随着社会经济的不断发展, 我国的环境污染问题越来越严重, 特别是恶臭问题日益突出。恶臭气体主要来源于城市污水处理厂、垃圾填埋场、畜禽养殖场等场所。作为环境的公害之一, 恶臭除了对人的嗅觉产生影响, 引起心理厌恶等不愉快的感觉外, 还会引起身体上的不适, 如恶心、头痛、食欲不振、嗅觉失调、失眠, 甚至情绪不稳定[1]等。因此, 对恶臭污染的治理成为广大科技工作者的研究焦点。

恶臭气体的成分较多, 目前已知的恶臭气体种类有上万种, 按气体的化学组分不同, 可将其分成5类:一是含硫的化合物, 如H2S、SO2、硫醇类、硫醚类;二是含氮的化合物, 如胺类、酰胺、吲哚类;三是卤素及衍生物, 如氯气、卤代烃;四是烃类, 如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃;五是含氧有机物, 如醇、酚、醛、酮、有机酸等。经气相色谱检测, 绝大多数恶臭气体的主要成分为氨 (NH3) 和硫化氢 (H2S) [2]。

目前, 处理恶臭气体的方法有三大类, 即物理法 (掩蔽中和、稀释扩散、吸咐) 、化学法 (化学洗涤、氧化、燃烧、吸收) 、生物法 (过滤、吸收、堆肥等) [3,4,5]。

优点:工艺成熟, 可处理多组分的恶臭气体, 可回收有用物质, 净化效率约为95%。缺点:吸咐剂费用较高, 对待处理的恶臭气体要求较高, 一般要求气体预净化, 否则吸附剂易堵塞。物理吸咐法适于处理脂肪酸、氨类及其他易溶于水的臭气。

优点:选用合适的催化剂, 净化效率可达99%, 恶臭物质可被彻底分解。缺点:催化剂的选择较困难, 设备复杂;消耗燃料, 成本高, 处理中可能形成二次污染。催化燃烧法适于处理所有恶臭气体。

臭气体, 净化效率一般为60%~80%。缺点:存在二次污染, 污染物仅由气相转移到液相。化学吸收法适于处理脂肪酸、氨及其他易溶于水的臭气。

优点:净化效率比较高, 脱臭装置简单, 处理成本低廉, 投资运行费用低, 无二次污染, 易管理。缺点:一般细菌活性温度范围在10~40℃, 在寒冷地区生物处理法受到一定的限制。生物处理法适于处理大部分恶臭气体。

物理法和化学法存在投资大、操作复杂、运行费用高等问题, 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、便于操作、费用低廉和管理维护方便的特点, 已成为许多国家的研究热点, 是恶臭治理的一个发展方向。生物脱臭过程大致有如下3个阶段: (1) 恶臭成分的溶解过程, 即臭气由气相转为液相; (2) 恶臭成分的水溶液通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收, 其速度接近一般化学反应的速度; (3) 臭气进入细胞后, 在体内作为营养物质被微生物所分解、利用。微生物将其转化成自身能源, 变成细胞物质而繁殖, 使臭气得以去除[6,7]。

据统计, 我国城市废水总排放量每年约为354亿t, 其中生活污水占30%以上, 生活污水中的COD、BOD严重超标。家庭卫生间、厨房下水道散发出的臭气使人恶心、头晕, 直接影响人们的生活, 危害人们的健康[8]。因此, 恶臭源的控制已成为亟需解决的环境问题之一。在生物除臭技术处理生活污水方面具有代表性的是日本县志川立图书馆采用EM (有效微生物菌群) 处理生活污水, 按原水的0.1%比例添加EM菌剂, 每年2~4次, 每天曝气3 h, 通过一段时间处理, 2周后可使污水中BOD值从196 mg/L降到19 mg/L, 30 d后检测, 表明无大肠杆菌、无污泥产生[9]。邵青[10]研究证实, 用EM菌液对生活污水中有机污染物的去除有一定的作用, 在好氧条件下对COD的去除效果优于厌氧条件下的处理效果。在中性偏碱的条件下 (p H值7.0~8.5) , 投加EM菌液对生活污水进行处理, 对COD的去除率达到较高水平。马梅荣等[11]用微生物菌剂对生活污水进行除臭处理, 结果表明:对于嗅阈值比较高的混合生活污水, 利用XM液体菌剂和XM固体菌剂都可以消除生活污水的臭味, 二者都取得较好的效果。但在实际应用方面, 固体菌剂更具有使用方面的优越性。

