微生物抗菌除臭剂项目概况.docx
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微生物抗菌除臭剂项目概况
微生物抗菌除臭剂项目概况
一．目的意义及发展现状
1.微生物抗菌除臭剂研制的目的
随着社会经济的飞速发展及城市化进程的不断加速,室内外环境污染问题日益突出。
恶臭和环境中病菌大量孳生作为环境公害之一,直接影响人们的生活质量,甚至危害到人们的健康,已越来越受到人们的关注。
甚至近年来所发现的各种流行性新病害（如SARS、禽流感）都与此有关。
恶臭物质是指能引起嗅觉器官多种多样臭感的物质。
目前，凭人的嗅觉感知的恶臭物质有4000多种，按产生源可以分为生活源和工业源。
生活源是指日常生活中产生的恶臭，如家用卫生间、公厕、污水处理厂、垃圾转运站以及受污染的湖泊、水沟等地方会扩散出恶臭气体，污染周边环境，给家庭生活或周围居民带来很大的不便；工业源是指工业生产中产生的恶臭，如养殖厂、涂料厂、制药厂、食品加工厂、化工厂等。
恶臭气体从其组成可分为五类。
一是含硫化合物,二是含氮的化合物,三是卤素及其衍生物,四是烃类,五是含氧的有机物。
这些恶臭物质,除硫化氢和氨外大都为有机物。
恶臭对人们的影响是多方面的。
它不仅使大量的传播疾病的昆虫、细菌滋生繁衍，而且直接通过嗅觉系统，对呼吸系统、神经系统、循环系统、内分泌系统产生强烈的刺激作用。
短时间的作用，使人产生厌恶感、恶心、呕吐等症状，长时间的刺激可导致内分泌失调、心血管疾病等严重的症状。
因此，我国的大气污染防治法第32条、34条对恶臭气体排放作了严格规定。
恶臭治理研究以日本、荷兰、德国等国最为先进。
目前，对于臭味的去除方法主要有：
（1）化学除臭法（氧化法,吸收法,吸附法）包括燃烧法（热力燃烧,催化燃烧）；
（2）物理除臭法，如掩避法,稀释扩散法等；（3）生物除臭法，主要是利用微生物除臭，通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化。
而生物治理恶臭的技术凭借着其不可比拟的优越性也逐渐在恶臭治理领域中蓬勃地发展起来。
广泛寻找自然界中现存的高效脱臭微生物菌株或采用遗传工程方法选育出更高效的代谢恶臭物质的细菌菌株,再辅以新型细胞固定化技术（如包埋法）运用到生物处理装置中,可望使恶臭的治理技术尤其是生物治理技术出现新的突破。
2.微生物抗菌除臭剂研制的意义
2.1绿色环保性质。
由于微生物除臭技术是利用能够转化或者降解恶臭物质的特殊微生物的高效吸附、吸收和降解作用对恶臭气体进行净化，化恶臭为无臭。
不含任何化学药品，也不含转基因产品成份，不会造成二次污染，代表着生物环保产业发展的未来方向。
2.2处理功效高。
运用微生物除臭技术大大增强了其处理污染的功效，与一般化学方法和生物方法相比较，微生物除臭技术对有机物的降解速度是传统方法的100倍。
污染物在投放微生物除臭剂，可迅速祛除臭味，净化水质，降低COD、BOD5、氨、氮等指标。
2.3适应性更广。
微生物除臭技术特别是混菌微生物除臭剂降低微生物生存条件要求，增强适应性，减少过滤，适应多种温度和pH值范围，在低氧环境中也能有效发挥作用。
2.4更有针对性。
微生物除臭技术可广泛适用于不同领域、不同用途和不同的污染环境；并可根据具体治理对象的具体情况，专门研发出针对性的、最具效力的配方。
2.5治理成本最低。
