李琳 劉俊新
（中國科學院生態環境研究中心）

　　摘　要：本研究利用細菌和真菌微生物合成了一種新型生物除臭反應器，并對臭味氣體進行了試驗研究。結果表明，該生物除臭反應器能夠有效地去除氣體中硫化氫、乙硫醇、氨、乙酸、丙酸、二甲苯等多種發臭物質。
　　關鍵詞：復合式生物反應器；生物除臭

1　前言

　　惡臭作為世界七大環境公害之一，對人體健康和生態環境會造成嚴重危害。在污水的輸送和處理過程中，以及對所產生的污泥進行處理的過程中，都會有臭味氣體散發。如果不施行有效地控制，則對周圍空氣環境產生污染，影響污水處理廠的正常運行。
　　發臭的物質主要包括：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化為無害或低害類物質的過程。與其它物理化學方法相比，用生物法處理廢氣投資少，運行費用低，污染物不會被轉移到其它地方，不產生二次污染。自80年代初開始，國外對臭氣生物處理技術進行了廣泛的研究^[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。在應用中，方法的選擇應根據廢氣中污染物的類型與性質而定^{[7 8]}。常規的除臭生物反應器，主要采用細菌作為微生物的主體，細菌適合于在水中或潮濕的環境中生存。因此，對于水溶性好的污染物，利用細菌進行生物降解，會得到很好的去除效果。但是，對于在水中溶解度低的物質，細菌表面的水層將影響傳質速率，導致處理效率降低。
　　利用真菌降解疏水性或水溶性差的污染物，其降解效率高于細菌的降解效率^{[9 10]}。真菌可在較干燥的環境中生長，無需連續噴灑水來維持濕潤環境，這就使得臭味物質可直接與微生物接觸并被降解；真菌適應的pH值為3～6，處理酸性臭氣或出現酸性積累時，不需要加堿調整pH值。特別是對于某些有機物，真菌的降解能力高于細菌。
　　實際上，臭氣中所含的污染物是多樣而復雜的，既有疏水性物質，也有親水性物質。使用單一處理設備難以同時有效地去除。將三種設備同時運行，又會帶來占地面積大、設備復雜、投資多、運行費用高等問題。另外，生物濾池中的氣體預濕設備、生物洗滌塔的氣體洗滌設備以及生物滴濾池均需大量循環水，能耗較大。
　　本研究采用細菌-真菌復合生物除臭反應器克服了單一生物除臭反應器的缺陷，能有效地將臭味氣體中的親水性和疏水性物質同時去除。并且設備操作簡單、運行成本低、能耗低。

2　試驗裝置和方法

2.1復合式生物除臭反應器
　　復合式生物除臭反應器由細菌區（Ⅰ）和真菌區（Ⅱ）構成（圖1）。根據細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行接種和培養。細菌區以降解臭味氣體中親水性的污染物為主。真菌區以降解水溶性差的物質為主。真菌在空氣中會生成菌絲，菌絲向四周分布形成菌絲網，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器中直接與真菌充分接觸，更好地完成傳質過程。

　　試驗用的復合式生物除臭反應器是用PVC塑料板制成的，總高度為150cm, 總體積為375L。臭味氣體首先進入復合式生物反應器的細菌區內，氣體中易溶于水的物質被該反應區的微生物吸收降解；同時氣體被預濕。未被降解的水溶性差的污染物進入真菌區，被真菌微生物降解。這樣， 復合式生物除臭反應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，實驗室試驗和現場試驗。在實驗室試驗期間臭味氣體來源于實驗室進行的污水生物處理、污泥處理試驗裝置、揮發性有機污染物及惡臭物質生物降解試驗散發或排放的臭味氣體。該氣體中的主要成份及其性質^{[11 12]}列于表1。其中一些物質的嗅閾值極低，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

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，臭味氣體的進氣量為15m³/h。在近兩個月的試驗運行中，反應器對發臭物質的去除效果見圖2～4。根據定期的監測結果，反應器內細菌區和真菌區對各污染物的平均去除率匯總于表2。