垃圾填埋场散发的臭气主要来自于垃圾的腐烂和垃圾渗滤液。垃圾填埋场臭气的主要成分是NH3和H2S, 其具有较高的挥发性, 容易发生氧化还原反应。鲁艳英等[12]将EM原液加入到适合不同菌种生长的固体培养基中分别培养分离, 鉴定出组成EM有效微生物的主要菌种, 并将其用于垃圾渗滤液的除臭。结果表明:当EM菌剂浓度为10%时, 除臭效果较好。日本Ohta et al[13]将从家畜粪便除臭中筛选出的除臭微生物用于厨房垃圾除臭, 垃圾中的恶臭能在60 h的时间内被快速去除;未经处理的垃圾中, 其恶臭成分如聚苯乙烯和低分子脂肪酸, 经添加微生物处理后, 这些物质均未检出。罗永华等[14]利用从垃圾填埋场附近的土壤中分离得到微生物制成除臭剂, 该除臭剂对氨气、硫化氢、总烃、臭气浓度、细菌总数的去除率可分别达到83.3%、80.7%、62.5%、86.8%、87.0%, 可有效减轻垃圾转运站的恶臭, 还能有效抑制致腐败微生物的生理生化活动, 从而使臭气消除效果比较持久。张文斌等[15]研究新型微生物源抗菌除臭剂万洁芬对垃圾的除臭效果, 在含有NH3的密封箱内, 喷施万洁芬后5min的校正去除率较高可达53.80%, 喷施后120 min, NH3去除率为92.62%;在含有高度腐烂且产生恶臭垃圾的密闭室内, 喷雾万洁芬后5 min NH3最高去除率达82%, H2S最高去除率为78.2%。进一步将万洁芬喷雾于垃圾填埋场和堆肥厂后, H2S浓度符合相应标准要求。

畜禽养殖场规模化、集约化的发展已使畜禽粪便的环境污染问题变得日益严重。堆肥处理是畜禽粪便资源化、减量化、无害化利用的一种有效途径。在畜禽粪便中添加除臭微生物, 既能加快畜禽粪便堆肥腐熟进程, 又能有效地减少臭味的逸出, 对于控制环境污染具有重要的作用。Ohta et al[16研究利用微生物快速去除牛粪中的臭味, 摸索微生物的发酵条件, 通过对添加该微生物处理后的牛粪进行检测, 发现恶臭牛粪中的臭气如H2S和低分子脂肪酸几乎检测不到。陈书安等[17]从环境中分离和筛选出除臭微生物F468, 能够降低新鲜鸡粪中67%的NH3和56%的H2S释放量, 降低风干鸡粪中NH3和H2S的释放量分别在90%和52%以上。叶芬霞等[18]从养猪场的土壤中分离出具有除臭效能的微生物菌株3株, 其混合液对猪粪、鸡粪和牛粪中NH3的去除率可以达80%以上, H2S的去除率可以达65%以上。欧亚玲等[19]从鸡粪堆肥中分离出8株高温细菌, 可抑制NH3挥发量达58%。

生物脱臭法由于具有传统方法所不可比拟的优越性, 如操作简单, 投资少, 处理费用低等, 对低浓度、大流量的恶臭气体, 尤其是水溶性较好的污染物有较好的处理效果, 处理后不产生二次污染, 因而在处理臭气上具有广泛的前景。

我国在生物除臭方面的研究工作起步比较晚, 到20世纪90年代以后才开展相关的实验室研究工作。因此, 在理论研究与实际应用中还有许多亟待解决的问题。以后的研究方向应该考虑以下几个方面:一是选择适当的滤料, 提高滤料的表面性能, 使之既有效地增强生物的吸附和吸收功能, 又不造成滤料的堵塞;二是筛选和驯化适当的微生物, 针对性地降解特定的有机污染物, 提高生物负荷;三是建立微生物降解动力学模型, 选择适当的运行参数及控制参数;四是合理选择多种工艺串联, 使之适合不同污染物组成的废气, 降低总的处理成本;五是开发结构紧凑、投资成本低、能耗低、运行稳定的生物处理系统、装置和设备[3,20,21,22,23]。随着这些问题的逐一解决, 生物除臭技术将有更加广阔的应用前景。