【正文】 而不是泥煤,并且有循環(huán)水裝置，運行前期只有循環(huán)水中有微生物，但運轉(zhuǎn)后不久填料上就可附著生物膜。 日本學者采用不同的載體，如APC微粒，炭素纖維，海綿填充劑等進行脫臭研究，效果都較滿意。表4－26是橫濱市下水道局采用填充塔方式脫臭的處理結果：(惡臭氣體為污泥濃縮工程排氣；填充體積29m3(，雙塔并列）；填充物為多孔陶瓷（大小2cm）；處理氣量130m3/min；溫度8月按30℃算，2月15℃。表4－26 填充塔式脫臭裝置對臭氣的處理效果 測定年月1987年8月1988年2月項目濃度(ppm)負荷(g硫/)濃度(ppm)負荷(g硫/)入口出口入口出口硫化氫甲基硫醇甲基硫醚二甲基硫醚氨三甲胺惡臭氣體濃度980981700310填料的填充高度對去除率有影響，日本桶谷 智等采用陶粒填充的生物脫臭塔去除硫化氫，其去除效果隨填充高度的增加而提高（見圖4－60)，在進氣濃度為28ppm時，；入口氣體濃度、氣體流量和液體噴淋量等對去除率也有影響，孫佩石等率先在我國開展了微生物去除有機廢氣的試驗研究，其對甲苯的試驗表明：在實驗濃度范圍內(nèi)，隨入口氣體濃度或氣體流量的增加，去除率也隨之呈線性增加，但隨噴淋量的增加，甲苯的生化去除率呈線性降低。圖4－60 填料的填充高度對去除率的影響3) 堆肥發(fā)酵脫臭法 該法的原料以污泥、城市垃圾和禽畜糞便為主要成分，經(jīng)好氧發(fā)酵，熱處理而成。一般有兩種類型：一種是把堆肥覆蓋在臭氣發(fā)生源或出口處，自然生化脫臭；另一種是臭氣發(fā)生源較多時，集中送到脫臭裝置中脫臭，其裝置同土壤法類似。 堆肥中的微生物量比土壤中好氧細菌的繁殖密度高，因而整個處理設備緊湊，脫臭效率高。堆肥在使用一年后也會發(fā)生酸化，應及時調(diào)整pH值；同時要定期補充微生物生長所需的碳素養(yǎng)料，一般兩年補給一次。(2) 生物吸收法 生物吸收法（也可稱為生物洗滌法）多采用活性污泥的方法，先將惡臭成分轉(zhuǎn)移到水中，然后再進行受污染水的微生物處理，有兩種形式：曝氣式和洗滌式。 曝氣式與污水處理廠的生物曝氣類似，只是用臭氣代替空氣注入活性污泥中，所用設備通常是曝氣罐，～1mm/s。該方法適用各種不同的惡臭氣體，效果較好，其去除效率與污泥的濃度、pH、DO、曝氣強度有關，試驗證明，連續(xù)向曝氣池通入臭氣，大約三天，活性污泥可被馴化。一般活性污泥濃度控制在5000～10000mg/l為宜，臭氣的送入速度以20m3/；營養(yǎng)鹽的投加也很重要。 洗滌式脫臭裝置以塔式為多，活性污泥是從洗滌塔上向下噴淋，與下部向上的惡臭氣體逆向接觸，惡臭物質(zhì)被活性污泥吸收分解。該法由于脫臭效率高，裝置設備占地面積小而深受用戶的歡迎。圖4－61是德國開發(fā)的二級洗滌脫臭裝置，臭氣從下而上經(jīng)兩級洗滌，不僅處理效果好(臭氣濃度可從2100ppm降低到50ppm)，而且系統(tǒng)耐沖擊負荷。（磷酸鹽為活性污泥補充營養(yǎng)用）圖4－61 洗滌式生物脫臭裝置(3) 其它脫臭法為防止家禽和畜牧場糞便的惡臭發(fā)生，可通過抑制有機物厭氧發(fā)酵，引入好氧微生物好氧分解惡臭物質(zhì)以達到除臭的目的。如胡尚勤利用酵母和霉菌作成微生物菌劑，在溫度25℃，與牛糞混合通氣培養(yǎng)三天，可除去糞便中85～99%的臭味。為牛奶場消除污染找到了一條可行的方法。 脫臭的微生物菌群和微生物除臭劑的開發(fā) 高效脫臭微生物菌種源均來自污水處理廠（站）活性污泥或土壤中，菌株多是經(jīng)馴化而篩選得到的復合菌群(從前面的原理介紹可知，多種微生物的共同作用有利于惡臭物質(zhì)充分氧化分解)。根據(jù)微生物脫臭原理而開發(fā)的微生物除臭劑是將篩選到的高效脫臭微生物固定在載體上，制成一定的劑型，惡臭氣體通過時便達到除臭的效果，微生物除臭劑價格低廉，裝置簡單，操作方便，在除臭劑市場上很具潛力。