表2 反應器對臭味氣體中發臭物質的平均去除率統計表

名稱

去除率（%）

細菌區

真菌區

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的分析結果可以看出，氨、硫化氫、乙酸、丙酸等氣體在較短的時間內，去除率可以達到90%以上，比較容易去除；二甲苯由于進氣濃度較低，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菌區內被去除；能溶于水的硫化氫和二甲苯，在細菌區內的去除率高于在真菌區內的去除率；而水溶性較小的乙硫醇、乙硫醚與它們相反，在細菌區內的去除率低于在真菌區內的去除率。因此，不同的臭味氣體在兩個反應區內的去除效果是不同的。
　　由試驗結果可知，這種細菌與真菌復合的生物除臭反應器可以實現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上，將細菌-真菌復合式生物除臭反應器安裝在某糞便消納站進行現場試驗。在處理糞便過程中散發的惡臭物質主要為硫化氫、硫醇、硫醚等硫化物。以往采用加化學藥劑方法除臭，費用高，不能連續除臭。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到90%以上，硫醇的去除率可以達到80%以上，并且可以連續運行。
3.2 pH
　　微生物的生命活動，物質代謝與pH密切相關。不同的微生物要求不同的pH。細菌區內的 pH 維持在 6.3～7.0，以適于細菌生長。與細菌、放線菌相比，真菌喜歡在偏酸性環境中生長，因此，真菌區內的 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器的運行非常重要，圖5是該復合式生物反應器內相對濕度（RH）的變化情況。
　　真菌區內的RH基本保持在90%以上?？梢?，經過細菌區的氣體可以在較長時間內保持理想的濕度，無需使用單獨的預濕設備，可減少設備投資和運行費用。
3.4 CO₂濃度
　　在耗氧條件下，生物除臭反應器內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化成CO₂，另一部分被微生物利用。因此，反應器內產生CO₂的濃度與微生物的降解活性有密切關聯。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時的進氣、細菌區出氣、真菌區出氣的CO₂濃度變化結果。

　　進氣、細菌區出氣、真菌區出氣中CO₂的平均濃度分別為675ppm、730ppm、825ppm。可見，對于二甲苯，真菌區的產生CO₂量高于細菌區的產生量。進氣中臭味物質的濃度高，CO₂的出氣濃度隨之升高。

4　結論

　　試驗結果表明，細菌-真菌復合式生物除臭反應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，運行操作與維護簡單等優點；細菌區可同時氣體預濕和去除易溶于水的污染物，減少輔助設備；復合式生物反應器無需循環水，營養液是定期供給，噴淋次數少，減少能耗。本研究技術可用于污水處理、污泥處理、生活垃圾處理過程中產生的臭氣的處理，也可用于其它排放臭氣和揮發性有機廢氣的工廠企業。

參考文獻

　　[1] 加藤龍夫，石黑智彥，重田芳廣， 惡臭的儀器分析[M]. 北京：中國環境科學出版社，1992.
　　[2] A. K. M. Nurul Islam, et al. Fate of dissolved odorous compounds in sewage treatment plants, Wat. Sci. Tech. 1998, 38(3): 337-344
　　[3] L.Wu,Y-Y Loo and L.C.C. Koe. 2001, ‘A pilot study of a biotrickling filter for the treatment of odorous sewage air’, Water Science and Technology 44(9): 295-299
　　[4] J. W. van Groenestijn, A novel bioscrubber for the removal of ammonia from off-gases, Biological waste gas cleaning , Proceeding of an international symposium, Maastricht, The Netherland, 28-29 April 1997, 305-312
　　[5] 王東偉. 生物滴濾塔處理屠宰廢氣的實驗研究, 碩士學位論文, 哈爾濱建筑大學, 1998.5.
　　[6] 郭靜，匡穎，王召，楊秀文. 復合床生物反應器處理惡臭氣體和污水. 中國給水排水，2001，17（9）：10-13
　　[7] Groenestijn J.W.van and Hesselink, P.G.M. 1993, ‘Biotechniques for air pollution control’, Biodegradation 4:283-301.
　　[8] 李琳，劉俊新. 揮發性有機污染物與惡臭的生物處理技術及其工藝選擇. 環境污染治理技術與設備，2001，2（5）：41-47
　　[9] Aizpuru Aitor, Malhautier Luc, Roux Jean-Claude and Fanlo Jean-Louis. 2001, ‘Biofiltration of a mixture of volatile organic emissions’, J.Air & Waste Manage. Assoc. 51:1662-1670
　　[10]Groenestijn J.W. and Liu J.X. 2001, ‘Biofiltration as a cost-effective treatment technology for off-gases’, Proceedings of the 12th world clean air & environment congress and exhibition, 26-31, August 2001, Seoul, Korea 1: 64
　　[11]魯格什科.大氣中工業排放有害有機化合物手冊.北京,中國環境科學出版社,1990.
　　[12]石青等.化學毒性、法規、環境數據手冊. 中國環境科學出版社，1992.