幾種常見除臭微生物的應用

盧云黎 謝衛民 錢 寶

(長江委水文局長江中游水環境監測中心，湖北 武漢 430010)

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幾種常見除臭微生物的應用

盧云黎 謝衛民 錢 寶

(長江委水文局長江中游水環境監測中心，湖北 武漢 430010)

微生物除臭技術以其沒有二次污染的優勢，成為研究的熱點。介紹了多種應用于除臭的微生物的種類和作用機理等。微生物除臭具有較好的應用前景，復合菌劑比單一菌劑的效果更好，但應用的時候要考慮生物安全性，并與傳統處理工藝相結合才能獲得較好的處理效果。

惡臭氣體；除臭微生物；作用機理；處理效果

在日常生活中，常常接觸到諸如腐爛垃圾、家畜糞便、污染湖泊等臭氣，隨著人們對生活質量要求的提高，對于惡臭的治理越來越受到重視。通常，會將臭氣按不同的組成歸納為5類：①含硫化合物，最常見的成分是H2S、SO2；②含氮化合物，常見成分是氨；③鹵素及其衍生物，例如氯氣、鹵代烴；④烴類，例如烷烴、芳香烴等；⑤含氧有機物，例如醇、有機酸等。目前受國家監管的惡臭氣體有：硫化氫、甲硫醇、氨和三甲胺，而生活中引起臭氣的常見成分為硫化氫和氨。鑒于此，如何除臭就成為重要的研究課題之一。

1 除臭方法

除臭方法有物理方法、化學方法和生物方法。

(1) 物理方法。①利用活性炭吸附臭氣，但飽和以后需要更換活性碳；②利用組成臭氣的部分組分可溶于水的特性，通過水淋洗，將可溶于水的臭氣組分溶于水后再進行處理。

(2) 化學方法。①利用紫外照射、離子裝置等產生O3，使O3與惡臭組成成分發生氧化還原反應，轉化為低分子化合物、水和CO2等；②利用化學反應消除臭氣，例如強堿與硫化氫等物質發生化學反應生成鹽類；③燃燒法，直接點燃臭氣去除惡臭。

(3) 利用微生物進行除臭。主要在以下3個方面發揮作用：①抑制腐敗微生物的生長，從源頭上減少惡臭氣體產生；②將溶于水的惡臭物質吸附，并作為自身新陳代謝的營養物或能源，將其分解、轉化；③自身代謝產生有機酸，控制環境的pH值，以阻止有害微生物繁殖。本文重點論述幾種常見除臭微生物及其應用。

2 除臭微生物作用機理及應用

2.1 除含硫惡臭氣體的微生物

2.1.1 氧化硫硫桿菌

氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thiooxidans)是專性好氧微生物，以NH4+為氮源，CO2為碳源，可以快速氧化單質硫和還原態的硫化物。氧化硫硫桿菌的最佳生長溫度為28℃～30℃，pH值適應范圍是1～5，其去除硫化氫的過程分為2步：①CO2+2H2S →(CH2O)+H2O+S 將硫化氫分解為硫元素貯存于自身體內；②在周圍環境缺少硫化氫時，3CO2+2S+5H2O→3(CH2O)+2H2SO4將體內的硫元素氧化為硫酸根。

已有研究成果顯示，當pH值小于2，且在碳源和供氧充足的情況下，投加到多孔材料中的氧化硫硫桿菌大量繁殖時，保持流速400 h-1，H2S濃度低于500 mg/L可使H2S的去除率達到99%以上[1]。

2.1.2 脫氮硫桿菌

馬艷玲等人研究發現，溫度為30℃，pH值為6.0～7.5，保持H2S濃度低于60 mg/L 時脫氮硫桿菌的H2S脫除率最大，且隨著H2S濃度的升高，最終產物中的單質硫相較于SO32-、SO42-成為主要代謝產物[2]。另有研究顯示，偏酸或偏堿的環境都會對菌體產生抑制，導致H2S的生物氧化速率降低。

2.1.3 氧化亞鐵硫桿菌

氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)為無機化能自養，專性好氧的革蘭氏陰性菌。Fe3+的催化氧化作用能將SO2轉化為SO42-，H2S氧化為單質S，而氧化亞鐵硫桿菌能以Fe2+為主要能源，借助新陳代謝的作用，維持Fe3+平衡的濃度，加快脫硫效率，降低脫硫成本。

