生物处理恶臭气体的研究现状及展望

生物处理恶臭气体的研究现状及展望邓兵杰昆明理工大学环境科学与工程学院，昆明（650093）E-mail:dengbingjie2000@摘 要：恶臭气体对人体健康和生态环境造成很大危害。

对恶臭气体的种类、危害、特征、处理方法及原理进行了介绍；概述了恶臭气体的主要生物处理方法：生物滤池、生物滴滤池和生物洗涤器，介绍3种方法的工艺流程、技术特点及最新研究进展；提出了生物法处理恶臭气体亟需解决的问题及研究方向。

关键词：恶臭气体 生物处理 生物滤池 生物滴滤池 生物洗涤器1.引言恶臭污染是由那些刺激人的嗅觉器官而引起不愉快的物质(恶臭污染物)带来的一种感觉公害。

工业生产（如石油化工、有机合成工业、塑料、橡胶、印刷、涂料等）、禽畜养殖、饲料加工、垃圾处理等过程中[1]，向大气中排放了大量有机、无机废气，对环境造成严重影响，其中以带有恶臭气味的气体影响最为突出。

国外早在20世纪50年代末便开始了恶臭气体污染治理的研究，积累了丰富的理论知识和实践经验，并制定了恶臭气体的测定、评价、控制等一系列法规。

我国20世纪80年代才开展恶臭气体污染的调查、测试和标准方面的研究，而对脱臭技术的研究则是从20世纪90年代才开始进行，1993年颁布了GB14554-93《恶臭污染物排放标准》，规定了氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯等8种恶臭污染物及臭气浓度的排放限值及其测定方法[2,9]。

2.恶臭气体的种类、危害、和特点2.1 种类产生恶臭的物质多大一万种以上，气味强度与分子浓度不一定成线性的关系[3]。

由恶臭物质散发的恶臭气体可以按其不同的组成分为5大类，如表1所示。

表1 恶臭气体分类分类 常见代表性气体含硫化合物 H2S、SO2、硫醇、硫醚类、二甲基二硫化物、二甲硫含氮化合物 氨类、酰胺、吲哚类、粪臭类、二乙胺、三乙胺、腐胺、尸胺 卤素及其衍生物 氯气、卤代烃、氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯烃类 烷烃（如甲烷、丙烷、异戊烷、己烷）、烯烃、炔烃、芳香烃 含氧有机物 醇类、酚类、醛类、酮类、有机酸等经气相色谱检测显示，绝大多数臭气包含1、2和5类，其余种类的物质较少。

典型的有：鱼腥臭的胺类，刺激臭的氨，腐肉臭的二胺，臭鸡蛋臭的H2S，烂洋葱臭的硫醇，粪便臭的粪臭素[1，4]。

它们大部分是有机物，散发到空气中并形成恶臭污染，一个重要的原因是其沸点大多较低且挥发性较强。

因此，有时又将这些物质统称为挥发性有机化合物(VOC)。

恶臭气体对环境危害很大，对人体的危害也是多方面的。

主要表现在它可以影响人体的呼吸系统、循环系统、内分泌系统、神经系统等。

对人体呼吸系统产生反射性抑制作用，甚至防碍正常呼吸功能；导致脉搏和血压变化，使血压先下降后上升；经常接触恶臭气体易使人食欲减退、恶心甚至呕吐，严重时还引起消化功能减退；还会使人产生内分泌系统功能紊乱，长期接触有些恶臭气体甚至易引起生殖能力减退；此外恶臭易使人心情烦躁，心神不宁，思想难集中，判断力和记忆力下降，甚至导致大脑层兴奋与抑制的调节功能失调，引起慢性病、急性病和死亡[1,2,4]。

2.3 特点恶臭气体的主要特点是:一是污染源众多，仅人体嗅觉能感到的恶臭物质就有4000多种，污染面广，涉及行业多，主要分为工业、生活和生物体分泌3大类；二是浓度较低，甚至低达1×10－9 mol ／L，经处理后要求其浓度更低；三是恶臭气体成分复杂，往往含有多种污染成分；四是恶臭污染的监测、分析难度大，其治理的难度也比大气污染治理难度更大[1，3]。