微生物除臭技术品具有标本兼治的特点，不用征地建厂或购买庞大设备，综合治理成本和动态投资成本最低，而治理效果显著。
2.6化害为益。
以前认为不能回收利用污染物，城市污水厂的污泥经微生物除臭制成肥料，如氨和硫酸化合成硫酸铵肥料，其中各种元素可被植物吸收；提高了污泥中有机碳的利用率；而且脱臭微生物大多是土壤中的有益菌群。
2.7微生物除臭剂与传统化学产品比较。
每种化学产品都是针对性强的产品，当遇有复杂的其他化学基质时，便会失效；使用化学产品之后，在水体中总有化学残留物，它可能带来副作用或新的污染；使用化学产品可掩盖臭味，却不能改变臭味的生成或阻止其散发。
微生物除臭技术是利用自然分解和在分解过程中的积极生化作用，不会产生上述问题。
2.8微生物除臭剂与传统生物净化剂相比。
微生物除臭技术可以极大祛除臭味，使液体状污物、有机物质迅速新陈代谢，减小固体物质体积，快速净化被污染物质。
微生物脱臭法具有传统方法所不可比拟的优越性,如处理效率高、无二次污染、所需的设备简单、易操作、费用低廉、管理维护方便等,有其它同类产品无法替代的技术优势,而且市场容量极大,其发展潜力和应用前景是相当广泛的。
3.微生物除臭技术及发展现状
3.1微生物法除臭的原理
微生物除臭技术是利用能够转化或者降解恶臭物质的特殊微生物的高效吸附、吸收和降解作用对生活污水和生活垃圾等散发的含硫、含氮等恶臭气体进行净化，将硫化氢、硫醇和氨气等恶臭成分转化为无害无臭的物质，达到改善空气质量、保护人民身体健康的目标。
恶臭物质的活性基团一旦氧化,气味就消失。
微生物处理臭气的基本原理是利用微生物把溶解水中的恶臭物质吸收于微生物自身体内,通过微生物的代谢活动使其降解的一种过程。
基本上分为三个过程:
①恶臭气体的溶解过程,即由气相转变为液相的传质过程;②溶于水中的臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收,不溶于水的臭气先附着在微生物体外,由微生物分泌的细胞外酶分解为可溶性物质,再渗入细胞;③臭气进入细胞后,在体内作为营养物质为微生物所分解、利用、使臭气得以去除。
恶臭物质的生物降解是该过程的限速阶段,可见微生物处于生物脱臭的核心地位。
微生物消化吸收恶臭物质后产生的代谢物再作为其他微生物的养料，继续吸收消化，如此循环使恶臭物质逐步降解。
真菌生长速度快，形成的菌丝网可有效增大与气体的接触面积，适用于难溶性臭气。
从微生物除臭的原理可知,微生物除臭是多种微生物共同作用的结果。
多种微生物共同作用更有利于吸收、分解产生的SO2、H2S、CH4等具恶臭味的有害气体。
同时,这些微生物又可以产生无机酸,形成不利于腐败微生物生活的酸性环境,并从根本上降解分解时产生恶臭气体的物质。
3.2微生物在除臭方面的应用进展
3.2.1在污水处理中的应用
有益微生物菌群是由好氧性微生物和厌氧性微生物经复合培养而成的，激活后的有益微生物菌群通过驯化在污水中迅速生长繁殖，能快速分解污水中的有机物，同时依靠相互间共生增殖及协同作用，代谢出抗氧化物质，形成稳定而复杂的生态系统，抑制有害微生物的生长繁殖，抑制含硫、氮等恶臭物质产生的臭味，激活水中具有净化水功能的原生动物、微生物及水生植物，通过这些生物的综合效应从而达到净化水的目的。
综合目前研究和应用成果，有益微生物菌群在污水处理中，具有降解有机物，减少污染产量、分解营养盐类物质并具有除臭功效。
3.2.2在粪便处理中的应用