多項研究表明，當環境中pH值維持在 2.0～3.0之間，Fe3+濃度低于1.5 g/L 時，有利于氧化亞鐵硫桿菌氧化再生Fe3+，使脫硫作用能持續進行，菌量足夠的情況下，短時間內的脫硫效率都能穩定在90%以上[3]。

氧化亞鐵硫桿菌還能有效地去除石油催化干氣和沼氣中的甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚[4]。

2.1.4 其他微生物

劉波等人分離得到一株與蕓苔根際菌M902相似度達97%的菌株，其適宜生長環境為溫度25℃～30℃，pH值為 6.5～7.0。甲硫醇進氣流量為0.6 m3/h，質量濃度小于250 mg/m3時去除率最高，甲硫醇進氣負荷為(25±3)mg/(m3·h) 時去除率為94%[5]。

賀啟環等人分離得到一株真菌，初步鑒定為子囊菌。實驗結果顯示，適宜生長環境為溫度20℃～22℃，pH=9。甲硫醇含量為100 mg/L的條件下，將其分離得到的真菌和活性污泥按1∶3比例混合之后投加，能加快甲硫醇的降解，2 h內液相中已基本上沒有甲硫醇存在[6]。

2.2 除含氮惡臭氣體的微生物

2.2.1 硝化細菌

硝化細菌為自養、好氧的革蘭氏陰性菌，包含氨氧化細菌和亞硝酸氧化細菌兩大生理菌群，硝化作用由這兩類菌群協同完成。氨氧化細菌通過amoA基因編碼的氨單加氧酶(AMO)催化氨氧化到羥胺，進而轉化為亞硝態氮，亞硝酸氧化細菌通過norB基因編碼的亞硝酸氧化還原酶(Nor)氧化亞硝態氮為硝態氮。

2.2.2 其他微生物

殷峻等人分離得到了兩株有降解三甲胺能力的菌株，均屬于副球菌屬。好氧條件下，菌株以三甲胺作為唯一碳源和能源，在18 h 內將10 mmol/L 三甲胺完全降解；厭氧條件下，兩株菌株以三甲胺作為唯一碳源，分別在36 h 和42 h 內將10 mmol/L三甲胺完全降解[7]。

關健分離得到了一株以三甲胺為唯一碳源的細菌，經鑒定屬于鞘氨醇桿菌屬。此菌株在30℃，pH值為 7.5的環境下，15 h左右能將10 mmol/L三甲胺降解[8]。

2.3 其他除惡臭氣體的微生物

2.3.1 光合細菌

光合細菌(Photosynthetic bacteria)為革蘭氏陰性菌，最佳生長環境為：溫度為30℃～40℃，pH值為 7～8.5。光合細菌能利用土壤接受的太陽熱能、紫外線作為能源，以植物根部的分泌物、有機物、有害氣體、二氧化碳等為基質，合成微生物、植物生長所需的糖類、氨基酸、維生素、氮素化合物、生理活性物質等營養成分，促進其生長，提高抵抗力。

研究顯示，光合細菌能降低空氣中的硫化物和氨，主要作用有2個方面：①H2S(或NH3)+P+光合細菌→含硫蛋白質→新生細胞+NO3+S；②CO2+H2O+光合細菌→O2+葡萄糖→新生細胞[9]。光合細菌因能合成營養成分，多和其他菌株形成共生結構，因而適合運用于復合菌劑，除自身降低硫化物和氨的能力外，還能給其他菌株提供養分促進復合菌劑的高效利用。

2.3.2 酵母菌

酵母菌細胞含有高于其他微生物3～10倍的超氧化物歧化酶(SOD)，可有效地催化體內超氧陰離子自由基(O2-)轉換成無害的H2O2和O2，解除O2-對機體的毒害作用。酵母菌可利用氨基酸、糖類、有機物質，通過發酵產生促進細胞分裂的活性物質，為其他有效微生物增殖所需基質的生產提供營養保障。已有多項研究表明，利用酵母菌去除臭氣有較好的應用效果。

