

53.3

46.7

100

乙硫醇

8.8

63.5

72.3

乙硫醚

28.0

50.0

78.0

乙酸

未檢出

未檢出

100

丙酸

92.1

未檢出

100

氨

未檢出

未檢出

100

二甲苯

58.6

32.7

91.3

　　從表2的分析結(jié)果可以看出，氨、硫化氫、乙酸、丙酸等氣體在較短的時間內(nèi)，去除率可以達(dá)到90%以上，比較容易去除；二甲苯由于進(jìn)氣濃度較低，試驗得到的去除率也較高。而乙硫醇、乙硫醚則較難去除。
　　極易溶于水的氨、乙酸、丙酸基本上能夠在細(xì)菌區(qū)內(nèi)被去除；能溶于水的硫化氫和二甲苯，在細(xì)菌區(qū)內(nèi)的去除率高于在真菌區(qū)內(nèi)的去除率；而水溶性較小的乙硫醇、乙硫醚與它們相反，在細(xì)菌區(qū)內(nèi)的去除率低于在真菌區(qū)內(nèi)的去除率。因此，不同的臭味氣體在兩個反應(yīng)區(qū)內(nèi)的去除效果是不同的。
　　由試驗結(jié)果可知，這種細(xì)菌與真菌復(fù)合的生物除臭反應(yīng)器可以實現(xiàn)同時有效地去除親水性和疏水性的臭味氣體。
　　在實驗室試驗研究的基礎(chǔ)上，將細(xì)菌-真菌復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器安裝在某糞便消納站進(jìn)行現(xiàn)場試驗。在處理糞便過程中散發(fā)的惡臭物質(zhì)主要為硫化氫、硫醇、硫醚等硫化物。以往采用加化學(xué)藥劑方法除臭，費用高，不能連續(xù)除臭。本試驗裝置在該消納站運行一個月，對硫化氫的去除率可以達(dá)到90%以上，硫醇的去除率可以達(dá)到80%以上，并且可以連續(xù)運行。
3.2 pH
　　微生物的生命活動，物質(zhì)代謝與pH密切相關(guān)。不同的微生物要求不同的pH。細(xì)菌區(qū)內(nèi)的 pH 維持在 6.3～7.0，以適于細(xì)菌生長。與細(xì)菌、放線菌相比，真菌喜歡在偏酸性環(huán)境中生長，因此，真菌區(qū)內(nèi)的 pH 保持在5～6，使真菌能夠大量繁殖生長，成為主要菌群。
3.3 RH

　　濕度的控制對于生物反應(yīng)器的運行非常重要，圖5是該復(fù)合式生物反應(yīng)器內(nèi)相對濕度（RH）的變化情況。
　　真菌區(qū)內(nèi)的RH基本保持在90%以上。可見，經(jīng)過細(xì)菌區(qū)的氣體可以在較長時間內(nèi)保持理想的濕度，無需使用單獨的預(yù)濕設(shè)備，可減少設(shè)備投資和運行費用。
3.4 CO₂濃度
　　在耗氧條件下，生物除臭反應(yīng)器內(nèi)的微生物將臭味氣體中的有機物降解，有機物中的碳一部分轉(zhuǎn)化成CO₂，另一部分被微生物利用。因此，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生CO₂的濃度與微生物的降解活性有密切關(guān)聯(lián)。圖6為HORIBA VIA－510（日本）在線二氧化碳分析儀測定的試驗裝置處理主要含二甲苯物質(zhì)時的進(jìn)氣、細(xì)菌區(qū)出氣、真菌區(qū)出氣的CO₂濃度變化結(jié)果。

　　進(jìn)氣、細(xì)菌區(qū)出氣、真菌區(qū)出氣中CO₂的平均濃度分別為675ppm、730ppm、825ppm。可見，對于二甲苯，真菌區(qū)的產(chǎn)生CO₂量高于細(xì)菌區(qū)的產(chǎn)生量。進(jìn)氣中臭味物質(zhì)的濃度高，CO₂的出氣濃度隨之升高。

4　結(jié)論

　　試驗結(jié)果表明，細(xì)菌-真菌復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器可以有效地將臭氣中的多種污染物同時去除。具有占地面積小，運行操作與維護(hù)簡單等優(yōu)點；細(xì)菌區(qū)可同時氣體預(yù)濕和去除易溶于水的污染物，減少輔助設(shè)備；復(fù)合式生物反應(yīng)器無需循環(huán)水，營養(yǎng)液是定期供給，噴淋次數(shù)少，減少能耗。本研究技術(shù)可用于污水處理、污泥處理、生活垃圾處理過程中產(chǎn)生的臭氣的處理，也可用于其它排放臭氣和揮發(fā)性有機廢氣的工廠企業(yè)。

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