畜禽粪便的除臭分两种途径：
第一类是以添加剂的形式加到饲料中，以增加饲料蛋白的消化吸收以及减少臭气排放；第二类是以控制畜禽排泄后粪便臭味为主要目的而采取的一些措施，在日本、美国等国家以有益微生物稀释液喷洒或给畜禽饮用的大型畜禽养殖场中，困扰了多年的恶臭逐渐消失了，苍蝇密度大大下降,畜禽变得温顺、安静，产蛋、产肉率明显增加。
3.2.3在生活垃圾处理中的应用
控制垃圾恶臭有两种途径：
（1）在没有腐化的垃圾中加入有益菌与纤维素分解菌、木质素分解菌等组成高效微生物接种剂,进行堆肥,使之转化成肥料重新利用。
（2）在已腐化有恶臭的垃圾中加入微生物菌群,控制恶臭。
据技术查新，国外生物除臭技术近年来发展较快，国内近年也有机构投入研究，但未见产品进入市场。
本项目的研究不仅从理论基础上阐明了生物除臭的基本原理，而且分离筛选出了新的微生物除臭菌系，研制出了生物除臭剂的组合配方，解决了微生物除臭菌系的混合发酵的技术难题，完成了生物除臭剂的工业化实验，并通过200多次的不同环境、不同靶标的应用试验，近百次的配方改进，使该项目产品更趋于合理和成熟。
二．主要技术内容及创新点
（一）新型微生物抗菌除臭菌系研究的主要技术内容
1.本项研究的技术思路如下:
分离微生物
纯化和培养
建立菌株库
除臭菌的筛选
除臭菌系的菌株鉴定
除臭菌系高活性菌株的筛选
小试及中试工艺及样品
图1本项研究所采取的技术路线框图
2.样品的采集、菌种分离和无臭化菌株的筛选研究
优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，要使发酵工业产品的种类、产量和质量有较大的改善，首先必须选育性能优良的生产菌种。
课题组采用常规微生物分离筛选方法研究除臭微生物，通过从陕境秦岭山区不同生态环境下的土壤中采集到156个土样,进行抗菌除臭菌的分离、纯化、鉴定及应用研究工作。
抗菌除臭微生物的分离筛选流程见图1。
2.1样品采集（菌株来源）
调查研究并充分查阅资料
设计试验方案
确定采样的生态环境
确定特定的增殖条件
确定定性或半定量的快速检测方法
原种斜面
确定发酵的基本条件
初筛（快速检测或菌株摇瓶培养测定）
复筛（结合初步的工艺条件）
较优菌株斜面
毒性试验
生产性能试验
菌种鉴定
菌种保藏及作为进一步育种的出发菌株
图2除臭微生物的采样及筛选流程
我们观察到陕西秦岭山区的许多原始森林和其植被丰富的山上积满了落叶，厚厚的落叶在地表形成了腐烂的落叶层，但山上流出的山泉和山下的小溪依然清澈干净，可能腐烂植物中存在着净化能力很强的微生物，这种自净的能力是任何化学和物理方法都无法相比的，因而我们从研究这些自然现象出发，经过无数次试验，找到了一种用微生物处理恶臭物质的有效方法。
２.2菌种的分离
在分离实验过程中发现几株具有对猪粪具有高效除臭能力的厌氧型细菌，共分离到厌氧细菌18株，具有光合作用的，属于水圈微生物的一类强除臭能力厌氧细菌，随后进行除臭定性测试。
2.3无臭化菌种的筛选
我们共筛选出73株具有强除臭能力的菌株，其中细菌、丝状真菌、放线菌、酵母菌分别为32、13、8、20株。
2.4体外抗菌菌株的筛选
根据微生态学原理,用普通培养基和选择性培养基相结合的方法,自分离的固有菌群中进行致病微生物抑制试验,以筛选拮抗菌。
