微生物在污水處理廠惡臭氣體治理中的研究進展

＊吳嘉豪 林榮俊 周財華 胡連秀 尹寧寧

（九江學院資源環境學院 江西 332005）

隨著城市發展，我國污水處理廠的數量及處理能力也在不斷擴增，根據住房和城鄉建設部《2021年城鄉建設統計年鑒》可知，截止2021年底，全國城鎮累計建成污水處理廠13462個，處理能力2932.71萬立方米/日，城鎮污水處理廠的惡臭污染問題也逐漸引起重視。惡臭氣體不僅會對人體的健康產生影響，還會對環境產生一定的危害，產生光化學煙霧和二次污染物[1-2]。

發達國家在20世紀50年代開始初步探索惡臭氣體的污染治理與控制，日本、德國和美國效果最為顯著[3-4]。我國的研究雖起步晚，但陸續出臺了《惡臭污染物排放標準》《惡臭嗅覺實驗室建設技術規范》及《惡臭污染環境監測技術規范》等法規文件以控制惡臭氣體的排放和治理。目前針對惡臭氣體的常用處理方法有物理、化學及生物方法，微生物脫臭法應用最為廣泛，因其具有設備簡單、運行成本低、處理效率高、環保等優勢[5]。本文將主要從污水處理廠惡臭氣體來源組成、脫臭方法、微生物去除機理及處理工藝與應用幾個方面進行概述。

1.污水處理廠惡臭氣體來源和組成

污水處理過程中惡臭氣體主要來源于2個方面：（1）從污水中直接揮發出來的臭氣；（2）在污水處理廠各構筑物中微生物代謝過程中產生的惡臭物質，如生物處理池、污泥等[5-6]。

惡臭氣體種類繁多，成分復雜，影響范圍大，污水處理廠惡臭氣體可分為5類：含硫化合物（如硫化氫、二甲硫醚等）、含氮化合物（如氨氣NH3、酰胺等）、含氧有機物（如醇、有機酸等）、鹵素及衍生物（如氯氣、鹵代烴）、烴類（如烷烴、芳香烴等）[7]。

2.惡臭氣體脫臭方法

惡臭氣體主要的除臭處理方法有物理、化學和生物的方法。

物理除臭技術主要是通過吸附劑的吸附作用或掩蔽劑的掩蔽作用消除臭味影響，如常利用活性炭、硅藻等進行吸附。物理除臭方法簡單，適宜低濃度氣體處理，但成本高，且無法從根本上解決問題[8]。

化學除臭技術是通過惡臭氣體與添加的化學物質發生化學反應，從而達到除臭的目的。如常采用濕法化學吸收的方法除臭。化學除臭效果較好，但成本較高、易產生二次污染[7]。

生物除臭是指利用自然界或人工馴化的微生物，從源頭抑制微生物產生或將惡臭物質降解轉化。惡臭氣體的微生物降解過程主要分為3個階段：

（1）惡臭氣體吸附于生物膜表面；

（2）污染物經擴散被微生物捕獲并進入細胞內；

（3）惡臭污染物被微生物代謝分解，達到除臭目的[9]。微生物除臭技術相對于物理和化學除臭技術具有運行費用低、設備簡單、處理效率高、無二次污染等特點，適宜低濃度惡臭氣體凈化，已經成為惡臭治理技術的一個重要發展方向。

3.微生物除臭機理

目前，微生物除臭的機理研究主要集中在氨氣、硫化氫和部分有機惡臭物質[10]。

(1)微生物除氨氣過程及機理

氨氣一般可通過微生物的作用最終轉化為氣態氮，由氨氧化細菌、亞硝酸細菌和反硝化細菌完成。具體的降解過程如下：

(2)微生物脫硫過程及機理

微生物脫硫是指通過微生物自身的生長代謝作用將惡臭氣體中的硫化物轉化為單質硫或硫酸鹽，根據其營養類型可分為異養型和自養型兩類硫氧化細菌。含硫惡臭氣體的生物降解途徑如下，Koch等[12]研究發現二甲硫醚可經硫化氫，在硫氧化菌作用下最終變為成硫酸鹽；Sch?fer等[13]發現二甲硫醚經甲硫醚，在假單胞菌作用下最終變為硫酸鹽。