(1) 高效微生物菌群1) 脫硫菌群 采用城市污水廠活性污泥接種的生物濾池經(jīng)低濃度的H2S氣體通氣馴化，可以培養(yǎng)出脫H2S效果良好的脫硫菌群。用以陶粒為填料的滴灑生物濾池脫H2S，脫硫容量大，d填料。在低濃度與低負荷時，系統(tǒng)能將H2S全部去除。 從金礦酸性礦水中分離得到氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus ferrooxidans) P320菌株，以軟性纖維和玻璃鋼蜂窩作為載體，制成生物膜反應器；用培養(yǎng)得到的細菌9K氧化液，采用穿流柵孔板塔為氣體吸收塔，對石油催化干氣和沼氣進行脫硫，%%。 日本研究者從活性污泥中分離出分解甲基硫醚的氧化硫細菌Thiobacillus thioparus TKm，d的高速度進行。把這種菌吸附在泡沫塑料上，采用填充塔方式的脫臭裝置，,其對硫化氫、對甲基硫醇、甲基硫醚有很好的去除效果。2) 降解甲苯氣菌群 從焦化廠廢水污泥中篩選得到降解甲苯的桿菌：假單胞菌屬(.)中的細菌，同時該菌群對低濃度苯、二甲苯均有生化降解作用。3) 脫氨微生物菌群 以活性污泥馴化培養(yǎng)，采用固定化技術獲得海藻酸鈣包埋固定化生物顆粒，這些具生物活性的顆粒在固定床反應器中處理含氨臭氣，去除率在92%以上，氨去除率和硝化速率遠高于土壤及生物膜脫臭法。日本福岡縣農(nóng)業(yè)綜合試驗場畜牧研究所利用在除臭土壤、發(fā)酵雞糞、活性污泥中培養(yǎng)出的微生物固定在脫臭裝置上制成微生物過濾器，便可使氨穩(wěn)定減少到15ppm的低濃度。微生物的種類中細菌和絲狀菌占一大半。(2) 微生物除臭劑 大野勝史利用從土壤中分離到的對油脂廢水有較強分解能力的枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis,該菌對油脂臭味有較好的抑制效果，現(xiàn)已制成除臭劑產(chǎn)品。 栗田工業(yè)與東京工業(yè)大學開發(fā)用泥炭做載體的亞硝化單胞菌屬等微生物除臭劑，將此除臭劑填充于反應槽中，可去除H2S和NH3等惡臭成分，如處理低濃度臭氣，可長時間保持無臭狀態(tài)，與以往的藥液、活性炭法相比較，具投資省，維護管理費低的特點。日本微生物技術研究所研究人員將污水廠活性污泥在30～40度下干燥后粉碎，制成除臭劑，填充進15cm直徑，60cm高的柱管中，當含硫化氫、硫醇的惡臭氣以5 cm/s的速度通過時，去除率可達90～%。從上面的介紹可以看出：微生物脫臭法的歷史雖不長，部分工作還停留在實驗室階段，但由于其具有傳統(tǒng)方法所不可比擬的優(yōu)越性，其發(fā)展?jié)摿蛻们熬笆窍喈攺V闊的。實際上，目前在日、德、英、美、荷等發(fā)達國家生物脫臭的設備與裝置開發(fā)已呈商品化態(tài)勢，并且應用效果良好，我國的微生物脫臭研究雖剛剛起步，但起點較高，某些研究已接近國外的同類水平，相信隨研究的深入，微生物脫臭技術會同其它方法一樣得到廣泛的推廣應用。 二氧化碳的微生物固定 大氣“溫室效應”是全球環(huán)境問題中最重要、最亟待解決的問題之一。其中CO2是對“溫室效應”影響最大的氣體，占總效應的49％。另外，CO2又是地球上最豐富的碳資源，它與工業(yè)的發(fā)展密切相關，而且還關系到能源政策問題。近年來，能源緊張，資源短缺，公害嚴重，世界各國都在探索解決上述問題的途徑，因此，CO2的固定在環(huán)境、能源方面具有極其重要的意義。 目前CO2的固定方法主要有物理法、化學法和生物法，而大多數(shù)物理和化學方法最終必須依賴生物法來固定CO2。