生物除臭技术在畜禽场臭气处理中的应用研究进展

摘要 集约化畜禽场的臭气排放对环境和人类健康的危害引发越来越多的关注。臭气处理的方法有多种，其中生物法因其低成本、除臭效率高的优势得到了更为广泛的应用。在综述不同生物除臭技术原理的基础上，对影响除臭性能的主要因素（填料、pH、营养、温度、微生物）进行分析。总结新型生物除臭设备及技术的研究进展，并对今后生物除臭的发展趋势进行展望。

关键词 生物除臭技术；畜禽场；臭气；除臭效率；影响因素

中图分类号 S 24文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）18-0020-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.18.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on the Application of Biological Deodorization Technology in the Treatment of Odor in Livestock and Poultry Farms

LIAO Chao1，2，3，4，CHENG Jin-hua1，2，3，4，WANG Xue-min1，2，3，4 et al

（1.Institute of Animal Science，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing，Jiangsu 210014;2.Key Laboratory of Combination of Planting and Breeding，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Nanjing，Jiangsu 210014;3.Jiangsu Province Agricultural Germplasm Resources Protection and Utilization Platform，Nanjing，Jiangsu 210014;4.Jiangsu Provincial Livestock and Poultry Precision Breeding Engineering Research Center， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract The harm of odor emissions from intensive livestock and poultry farms to the environment and human health has attracted increasing attention.There are various methods for odor treatment，among which the biological method has been more widely used due to its advantages of low cost and high deodorization efficiency.Based on the review of the principles of different biological deodorization technologies，the main factors affecting deodorization performance （fillers，pH，nutrients，temperature，microorganisms） were reviewed.This study summarizes the research progress of new biological deodorization equipment and technologies，and prospects the development trend of biological deodorization in the future.

Key words Biological deodorization technology;Livestock and poultry farms;Foul odor;Deodorization efficiency；Influencing factors

近年来，在各类稳产保供政策的激励下，越来越多的超大型集约化规模化养殖场的崛起与运营导致养殖场周边的臭气污染愈加严重［1］，从而致使养殖场周边的空气质量恶化，严重影响居民生活，干扰经营性活动。集约化畜禽场的臭气排放对环境和人类健康的危害引发越来越多的关注。臭气中有氨气等含氮化合物、硫化氢和硫醇等含硫化合物、有机酸、醛和碳氢化合物［2］，对人体健康存在一定影响，易造成头痛、呼吸困难、恶心呕吐等身体不适症状［3］。

臭气处理的方法有多种，其中生物法不仅除臭效率高、成本低，而且基本上不产生二次污染，因此在畜禽养殖过程应用较广。该研究在综述不同生物法除臭技术原理的基础上，对影响除臭性能的主要因素（填料、pH、营养、温度、微生物）进行分析，总结新型生物除臭技术及设备的研究进展，并对今后生物法处理臭气的发展趋势进行了展望。

1 生物除臭技术

生物除臭技术的基本原理是利用微生物氧化降解作用，将恶臭物质降解为O2、H2O、N2、硝酸盐、硫酸盐和有机物等无害物质［4］。与传统的物理化学方法相比，生物法具有处理效果好、工艺简单、操作方便、运行稳定、投资运行成本低、能耗少、无二次污染等诸多优点［5］，尤其是在处理低浓度（＜1 000 mg/L）、易被微生物降解的有机废气时，更具有明显的优越性［6］。目前，常见的生物除臭技术大致有3种，即生物过滤法、生物滴滤法和生物洗涤法［7］。

1.1 生物过滤法

生物过滤法的工艺流程如图1所示，恶臭气体进入吸收室（微生物/填料床复合物），由填料床吸附恶臭物质，然后通过填料床表面的微生物降解恶臭物质，使恶臭气体得到净化［8］。生物过滤法在国外有着长时间和大规模的研究和论证，具有运行费用低和结构简单的优点，适用于处理低浓度臭气［9］。填料一般是活性炭、珍珠岩、土壤等具有吸附性的材料。早期的填料床以木屑、堆肥和废弃生物质等易降解的有机物为主［10］。Tymczyna等［11］以纤维泥炭、粗泥炭、麦秸、堆肥和马粪的组合作为填料，研究不同时间下生物过滤对NH3的降解性能。初始阶段（填充生物填料5 d后），降解效率较低（36%），而经过3个月的生物过滤后，降解效率提高到89%。La Pagans等［12］以土壤作为填料床，对从堆肥过程中排放的气体中氨氮的去除率接近96%。早期的填料成本低、易获取，但这些填料在使用过程中自身会降解，导致微生物生长环境恶化，进而使生物过滤的除臭性能下降［13］。为克服这些问题，采用珍珠岩、竹炭和活性炭等难降解材料作为填料，不仅硬度大和强度高，而且还具有支撑作用；竹炭和活性炭属于多孔碳基材料，具有丰富的官能团，对恶臭污染物具有较高的吸附能力，利于微生物在其表面生长，从而提升生物除臭的稳定性和抗冲击负荷能力。