2.3.3 乳酸菌

乳酸菌攝取光合細菌、酵母菌產生的糖類等物質在厭氧條件下產生乳酸，有效抑制有害微生物活動，有效阻止有機物急劇腐敗分解。乳酸菌能使常態下不易分解的木質素和纖維素等變得易分解，將未腐熟的有機物轉化成對動植物有效的養分，抑制致病菌增殖，促進有益微生物的生長，從而改善環境中的微生物群落。

吳小平的除臭試驗顯示，乳酸桿菌和酵母菌的混合作用，可以去除74.64%的含硫化合物以及82.35%的氨[10]。方向平等人對生活垃圾的除臭研究發現，乳酸菌和酵母菌是除臭的主要功能菌群，氨去除率達90%以上，對甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、甲苯、二甲苯、苯乙烯也有去除效果[11]。

3 結 論

微生物除臭以其沒有二次污染的特點成為研究的熱點，但在實際應用中也有一定的風險和局限性。

(1) 選用的菌種，必須是對動植物，尤其是人類生活不會產生任何有害作用的菌種。也不能采用條件性致病菌種，不能采用轉基因菌種和未經安全鑒定的國外引進的菌種。

(2) 多項研究表明，復合菌劑比單一菌種的除臭效果更好，在保證各個菌種沒有拮抗作用的前提下，建議采用復合菌劑。針對不同的臭氣組成成分，可根據實際環境和不同菌種的特性進行組合，有效提高除臭效率[12]。

(3) 目前幾乎沒有直接投加微生物菌劑去除污染河流、湖泊臭氣的研究，這和微生物的生長特性有關。由于微生物的繁殖需要時間和環境，因而微生物除臭劑和垃圾、污水傳統處理技術結合才能有效發揮作用。

(4) 為了去除污染河流或湖泊中的臭氣，可考慮從污染河流、湖泊的底泥中分離出適應該處環境，且對臭氣組成成分有效去除的菌株，進行富集之后用于除臭，但是由于自然環境多變，分離菌株耗時較長，這種方法的有效性有待于進一步研究。

[1] Kyung-suk CHO, Hee Wook Ryu, Nae Yoon Lee. Biological Deodorization of Hydrogen Sulfide Using Porous Lava as a Carrier of Thiobacillus thiooxidan[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering. 2000, 90(1):25-31.

[2] 馬艷玲,趙景聯,楊伯倫.固定化脫氮硫桿菌凈化硫化氫氣體的研究[J].現代化工,2004,24(2): 30-34.

[3] 李萬全,張永奎,王敏,等.生物氧化再生脫硫液的影響因素研究[J].應用與環境生物學報,2007,13(3):386-389.

[4] 鄭士民.酸性工業氣體細菌脫硫[J].微生物學報,1993,33(3):192-197.

[5] 劉波,閆懂懂,畢雪梅.甲硫醇脫臭菌的分離、分子鑒定及應用[J].環境科學研究，2007,20(1): 104-107.

[6] 賀啟環,羅欣,畢濤巍,等.甲硫醇高效降解菌的篩選[J].環境污染治理技術與設備,2003,4(12):34-35,78.

[7] 殷峻,陳英旭,劉和.三甲胺降解細菌的分離、降解特性及其系統發育分析[J].環境科學學報,2004,24(5):883-889.

[8] 關健.一株三甲胺降解菌的分離鑒定、生長和降解特性及三甲胺對水域微生物影響的研究[D].杭州:浙江大學,2006.

[9] 謝燦楷.微生物對城市生活垃圾腐臭味的降解[J].環境衛生工程,2004(6):10-11.

[10]吳小平,鄭耀通.除臭生物的篩選[J].福建輕紡,2002,1(152):1-3.

[11]方向平,羅永華,鄧穗兒,等.生物濾池處理生活垃圾惡臭[J].城市環境與城市生態,2003(1):34-36.

[12]曾蘇,李南華,盛洪產,等.微生物除臭劑的篩選、復配及其除臭條件的優化[J].環境科學,2015,36(1):259-265.

(編輯：唐湘茜)

2016-09-15

盧云黎，女，長江委水文局長江中游水環境監測中心，工程師.

1006-0081(2016)11-0059-03

P342.3

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