试验具体操作参照西安交通大学医学院微生物教研室进行的体外抗菌试验，采用平板稀释法和杯碟法,自分离出3230个菌株中初筛拮抗菌株,得出38株对普通大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有抑制作用；复筛得出10株对猪源弱毒型大肠杆菌（E.coli,C83917）Ｏ9:
K103,987P:
NM有抑制作用。
3.除臭菌系菌株的初步鉴定
3.1除臭细菌的鉴定：
按《简明伯杰细菌鉴定手册》第八版将经除臭定性测定的细菌进行种的鉴定
3.2除臭丝状真菌的鉴定
将分离到的除臭真菌进行培养,通过不同的处理,使其产生孢子及子实体,观察菌落的形态特征。
3.3除臭放线菌的鉴定
依据Waksman的放线菌分类系统和中科院微生物研究所《链霉菌鉴定手册》描述的鉴定方法进行进一步鉴定。
3.4除臭酵母菌的鉴定
4.本实验分离到的除臭微生物菌系的主要微生物种属类别如下：
表2除臭微生物菌系菌株的种类
筛选到的微生物
1细菌类
1）PsedomonasfluorescentABⅢ745-6var.shanxigensis
荧光假单胞杆菌陕西变种
2）Rhodopseudomonas
红假单胞菌属（光合细菌类PSB）
3）Rhodospirillum
红螺菌属（光合细菌类PSB）
4）Lactobacillus
乳杆菌属（乳酸菌类LAB）
5）Streptococcus
链球菌属（乳酸菌类LAB）
6）Acetobacter
醋杆菌属
2酵母菌类
7）Candida
假丝酵母属
8）Saccharomyces
酵母属
3丝状真菌类
9）Rhizopus
根霉属
10）Mucoraceae
毛霉属
11）Aspergillus
曲霉属
4放线菌类
12）Streptomycesvenezuelae
VarQinglingensis
委内瑞拉链霉菌秦岭变种
13）Streptomyces
链霉菌属
本实验筛选的除臭菌株主要是光合细菌类、醋杆菌类、乳杆菌类、芽孢杆菌类、假单胞菌属、链球菌类、酵母菌、丝状真菌以及放线菌类，共计12个属73个种的微生物。
5.除臭菌系液体发酵工艺研究
5.1混合菌液体发酵工艺研究
混合菌液体扩大化发酵工艺流程：
培养基种子发酵罐生产发酵罐除臭剂发酵产品
原始斜面活化斜面摇床种子
大罐液体发酵法一般生产工艺流程为：
菌种接种掊养→种子罐培养→生产罐培养→排放培养液加入适量载体→除臭产品。
此法适于工业化生产，便于无菌操作。
将各菌株的种子发酵液按一定的比例接入混合菌生长的合成培养基中，按照一定的工业发酵流程进行发酵，发酵过程中同时进行监测发酵液中的活菌数以及除臭定性实验。
5.2混合菌的培养条件研究
在除臭混合菌的培养过程中,为了迅速得到量大,价廉的高活性细胞，必须为之创造一个良好的生存环境，比如：
适宜的湿度、pH值、氧气含量、温度和营养成分等。
试验中控制相对湿度保持在80％~95％，所以需经常提供水分和营养。
表4 最佳处理工艺流程的选择1）
处理系统
通气条件
氨强度ppm
氨去除率
%
硫化氢强度ppm
硫化氢去除率
%
好氧系统
好氧40min
1.2
86.96
0.056
92.22
间歇系统（O/A）
好氧20min
厌氧20min
0.15
98.37
0.0005
99.93
间歇系统（A/O）
厌氧20min
好氧20min
0.59
93.59
0.0086
98.81
缺氧系统
厌氧40min
2.0
78.26
0.023
96.81
对照（CK）
不做任何人工处理
9.2