1.2 生物滴滤法

生物滴滤法即填充塔型脱臭法，生物滴滤法的工艺流程见图2，其除臭过程是臭气进入吸收室，富含微生物的营养液从顶部喷淋下来，并逐步流过吸收室，恶臭物质在生物吸收室内被微生物降解［14］。吸收室内填料层为微生物的生长提供必要的附着表面，一般采用无机惰性材料，如开孔合成的塑料，因此可以保持长期的稳定性，同时多孔结构能缓解填料层的堵塞问题［15］。在吸收室内，通过不断循环含有微生物的营养液来降解恶臭物质。一部分恶臭物质被填料层中的微生物直接降解，另一部分则溶解在营养液中。恶臭物质降解过程中会有微量元素积累，影响微生物的活性。因此，营养液需定期更换。

相较于生物过滤法，生物滴滤法的优势在于通过顶部喷淋装置可自主调节营养液的各类指标（如微生物种类和pH），使除臭性能更加高效稳定。

生物滴滤法有利于水溶性物质的降解，对于养殖场产生的亲水性臭气，如硫化氢、氨和苯系列，具有更好的降解性能［16］。

1.3 生物洗涤法

生物洗涤法的工艺流程如图3所示。臭气进入吸收室，吸收室顶部喷淋出活性污泥悬浮液，活性污泥富含丰富微生物，恶臭物质在吸收室被微生物降解，使用后的活性污泥进入生化池，经曝气和添加营养液后，活性污泥可再生利用［17］。生物洗涤法的优点是通过活性污泥的再生处理后可循环使用，使除臭性能稳定高效［18］。该方法能够较好地去除含氨、酚、乙醛等恶臭气体，但对含硫的恶臭物质处理效果不明显。

在生物洗涤法的应用中，为便于恶臭物质从气相向液相传输，其内部常采用气液逆流或交叉流的方式来增加传质面积［19］。使用后的活性污泥进入生化池，需添加营养液和曝气处理再生。生物洗涤法在降解混合污染物时，其降解性能较差。因此，后续研究对生物洗涤法的结构进行了优化，如增加多级生物洗涤处理模块，针对不同成分的污染物进行多级处理，从而达到提高降解性能的目的［20］。生物洗涤法除具有无二次污染、能耗低的特点外，还具有压降小、运行稳定、pH可控等优点。pH的稳定控制对H2S等酸性气体的降解也有增强作用［21］。

2 影响生物法除臭性能的主要因素

2.1 填料

填料作为支撑材料，也是微生物生长的载体，其性能直接影响除臭效率［22］。填料一般选用有机或无机材料，如木屑、泥炭，分子筛等。挑选填料时，应注意以下几点［23］：具有较大的比表面积，利于微生物在其表面附着生长；多孔性，利于气流传输和控制压降；持水性好，保持填料床的湿度；成本低，易获取。早期的活性土壤填料富含有机质和微生物，能吸附降解有机污染物。通过与珍珠岩、黑炭的混合，对猪场主要恶臭物质（NH3、H2S）的去除率高达95%［24］，而土壤在使用过程中因为微生物流失而板结的问题也较为突出，需要定期更换土壤过滤床。因此，为延长填料的使用寿命，常采用火山岩、竹炭和活性炭等无机惰性材料，这些惰性材料在使用过程中比表面积、强度和硬度和孔隙率基本保持不变，为微生物的生长提供了稳定的环境［25］。

2.2 pH

pH是影响微生物活性的重要因素。根据不同的菌种，需要适当调节pH，细菌和放线菌的适宜pH为7～8，pH过高或过低都会影响微生物的活性［26］。

在微生物对含硫、氮等化合物降解氧化的过程中，往往会产生酸类物质，降低填料床的pH，导致微生物的活性受限，进而影响对恶臭物质的去除效果［27］。针对微生物生长环境酸化的现象，不同填料的缓冲能力不同。Kennes等［28］研究了不同填料的缓冲能力，结果表明土壤的缓冲能力最好、堆肥次之，泥炭本身是酸性的，缓冲能力最差。在pH没有调控的情况下，生物法的降解能力通常随着pH的减小而降低。

2.3 温度

温度主要影响微生物的活性，从而影响生物除臭性能。一般而言，在适宜的温度范围内才能使微生物的活性最大，而不同微生物的最适生长温度不同［29］。Stetter［30］根据不同微生物的最适生长温度对其进行分类：嗜冷微生物（<20 ℃）、嗜温微生物（25～40 ℃）、嗜热微生物（40～65 ℃）、极端嗜热微生物（65～80 ℃）、超嗜热微生物（>80 ℃），因此要注意温度与微生物的协同。徐桂芹等［31］研究表明，在2～8 ℃的低温条件下，嗜冷微生物（亚硝化菌）对H2S和NH3混合气体的降解率可达99%。Ryu等［32］研究指出，在60 ℃、停留时间为1.2 min的条件下，嗜热微生物（硫氧化菌）对H2S的去除率可达到95%。

2.4 营养