摘要
废气来自于工农业生产，如农场、炼油厂、污水处理厂、废水处理设施、油漆车间、造纸厂和各种化学工厂。这种空气污染的影响可能包括：损害环境质量、干扰商业活动、损害人身安全、使财物或动植物不适合人类使用。
气体处理技术可分为三类，即化学（热氧化、催化氧化、臭氧化）、物理（凝固、吸附、吸收）、生物（使用生物过滤器、生物滴滤器、生物洗涤器和其他生物反应器）法。生物处理法优于物理和化学法的一个重要优势是生物处理过程可以在中等温度（10e40C）和标准大气压下进行。此外，微生物降解过程通常是氧化性的，并且会产生诸如二氧化碳、水、硫酸盐和硝酸盐等生态安全的化合物。
生物气味疗法的应用可以追溯到1950年。起初，简单的土壤生物过滤床已经被使用了，后来，在更高级的过滤器结构中使用了其他的材料并且这些材料在更先进的过滤设备中做用过，比如生物滴滤器。最终，bioscrubbers被开发出来。在积累经验的基础上，更多的工艺和设备得到运用，于是新的生物处理方法诞生了。
在最近30年得报道中可知，气体的生物处理技术成熟到了一个发展良好的技术领域。为了提供一个概述包括使用各种微生物和营养素的现有技术状态和工艺原理特征，设备设计的变化以及不同气味处理技术的应用范围被概述和比较了。
1.介绍
气味来自农业和工业活动，如动物饲养场，提炼厂，废水处理等植物，废物处理或处置设施，油漆店，炼油厂，纸浆和造纸厂，塑料和树脂生产，以及各种化学工业（Bordado and Gomes，2003; Chen and霍夫，2009; Bajpai，2014年）。 最显着的恶臭气体是含氮化合物包括氨（NH3），含硫化合物包括硫化氢（H2S）和硫醇，有机酸，醛和碳氢化合物（JRC，2014）。 这种空气污染可能导致一些问题，其中包括（Nicell，2009）：
1.环境质量退化;
2. 干扰商业活动;
3. 对任何人造成不适，危害或安全风险;
4. 对使用任何财产，植物或动物造成的干扰。
人类长时间接触气味会导致多种健康影响，包括情绪压力，如产生焦虑状况，不安或抑郁刺激，还有对身体造成不适造成机能降低的症状，如呼吸问题，恶心或呕吐（Sironi等，2010）。
减少气味是一个非常复杂的问题，包括法律气味排放要求，气味来源管理，气味处理方法以及测量方法和臭气的排放评估（Henshaw等人，2006; Frechen，2009）。公众意识的发展，国际化和国家政策以及管理和工程方法已经是气味处理发展的驱动因素技术。在欧盟，基本的法律要求是欧洲议会指令2008/50 / EC中规定和21（2008）理事会和2010/75 / EU号指令欧洲议会和24（2010）理事会。来自全球透视，现有的法律要求和消除气味的策略Loriato等人对不同国家的应用进行了审查。（2012年）。气味管理的相关问题来源和气味的测量在评估BAT文件草案中系统地介绍了排放量（JRC，2014）并在最近的出版物（Brattoli等人，2014; Giungato等，2016）。
本文主要关注气味处理技术主要基于生物技术应用。一般来说，气味处理技术可以分为三类，即使用化学品（热氧化，催化剂氧化，臭氧化），物理（冷凝，吸附，吸收）和生物（使用生物过滤器，生物滴滤器，生物洗涤器和其他生物反应器类型）处理方法。
物理和化学技术已被广泛应用，因为它们的空床停留时间（EBRT）短会导致在设计和运行中紧凑的设备和快速的启动，并且还积累了很多经验，这些经验已经积累了数十年，并且还适用于大流量废气流和高污染物浓度（Kennes和Veiga，2010; Estrada等人，2011）。生物气味消除方法更多比物理和化学技术更环保因为生物过程不需要使用化学品并可以在常温（10〜40℃）和大气条件下进行压力。与物理化学处理相比，生物方法如生物洗涤和生物过滤成本较低（如图1所示），操作简单生态清洁，因为微生物降解的过程通常在自然界是氧化性的并且产生生态安全的最终产品如二氧化碳，水，硫酸盐和硝酸盐（Revah和Morgan-Sagastume，2005; Estrada等，2011; Bindra等人，2015年）。