4.惡臭氣體生物處理工藝

常用的微生物治理技術主要有生物洗滌法、生物過濾法、生物滴濾法、生物菌劑4種方法。

(1)生物洗滌器

生物洗滌法中微生物及其營養物配料都存在于液體中，惡臭氣體通過底部進入，被從頂部噴淋下的生物懸浮液接觸后轉移到液體中，從而被微生物降解。生物洗滌方法抗沖擊負荷強，不易堵塞，易于控制。但對于疏水性的臭氣去除效果較差，需要處理剩余污泥。

(2)生物濾池

生物濾池中惡臭氣體由底部進入到具備吸附性過濾材料的濾池當中，并被附著在過濾材料表面的微生物吸收代謝。生物濾池除臭效率較高，設備簡單，但占地面積大，濾床容易堵塞，濾料需要定期更換[14]。

(3)生物滴濾塔

生物滴濾塔中惡臭氣體由塔底進入生物滴濾塔，在上升的過程中被填料上附著的微生物代謝去除，凈化后的氣體由塔頂排出。生物滴濾塔除臭效果好，抗沖擊負荷強，但需外加營養，運行費用相對較高，不適宜處理水溶性差的化合物。

(4)生物菌劑方法

將除臭微生物做成復合菌劑，然后投入產生惡臭的位置。復合菌劑可有多種微生物組成，應用范圍廣，操作簡單，一次性投入成本低，但高效復合菌劑較少。

5.微生物脫臭技術在污水處理廠中的應用

目前在污水處理廠中，各構筑物需密封加蓋，惡臭氣體經管道收集再根據惡臭氣體的組分、濃度等情況選擇合適的除臭方式[15]。目前污水處理廠主要使用的生物除臭技術是生物過濾法和生物滴濾法[16]。

Chen等[17]利用生物滴濾器去除污泥中的H2S，當空塔停留時間在10.9～38.9s，H2S進口濃度為5～20ppmv時，去除效率不低于99%。肖作義等[18]利用生物濾池進行除臭實踐的結果表明，H2S和NH3的平均去除率分別為86.6%和76.5%，可達標排放，且運行穩定。此外，還有一些新技術也在不斷被應用，Liu等[19]的研究結果表明，污水處理廠的惡臭氣體通過兩段式（懸浮生物區和固定生物區）綜合生物反應器處理后達到較好的凈化效果，H2S和NH3的進口負荷為1.6～38.6mg/m3和0.1～6.7mg/m3時，出口負荷僅為0～2.8mg/m3和0～0.5mg/m3。然而污水處理廠的惡臭氣體組分會受到污水來源、廢水處理工藝流程及污水處理構筑物等的影響，這也就對生物過濾器等臭氣異位處理工藝的性能提出了更高的要求[7]。

如果能將污水中的氮和硫元素從污水中脫出，就可從源頭上抑制惡臭氣體的排放，其中各種高效微生物的篩選始終是研究的熱點。王曉莉等[20]從餐廚廢棄物中篩選分離出兩株脫硫菌KW6和KSW8，KW6菌株在30℃培養條件下最高去除效率高達83.5%；KSW8在35℃培養溫度為下最高去除效率可達85.8%。劉雪純等[21]在豬場糞便污水中篩選出2株脫硫率較高的菌株JFF-2和JFF-3，脫硫率可達84.02%和86.12%。曾慶梅等人[22]從污水處理廠活性污泥、化肥廠土壤以及農田土壤中混合物中分離得到一株高效異養型硝化細菌株命名為HN-S，以檸檬酸鈉為碳源時，菌株接入后10d內使氨氮含量由169.32mg/L降至0.48mg/L，降解率為99.7%。樊杰等人[23]從污水處理廠活性污泥中分離出一株能夠高效脫除氨氣的異養硝化細菌JN-4。其在以葡萄糖為碳源，好氧條件下以NH4+-N作為氮源，32h內菌株JN-4對的總削減率達98.51%。

惡臭氣體消除是多種微生物共同作用的結果，單一功能菌株的效果較差，一般采用復合菌劑。如張笑迎[24]在某污水處理廠富集得到的異養硝化細菌群，氨氮（106mg/L）去除率可達97.56%；富集得到的厭氧反硝化細菌群，硝態氮（初始濃度278.23mg/L）去除率達99%。

6.結論與展望

微生物除臭技術不僅適用于污水處理廠惡臭氣體處理，同時也適用于垃圾填埋場等其他領域，應用廣泛。但在微生物菌群關系、去除機理、代謝路徑等方面還有待進一步明確。此外，高效脫臭復合菌株的篩選和復配等也需要深度挖掘。