3.恶臭气体的处理方法3.1 简介各种恶臭气体处理方法的目的在于经过物理、化学、生物的作用，使恶臭气体的物质结构发生改变，消除恶臭。

在处理技术大体上可分为物理法、化学法及生物法三大类。

从最初最简单的水洗法，到常见的处理方法有燃烧法、氧化法、吸收法、吸附法、中和法和生物法等[5～10]。

其定义、适用范围和特点见表2。

表2 各种恶臭气体处理方法的适用范围和特点近年来突起的新方法还有生物法、光催化氧化法、电晕法、臭氧氧化法、等离子体分解法等。

3.2 处理方法间的比较恶臭气体处理方法各有优缺点，在作为选择时要根据气体的性质、浓度、处理量、当地的卫生要求和经济情况等具体因素而定，实际工程中也会将几种方法相结合使用。

但总的来说，对于大流量、低浓度的挥发性有机废气和恶臭气体，使用物理化学方法投资大、操作复杂运行成本高，易产生二次污染等缺点，因此在这些方面限制了物理化学方法的进一步研究与发展。

生物脱除恶臭气体与一般的物理化学处理方法相比，其具有脱臭效率高、装置简单、成本低廉、技术清洁、运行维护方便无二次污染等优点[3～19]。

也正是由于这些原因，生物脱臭法成为目前研究的重点，应用正在逐年上升，市场前景被普遍看好。

4.恶臭气体的生物处理4.1 生物脱臭技术的发展概况生物法是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程。

自20世纪80年代初开始，最先荷兰和德国利用微生物处理废气获得很好的效果，随即引起了美国、日本及其他欧美国家的重视，目前生物法已逐渐成为净化有机废气和恶臭物质的主要方法之一。

我国在20世纪80年代末才开始这方面的研究，近些年来对恶臭气体的生物处理越来越受到人们的重视[2，6，8]。

4.2 生物脱臭原理生物脱臭是在水、微生物和氧存在的条件下，利用微生物的代谢作用氧化分解发臭物质，以达到净化气体的目的。

在解释生物脱臭的机理中以荷兰学者S.P.P.Ottengraf提出的生物膜理论影响最大。

依据此理论，生物脱臭一般要经历以下3个步骤：① 发臭物质被载体(固定有微生物)吸附的过程，即恶臭成分由气膜溶解进入液膜的传质过程；② 发臭物质向微生物表面扩散、被微生物吸附的过程，即溶解于液膜中的恶臭污染物在浓度差的推动下，进一步扩散到生物膜，并被其中的生物所捕获吸收。

不溶于水的臭气先附着于微生物外，由微生物分泌胞外酶分解成可溶性物质再被吸收；③进入微生物细胞的恶臭污染物在微生物体内代谢过程中，作为能源和营养物质被分解，经生化反应最终转化为无害化合物，用于脱臭的微生物主要有分解含硫化合物的硫磺细菌和分解含氮化合物的硝化细菌等[1，5]。

5.生物脱臭工艺的研究现状[2，3，6，10,20～41]在废气的生物处理中，微生物的存在形式可分成悬浮生长系统和附着生长系统2种。

在附着生长系统中，微生物附着在固体多孔填料表面，臭气通过填料床时被吸附、吸收，最终被微生物降解和利用，其典型工艺是生物过滤(biofilter)。

在悬浮生长系统中，微生物悬浮于液体中，臭气先溶解于液相，再通过扩散进入微生物细胞，最终被微生物降解和利用，生物吸收法(bioscrubber)是该系统的典型工艺。

此外，还有综合了附着生长系统和悬浮生长系统两种工艺类型的生物滴滤法（biotrickling ）。

近年来，国外工业运用中以生物填料塔法(生物滴滤)占有明显优势。

5.1 生物过滤法生物滤池(biofliter)内部充填活性填料，恶臭气体经加压预湿后从底部进人生物滤池，气体中的恶臭物质与填料上附着生成的生物膜(微生物)接触，被生物膜吸收，最终被降解为水和二氧化碳特点是设备少、操作简单、不需外加营养物、投资运行费用低(总成本：每处理1O00m3废气,花费2.5～12.5元，而传统的处理技术(如吸附、吸收氧化等)总成本为每处理1O00m3废气，花费25～1O0元)，臭气去除效率高，但反应条件控制较难，占地面积大。