固定CO2的生物主要是植物和自養(yǎng)微生物，而人們的目光一般都集中在植物上。但地球上存在各種各樣的環(huán)境，尤其在植物不能生長的特殊環(huán)境中，自養(yǎng)微生物固定CO2的優(yōu)勢便顯現(xiàn)出來。因此從整個生物圈的物質(zhì)、能量流來看，CO2的微生物固定是一支不能忽視的力量。本文就固定CO2的微生物種類、固定機理、基因工程研究及其應用方面進行簡要介紹。 固定CO2的微生物 固定CO2的微生物一般有兩類：光能自養(yǎng)型微生物和化能自養(yǎng)型微生物。前者主要包括藻類和光合細菌，它們都含有葉綠素，以光為能源、CO2為碳源合成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物；后者以CO2為碳源，能源主要有HH2S、S2O2NH+NOFe2+等。固定CO2的微生物種類如表616所示。 由于微藻(包括藍細菌)和氫細菌具有生長速度快、適應性強等特點，故對它們固定CO2的研究及開發(fā)較為廣泛、深入。 培養(yǎng)微藻不僅可獲得藻菌體，同時還可產(chǎn)生氫氣和許多附加值很高的胞外產(chǎn)物，是蛋白質(zhì)、精細化工和醫(yī)藥開發(fā)的重要資源。國內(nèi)外現(xiàn)已大規(guī)模生產(chǎn)的微藻主要有：小球藻(CMorella)、螺旋藻(Spirulina)、柵列藻(Scenedesmus)和鹽藻(Dunaliella)等。另外，還有許多微藻(主要是藍藻和綠藻)的遺傳育種和培養(yǎng)技術正在積極的研究開發(fā)中，如聚球藻(Synechococcus)、紫球藻(Porphyridium)、褐指藻(Phaeodoctyium)、四片藻(丁etraselmis)、魚腥澡(Anabaene)、衣藻(Chlamydomonas)、念珠藻(Nostoc)等。 氫氧化細菌是生長速度最快的自養(yǎng)菌，作為化能自養(yǎng)菌固定CO2的代表，已引起人們的高度重視。目前已發(fā)現(xiàn)的氫氧化細菌有18個屬，近40個種，如表617所示。 其中，兩株氫細菌，海洋氫弧菌(Hydrogenovibriomarinus)和氫嗜熱假單胞菌(Pseud— omoTlashydrogenovora)在最適溫度下(37℃和52℃)， 。Igarashi和Nishibara等篩選的噬氫假單胞菌(Pseudomonas hydrogenovora)和海洋氫弧菌(Hydrogenovibriomarinus)在固定CO2的同時還可分別積累大量的胞外多糖和胞內(nèi)糖原型多糖。另外，還可利用真養(yǎng)產(chǎn)堿菌(Alcaligeneseutrophus ATCCl7697T)固定CO2生產(chǎn)聚3羥基丁酸酯(PHB)。 總之，隨著新型固定CO2的微生物不斷被發(fā)現(xiàn)以及現(xiàn)代微生物育種技術的應用，將不斷地選育出高效固定CO2的新菌種，在固定CO2的同時，實現(xiàn)vCO2的資源化。 微生物固定CO2的生化機制 CO2固定的途徑始于對綠色植物的光合作用固定CO2的研究。1954年，卡爾文等人提出了CO2固定的途徑——卡爾文循環(huán)(Calvin cycle)。后來發(fā)現(xiàn)這個循環(huán)在許多自養(yǎng)微生物中均存在。但近年來的研究表明，自養(yǎng)微生物固定CO2的生化機制除了卡爾文循環(huán)外，還有其他的一些途徑?，F(xiàn)已比較清楚的微生物固定CO2的生化途徑主要有以下幾種： (1) 卡爾文循環(huán) 卡爾文循環(huán)一般可分為三部分：① CO2的固定；②固定的CO2的還原；③CO2受體的再生。