生物滤池处理恶臭气体的微生物群落演替规律与抗冲击负荷调控策略

一、引言

随着工业生产、污水处理、垃圾处理等行业的发展，恶臭气体污染问题日益严重，不仅影响周边居民生活质量，还可能对人体健康造成危害 。生物滤池作为一种高效、环保、经济的恶臭气体处理技术，因其利用微生物代谢降解恶臭物质，具有无二次污染、运行成本低等优点，在恶臭治理领域得到广泛应用 。

在生物滤池中，微生物群落是降解恶臭气体的核心。微生物群落结构和功能的动态变化，即群落演替，直接影响生物滤池的处理性能。同时，实际应用中生物滤池常面临恶臭气体浓度、流量波动等冲击负荷，如何有效调控微生物群落以增强生物滤池的抗冲击能力，成为保障其稳定运行的关键。因此，研究生物滤池处理恶臭气体的微生物群落演替规律与抗冲击负荷调控策略具有重要的现实意义。

二、生物滤池处理恶臭气体的原理与应用现状

（一）处理原理

生物滤池主要由滤料层、布气系统和喷淋系统组成。恶臭气体通过布气系统均匀进入滤池，在滤料层中与附着在滤料表面的微生物膜充分接触 。微生物以恶臭物质为碳源、氮源等营养物质，通过自身代谢活动将其降解为二氧化碳、水、无机盐等无害物质 。整个过程涉及吸附、溶解、微生物代谢等多个环节，其中微生物的代谢作用是恶臭气体降解的核心。

（二）应用现状

生物滤池已广泛应用于污水处理厂、垃圾填埋场、食品加工厂、畜禽养殖场等场所的恶臭气体处理 。在污水处理厂，生物滤池可有效去除硫化氢、氨气等恶臭气体；在垃圾填埋场，对甲硫醇、二甲二硫等挥发性有机硫化合物有良好的处理效果 。然而，生物滤池在实际运行中仍面临一些问题，如微生物活性易受环境因素影响、对高浓度恶臭气体处理效果不稳定、抗冲击负荷能力不足等，限制了其进一步推广应用。

三、生物滤池处理恶臭气体的微生物群落演替规律

（一）启动阶段的群落演替

在生物滤池启动初期，滤料表面微生物数量较少，群落结构简单 。此时，首先定殖的微生物主要是一些快速生长的先锋菌种，如假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）等，这些菌种能够快速适应新环境，利用滤料表面的营养物质和初始进入的恶臭气体进行生长繁殖 。随着微生物的增殖，滤料表面逐渐形成微生物膜，为后续其他微生物的附着和生长创造条件。

（二）稳定运行阶段的群落演替

当生物滤池进入稳定运行阶段，微生物群落结构趋于复杂和稳定 。除了先锋菌种外，一些专性降解恶臭物质的微生物逐渐成为优势菌群 。例如，处理含硫化氢恶臭气体时，硫氧化细菌（如硫杆菌属 Thiobacillus）会大量富集，它们能够将硫化氢氧化为硫酸盐；处理氨气时，氨氧化细菌（如亚硝化单胞菌属 Nitrosomonas）和亚硝酸盐氧化细菌（如硝化杆菌属Nitrobacter）发挥主要作用 。同时，微生物之间形成复杂的共生关系，如互生、共生等，通过代谢产物的相互利用，维持群落的稳定和功能。

（三）环境变化下的群落演替

环境因素（如温度、pH 值、湿度、恶臭气体浓度和成分等）的变化会显著影响微生物群落演替 。温度降低时，微生物代谢活性下降，部分不耐低温的微生物生长受到抑制，而嗜冷微生物可能逐渐成为优势菌群；pH 值的改变会影响微生物细胞内酶的活性和细胞膜的稳定性，导致群落结构调整 。当恶臭气体浓度突然升高或成分发生变化时，能够适应新物质的微生物会快速增殖，而不适应的微生物数量减少，群落结构和功能随之改变以适应新环境。

四、生物滤池抗冲击负荷调控策略

（一）滤料优化

选择合适的滤料材质：滤料的材质直接影响微生物的附着和生长。应选择比表面积大、孔隙率高、吸附性能好、机械强度高且耐腐蚀的滤料，如火山岩、活性炭、聚氨酯泡沫等 。活性炭具有强大的吸附能力，可在恶臭气体浓度突然升高时吸附部分恶臭物质，缓冲冲击，同时为微生物提供良好的附着表面；聚氨酯泡沫具有独特的多孔结构，有利于微生物的生长和传质 。

优化滤料组合：采用多种滤料组合的方式，发挥不同滤料的优势。例如，将火山岩与活性炭按一定比例混合，火山岩提供良好的机械支撑和微生物附着空间，活性炭增强对恶臭物质的吸附和降解能力，提高生物滤池的抗冲击性能 。

（二）运行参数调整

控制气体流量和停留时间：合理调整恶臭气体的流量，避免因流量过大导致微生物无法及时降解恶臭物质 。在面临冲击负荷时，可适当降低气体流量，增加恶臭气体在生物滤池内的停留时间，使微生物有更充足的时间进行代谢降解 。同时，根据恶臭气体浓度变化，实时调整流量，维持生物滤池的稳定运行。

调节喷淋系统：喷淋系统可调节滤料的湿度和温度，影响微生物活性。在冲击负荷下，通过调整喷淋频率和水量，保持滤料适宜的湿度（一般在40%-60% ），避免滤料干燥影响微生物生长；同时，利用喷淋水的降温作用，缓解因微生物代谢产热或环境温度升高对微生物活性的不利影响 。

（三）微生物强化

接种优势菌种：在生物滤池启动或面临冲击负荷时，向滤池中接种针对特定恶臭物质的优势菌种，如高效降解硫化氢的硫氧化细菌、降解氨气的硝化细菌等 。这些优势菌种能够快速适应环境，增强生物滤池对相应恶臭物质的处理能力，提高抗冲击负荷性能 。

添加微生物营养物质：根据微生物代谢需求，合理添加营养物质（如氮源、磷源、微量元素等） 。在冲击负荷下，恶臭物质浓度变化可能导致微生物营养失衡，补充营养物质可维持微生物的正常代谢活动，促进微生物的生长和繁殖，提升生物滤池的稳定性 。

五、结论与展望

生物滤池处理恶臭气体过程中，微生物群落演替规律对其处理性能起着关键作用。不同运行阶段和环境条件下，微生物群落结构和功能不断变化。通过滤料优化、运行参数调整、微生物强化等抗冲击负荷调控策略，能够有效提升生物滤池的稳定性和处理效率，实际案例也验证了这些策略的有效性。

然而，目前对于生物滤池微生物群落演替的研究仍有深入空间，如微生物之间复杂的互作机制、群落演替与功能变化的定量关系等。未来，应结合分子生物学技术（如高通量测序、宏基因组学等），深入探究微生物群落演替规律；同时，进一步优化抗冲击负荷调控策略，开发智能化调控系统，实现生物滤池的高效、稳定运行，为恶臭气体治理提供更有力的技术支持 。

参考文献

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