0.72
1）细胞浓度为5mg·mL-1湿菌体,好氧为30℃摇床培养,缺氧为静止培养
6.混合菌系抗菌除臭的应用试验
6.1对生活污水的除臭
取家庭厨房洗米、洗菜、洗鱼等混合污水，将其放置几天发出恶臭后，取混合菌液不同浓度的投放量对嗅阈值的不同的污水进行除臭处理，测定不同浓度菌系菌液的投放量对污水除臭效果的影响。
实验表明：
当液体菌系的投放量为污水的0.1%时，除臭效果最好；并且用对不同嗅阈值生活污水除臭处理，结果是当污水的嗅阈值越高时，除臭的效果越显著．这被认为是污水中含有较多的营养物质，使所加菌种的活性较高，进而除臭效果较好。
6.2池塘、湖泊等自然水体臭污水处理试验
采用在西安某公园池塘中的臭污水中投加微生物抗菌除臭菌系菌液的方法,系统评价了微生物抗菌除臭菌液对污水中三类常见污染物去除率的影响。
结果表明:
①好氧条件下,微生物抗菌除臭菌系菌液显著提高污水CODcr去除率的适宜加入量（Ｖ菌液/Ｖ污水）为5/10000-1/1000,增幅达10%;②微生物抗菌除臭菌系在好氧条件下能显著或极显著提高污水NH4+-N的硝化程度,当除臭剂加入量为5/1000时效果最好,增幅达37.62%;厌氧条件下,当加入量为1/10000-1/1000时,能极显著增强污水的反硝化作用,NO3--N的去除率约提高14%。
③微生物抗菌除臭菌系加入量大于5/1000时,才能显著提高污水的除磷能力。
由试验可知：
微生物抗菌除臭菌系可以有效地降解污水的有机物质，降低氮、磷的含量，增加水体的透明度，改善底泥颜色并且有效去除异味。
6.3室内垃圾除臭实验
于一间密封的房间内放一堆已高度腐烂的产生恶臭的垃圾（主要是生活垃圾），在垃圾周围设置不同的采集地点进行采样和喷药，各测定喷药前及喷药后15min恶臭中的NH3、H2S浓度。
试验结果表明抗菌微生物除臭菌系对生活垃圾具有明显的除臭效果，NH3最高去除率可达82.98%，H2S的最高去除率可达78.33%。
6.4新型微生物抗菌菌系净化畜舍空气效果的实验
运用喷洒法将除臭菌系按每m3空间往地面上均匀撒放液体除臭菌系，测定氨和硫化氢的浓度。
栏舍内5点采样，取平均值，重复实验5次。
结果表明,本除臭剂可使鸡舍内的氨和硫化氢分别平均降解72.5%和81.8%,舍内空气氨和硫化氢分别平均降到16.8mg·m-3和3.9mg·m-3,可明显降低鸡舍内的臭味。
研究表明,本除臭菌系是目前净化畜舍空气较好的净化剂。
6.5养殖厂鸡舍主要致病性微生物的监测及抗菌试验
对杨凌、宝鸡、高陵等地5家养鸡场鸡舍空气主要致病性微生物的污染情况进行调查的基础上，应用新型微生物抗菌除臭菌系进行消毒，比较处理前后的主要致病性微生物的变化。
结果表明：
处理后鸡舍空气中含致病微生物显著降低。
总细菌杀灭率达86%～94%，大肠杆菌杀灭率达88%～99%，葡萄球菌杀灭率达87%～94%，霉菌杀灭率达91%～96%。
一般认为鸡舍空气细菌杀灭率达80%以上为良好，我们监测消毒后鸡舍空气含3种主要致病菌的杀灭率达78%～95%，证明抗菌微生物除臭菌系对鸡舍空气中致病菌有较强的杀灭作用，达到预期环境控制目的。
同时试验结果还表明利用抗菌微生物除臭菌系与市售的高效广谱消毒药易克林具有同等的抗菌效果。
6.6家用电冰箱抗菌除臭实验
为了解家用冰箱的细菌与真菌污染情况，科研人员对56台使用中的冰箱采样112份进行检测，观察冰箱细菌和真菌是否超标。