当基质浓度较高时，因生物量增长过快而易堵塞滤料，影响传质效果。

生物过滤法多用于处理气态无机污染物(氨、硫化氢和挥发性或气态有机污染物，如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、甲硫醇等)。

生物滤池用于处理恶臭气体在欧洲和美国已得到广泛的应用。

图1 生物滤池处理气体工艺流程5.2 生物洗涤法生物洗涤塔(bioscrubber)分为臭气吸收和悬浮液再生两个阶段，通常由一个装有填料的洗涤器（吸收设备）和一个装有活性污泥或生物膜的生物反应器（再生反应器）构成。

工艺流程如图2所示。

图2生物洗涤塔处理恶臭气体工艺流程图与生物滤池相比，生物洗涤器的优点是反应条件易控制、压降小、填料不易堵塞，但设备多，需外加营养，成本较高，对溶解度小的化合物难以处理。

生物吸收法多用于有机臭气和液相中溶解度较大的废气的处理 已在屠宰场、食品厂、畜禽养殖场、堆肥场、污水处理厂、制药厂和化工厂广泛应用。

5.3 生物滴滤法生物滴滤法(biotrickling filter) 生物滴虑法处理臭气工艺主要是在生物吸收法基础上进行改进，集合了生物过滤法和生物吸收法两种工艺的优点，生物吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内，典型工艺流程如图3所示。

图3生物滴滤池处理恶臭气体工艺流程滴滤池内装有填料，所用的填料应具有易于挂膜、不易堵塞、比表面积大等特点。

循环水不断喷洒在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所覆盖。

恶臭气体通过滴滤池时，气体中的恶臭物质被微生物降解。

进气方式也分为水气逆流、并流两种，且废气也应预先除尘。

温度、pH值等条件与生物滤池相近。

在生物滴滤塔中存在一个连续流动的水相，整个传质过程涉及气、液、固3相，通过回流水可以控制滴滤池水相的pH值，也可以在回流水中加入K2HPO4 和NH4NO3。

等物质，为微生物提供营养元素。

生物滴滤塔的反应条件(pH值、温度等)易于控制(通过调节循环液的pH值、温度)，而生物滤池中pH值的控制则主要通过在装填料时加入适当的固体缓冲剂来完成。

一旦缓冲剂耗尽，则需更新或再生滤料，而温度的调节则需要外加强制措施来完成。

生物滴滤池的优点是只有一个反应器、操作简单，压降低，填料不易堵塞，恶臭物质去除效率高。

其缺点是需外加营养，运行成本较高，填料比表面积小(100～300m2／m3)，不适合处理水溶性差的恶臭气体。

但对于处理含卤化合物、硫化氢和氨等会产生酸/碱性代谢物的恶臭气体，生物滴滤池容易调整pH，因此生物滴滤池比生物过滤器更能有效地处理含上述污染物的恶臭气体。

6.生物脱臭的存在的问题及展望由于生物反应器涉及气、液、固三相传质及生化降解过程，影响因素多而复杂，所以在理论研究方面和实际应用方面还有许多亟待解决的问题。

今后的研究主要应集中在：(1)对于低浓度的、复杂的混合型恶臭气体的生物处理的研究；(2)适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法的研究与开发；(3)废气生物处理的动力学及生物学原理的研究；(4)与其它恶臭气体处理方法结合应用研究，以提高恶臭物质的去除效果；(5)新型、高效生物处理设备的研制。

由于经济的发展、人们对生活质量要求的提高、环保意识的增强，恶臭问题越来越受到人们的重视，治理恶臭的需求也越来越强烈。

作为一种高效，经济，清洁的除臭方法，随着技术上的不断完善，工业化装置将不断涌现，生物脱臭的应用前景十分诱人，必将成为一种重要的环保技术。