生物除臭剂的现状和技术进展

随着社会经济的不断发展，我国的环境污染问题日益严峻，特别是恶臭气体问题。恶臭气体严重影响了人民的生活质量。因此，对恶臭气体的治理成为广大科技工作者的研究焦点。

图1 难闻的恶臭气体 来源：VOCs减排工作站

目前，处理恶臭气体的方法有三大类，即物理法、化学法、生物法。物理法和化学法存在投资大、操作复杂、运行费用高等问题，而生物除臭方法因其具有运行效率高、无二次污染、所需设备简单、费用低廉等特点，已成为研究热点。

生物除臭方法中使用的生物除臭剂是指利用微生物对臭气中恶臭成分进行代谢或生物酶催化降解恶臭成分的产品。恶臭成分大致包括五种:含硫化合物、含氮化合物、烃类化合物、含氧化合物和卤素及其衍生物（主要是氯气、卤代烃）。

含硫化合物的恶臭气体主要是需要去除硫化氢和硫化物。用于脱除硫化氢和硫化物的微生物主要有无色硫细菌和硫杆菌。无色硫细菌按其获取能量的途径可分为光能营养菌和化能营养菌两类。前者在厌氧条件下，利用光合色素进行不产氧的光合作用过程中，将硫化物氧化成硫酸；而后者则在有氧的条件下，通过把低价硫化物氧化为硫，并再将硫氧化为硫酸盐来获取生存的能量。

周太嫣利用光能营养菌（绿硫菌、红硫细菌）结合臭氧技术对育苗鱼池进行处理，实现了对硫化氢等恶臭成分的去除。除了无色硫细菌之外，硫杆菌也被广泛应用。硫杆菌的作用原理与化能型无色硫细菌类似，都是通过氧化硫化物和硫化氢，生成元素硫，并将硫进一步氧化为硫酸盐。

中国石油西南油气田公司天然气研究院刘其松团队报道了一种脱氮硫杆菌。在厌氧条件下，脱氮硫杆菌以反硝化反应（将硝酸盐还原为氮气）的方式可以同时参与硫、氮循环,以硝酸盐中的氧来氧化硫化合物。

含氮化合物主要是指氨气。传统生物除氨包括两个过程：硝化作用和反硝化作用。硝化作用中，氨气在亚硝化细菌作用下氧化为亚硝酸；反硝化作用中，亚硝酸在厌氧反硝化细菌作用下转化为无害的气态氮化物。

1988年，Robertson等人发现了第一株异养硝化－好氧反硝化细菌（泛养菌副球菌），使得两个过程在同一反应体系内同时实现。近年来，多种异养硝化－好氧反硝化细菌被陆续发现，包括假单胞菌、脱氮副球菌、粪产碱菌、施氏假单胞菌、麦氏苏拉杆菌、不动杆菌、枯草芽孢杆菌、钙乙酸不动杆菌HNR和吲哚氧化假单胞菌YY-1等。这些新菌株的发现为设计新的脱氮工艺提供了基础。

烃类化合物主要是一些脂肪烃和芳香烃。吉林化工学院刘虹团队研究了克雷白氏菌属、假单胞菌属和无色杆菌属三种降解菌对脂肪烃的降解作用，发现假单胞菌属对长链脂肪烃具有很好的降解作用。

西安建筑科技大学聂红云博士研究发现，假单胞菌属对脂肪烃的降解过程是自由基氧化降解机理，通过向胞外分泌吩嗪类物质，不断释放羟基自由基，对脂肪烃进行氧化降解。

吉林建筑大学孟庆玲博士发现假单胞菌属对于芳香烃也有很好的降解作用，降解过程主要由假单胞菌属的生物酶催化主导，最终将芳香烃降解成无害的酸产物。

图2 酚类化合物的降解过程 来源：Springer

含氧化合物主要是一些酚类化合物，酚类化合物主要是通过钙乙酸不动杆菌、富营养化嗜碱杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、洋葱假单胞菌G4和铜绿假单胞菌等进行降解。降解机理如图1所示。整个过程中涉及到多种酶，是典型的生物酶催化降解反应。

卤素及其衍生物主要是氯气和卤代烃。氯气一般采用氢氧化钠溶液吸收。卤代烃主要是卤代烷烃和卤代烯烃。卤代烷烃的生物降解的途径一般为：烷烃水解变成醇，醇进一步氧化变成酸（或醛），最后降解为水和二氧化碳。卤代烯烃生物降解的机理是：有氧时一般先转化为环氧化物，然后降解生成短链酸，最后降解成二氧化碳；厌氧时则经历一系列还原脱卤反应生成烯烃，最后转化为甲烷。

图3 生物除臭技术:a生物滤池式脱臭法，b洗涤式活性污泥脱臭法，c生物滴滤池式脱臭法，d曝气式活性污泥脱臭法 来源：化工707论坛

目前，城市污水处理厂、垃圾填埋场、畜禽养殖场等是恶臭气体的主要来源场所，成为生物除臭的重点应用行业。在这些行业中，比较成熟的生物除臭工艺技术主要包括生物滤池式脱臭法、洗涤式活性污泥脱臭法、生物滴滤池式脱臭法和曝气式活性污泥脱臭法。

生物滤池式脱臭法是最成熟的、研究最多的脱臭工艺。但是该工艺存在占地面积大，填料需定期更换，脱臭过程不易控制等缺点。洗涤式活性污泥脱臭法和生物滴滤池式脱臭法大大减少了占地面积，在一定程度上可以替代生物滤池式脱臭法。曝气式活性污泥脱臭法多用于粪便处理场、污水处理厂的臭气处理。

图4 餐厨废弃物资源化利用和无害化处理项目 来源：浙江省湖州市安吉县

随着生态文明建设进程的推进，在绿色中国发展的大环境下，提升公众对于当地空气、水、居住周边环境等环境质量状况的满意度，进一步改善人民的生活质量是一项重要的民生工程。而如何解决恶臭问题是实现这一目标的重要一环。

因此，垃圾生物除臭剂的研究的重要性是毋庸置疑的。现在，越来越多的高校科研单位以及公司都积极开展垃圾生物除臭剂的相关研究工作，为推动绿色中国发展注入源源不断地动力。