将新型抗菌除臭菌系菌液稀释成不同浓度按一定的投放量对家用冰箱进行喷洒除臭处理，测定除臭菌液对冰箱臭味的去除能力及不同浓度菌液的除臭菌系对冰箱除臭效果的影响。
实验表明该除臭菌系对冰箱中的臭气有很好的除臭效果。
6.7微生物抗菌除臭菌系对运动鞋的抑菌除臭试验
为了测试微生物抗菌除臭菌系对运动鞋的抑菌除臭试验,在实验室及现场对该样品进行了抑菌试验和皮肤刺激试验。
喷雾法检测微生物抗菌除臭菌系对运动鞋的抑菌效果试验;试验结果表明该微生物抗菌除臭菌系原药对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌抑菌率分别为93%和95%，将原药稀释240倍，对金黄色球菌抑菌率为90.95%；对白色念珠菌抑率90.90%。
现场试验结果表明，用原有益菌群制剂进行喷雾，对鞋内自然污染菌平均抑菌率为97.06%，皮肤刺激试验表明该样品对皮肤无刺激。
该产品适用于对鞋袜的抑菌除臭。
（二）新型微生物抗菌除臭菌系的关键技术
有针对性地筛选培育出来自纯天然、无污染的秦岭太白山区的高效抗菌和除臭并能降解有机物的复合型微生物，通过先进工业发酵技术，将好氧，兼氧和厌氧的多种生物共生在一起为一种有益微生物菌群，此菌群被激活后通过驯化在污水等恶臭污质中迅速繁殖，能快速分解污质中的有机物，同时停靠相互间共生增殖及协同作用，代谢出抗氧化物质，形成稳定而复杂的生态系统，抑制有害微生物的生长繁殖，抑制硫、氮等恶臭物质产生的臭味，激活污质中具有净化功能的原生物动物、微生物及水生植物，通过这些物质的综合效应从而达到净化污质，抗菌和除臭的目的。
综合目前研究和应用成果，该菌系在恶臭处理中，具有降解有机物、减少污染产量、分解营养盐类物质从而祛除臭味，并具有抑制有害微生物滋生、激活有益微生物等功效。
（三）新型微生物抗菌除臭菌系的科技创新点
1．本项目研究所取得的抗菌除臭菌系的菌种采集、筛选方法、发酵方法均由课题组科研人员经过大量的试验摸索得到的，目前国内外未见相同文献报道。
2．荧光假单胞杆菌陕西秦岭变种的分离与鉴定，国内外未见相同文献报道。
3．本项目成功分离、鉴定委内瑞拉链霉菌秦岭变种，国内外未见相同文献报道。
4．本项目有关微生物抗菌除臭菌系混发酵工艺的研究在相关研究中具有新颖性和先进性，国内外未见相同文献报道。
三、市场分析预测
随着人们对环境质量和生活质量要求的不断提高，生物除臭越来越多的引起人们的重视和亲睐。
本产品问世以后，咨询电、求购函、包销商纷至沓来，如安徽省环卫部门要求合作，为他们提供该项目产品，解决全省中等城市近万座旱厕的高温季节恶臭扰民的问题；四川省某大型饲料企业要求用生物除臭技术帮助他们解决在饲料生产过程中，发酵工艺环节的恶臭污染环境问题，并共同研究在饲料中添加生物除臭剂，以彻底解决畜禽排便严重污染环境的技术问题，陕西一城市要求解决大型人工湖湖水腐臭后的生物除臭问题等等……。
如果全国各大、中城市乃至小城市、农村的旱厕都用生物除臭剂来解决环境污染问题，如果全国的饲料企业都用生物除臭剂解决生产中的环境污染问题，还有日常生活中如家用卫生间、污水处理厂、垃圾转运站以及受污染的湖泊、排水沟等地方会扩散出恶臭气体防治，工业生产中如养殖厂、涂料厂、制药厂、食品加工厂、化工厂等污染治理等等。
不难想象生物除臭剂将具有十分巨大的消费市场。
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