其中由CO2受體5磷酸核酮糖到3磷酸甘油酸是CO2的固定反應；由3磷酸甘油醛到 5磷酸核酮糖是CO2受體的再生反應，這兩步反應是卡爾文循環(huán)所特有的。一般光合細菌和藍細菌都是以卡爾文循環(huán)固定CO2。另外，在嗜熱假單胞菌、氧化硫桿菌、排硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌、脫氮硫桿菌等化能自養(yǎng)菌中均發(fā)現(xiàn)了卡爾文循環(huán)的兩個關鍵酶，即1，5二磷酸核酮糖羥化酶和5磷酸核酮糖激酶。整個卡爾文循環(huán)過程如圖643所示。Rup2:1，5二磷酸核酮糖； GAP；3磷酸甘油醛； PGA：3磷酸甘油酸； DAP：磷酸二羥丙酮； FP2:1，6二磷酸果糖。 F6P：磷酸果糖； E4P：4磷酸赤蘚糖； Xu5P：5磷酸木酮糖， Ri5P:5磷酸核糖； Ru5P：5磷酸核酮糖圖643 卡爾文循環(huán)過程 (2) 還原三羧酸循環(huán) 從圖644(a)可以看到，這個循環(huán)旋轉(zhuǎn)一次，便有4分子CO2被固定。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)嗜熱氫細菌(Hydrogen6bacter thermophilus)、綠色硫磺細菌(Chlorobiu limicola)、嗜硫化硫酸綠硫菌(Chlorobim thiosul tophilum)等都是以還原三羧酸循環(huán)固定CO2。 (3) 乙酰輔酶A途徑 以乙酰輔酶A途徑固定CO2的過程如圖644(b)所示。 甲烷菌、厭氧乙酸菌等厭氧細菌一般以乙酰輔酶A途徑固定CO2。 (4) 甘氨酸途徑 厭氧乙酸菌從CO2合成乙酸的生化機制一般有兩種，除上述的乙酰輔酶A途徑外，還有圖645所示的甘氨酸途徑。 總之，微生物固定CO2的機理很復雜，不僅僅是上述四種。據(jù)報道，從一些極端微生物中，如高溫光合細菌Choroflexus和高溫嗜酸菌Acidianus發(fā)現(xiàn)了固定CO2的有機酸途徑。 微生物固定CO2的應用 CO2是有機質(zhì)及化石燃料燃燒的產(chǎn)物，它一方面是造成溫室效應的廢物，另一方面又是巨大的可再生資源。據(jù)統(tǒng)計，全世界僅化石燃料一項就產(chǎn)生CO2 57億t／a。因此CO2的資源化研究已引起人們極大的關注。其中，自養(yǎng)微生物在固定CO2的同時，可以將其轉(zhuǎn)化為菌體細胞以及許多代謝產(chǎn)物，如有機酸、多糖、甲烷、維生素、氨基酸等等。 (1) 單細胞蛋白(SCP) 利用二氧化碳生產(chǎn)單細胞蛋白較有潛力的微生物主要是菌體生長速度快的微型藻類及氫氧化細菌，如真養(yǎng)產(chǎn)堿菌(Alcaligens eutrophus)以COOHNH4+廣等為底物合成的菌體，％％；嗜熱氫細菌()的蛋白含量為75％，而且這些氫細菌的氨基酸組成優(yōu)于大豆，接近動物性蛋白，具有良好的可消化性。Yaguchi等人分離的可在50—60℃下能夠快速生長的高溫藍藻(Synechococcus sp.)倍增時間僅為3h,蛋白含量60%以上。另外在日本已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)螺旋藻(Spirulina),小球藻等微藻。由于藻體含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素、生理活性物質(zhì)等而作為健康食品及醫(yī)藥制品遠銷海內(nèi)外。 (2) 乙酸 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)利用CO2和H2合成乙酸的微生物有18種，醋桿菌屬(Acetocterium)5種，鼠孢菌后(Sporom