多年的研究和实际应用表明生物技术可以被认为是传统的物理或化学处理方法的稳健可靠的替代方法（Iranpour等人，2005; Mudliar等，2010; Bajpai，2014年）。本文是旨在对从污染的空气中去除恶臭气体的方法进行概述，概述了这些方法在单独或作为联合清除系统的一部分使用时的应用范围，并进行比较他们的优点和缺点。一个完全令人信服的比较需要采用可持续性方法;然而，这例如，只能针对特定的应用领域，例如污水处理厂（Kraakman等，2014;Alfonsiacute;n等，2015）和堆肥设施（Bindra等，2015）。本文作者的注意力集中在生物学和技术上和除臭方法的各个方面，而其具体应用仅被提及，因此，可持续性方面没有详细讨论。
- 评审方法
在本文中引用的大部分文献都是在为波兰工业实施气味处理生物学方法的多年研究和开发工作中收集的。在确定重要的研究方向时，其他作者以前发表的一些论文中的信息证明是有帮助的（Iranpour等，2005; Mudliar等，2010）。最近的关于废水和废气处理最佳可行技术的文件草案及化工部门和相关行业的管理体系（JRC，2014）也被考虑在内。
利用西里西亚科技大学和华沙科技大学图书馆的资源进行了系统的文献检索。 利用气味处理，气味控制，除臭，生物过滤，生物滴滤，生物洗涤，生物消除，生物降解，微生物降解等关键词搜索ScienceDirect，PubMed和其他数据库等等。
在300多个确定的文献资料中，有230个被列入参考文献清单并在审查中引用。 1980年出版的四篇文献（占总数的2％）主要是因为当时它们表明了生物处理方法发展的重要趋势的开始。 1990年发表的资料来源占15％，2000年至2009年占45％，其余38％来源于2010年或以后发表。
从整体上看，选定的文献资料显示了微生物用于气味处理的进展。然而，在经过深入研究和开发活动的时期以及1970和1980年的新应用领域的探索之后，这一演变沿着几条不同的路径前进。作为主要的进展路径，即主要的治疗方法，生物过滤，生物滴滤，生物洗涤等技术得到广泛认可。
关于经审查的出版物的主题，17％被发现形成了一个小组，其中讨论了废气处理和/或气味控制的一般问题，或讨论了两种以上的生物气味处理方法。其余来源根据处理方法分为四组。事实上，由于一些论文讨论了多种治疗方法，这些群体之间的边界并不清晰。除此之外，还有一个术语问题，因为术语“bioscrubbing”并没有一贯用于文献（关于这方面的更多信息，请参见下面的第5节）。在检查出版物的内容后，发现生物过滤是总污染源40％，生物膜过滤24％，生物洗涤8％和其他技术11％的主要议题。在这四个小组的每个小组内，搜集了关于生物方法的操作原理，气味处理过程和设备的具体特征，典型应用和待解决的研究问题的信息。搜索工作的结果将在本文后面的章节中进行介绍。
- 生物过滤技术
生物过滤是从空气中去除不需要的气态化合物的最古老的生物方法。 近一个世纪以来，生物过滤器已被用于去除污水处理厂或集约化动物农场排放的有气味的化合物（Chen和Hoff，2009; Veiga，2013）。 从1970年代后期开始，大部分生物废气处理开发工作在德国和荷兰进行（Schippert，1986; van Groenestijn和Hesselink，1993）。 在1980年代，西欧，日本和美国的密集进展已经开始，从那以后，生物过滤的研究正在集中在工业应用，使用不同的过滤器设计和不同的微生物（Soccol等人，2003; Easter等人，2009）。
生物过滤器（BF）是固定床生物反应器，其中活性微生物被固定。 污染气体流过多孔床材料，污染物扩散到微生物群落形成的生物膜中，在生物膜中发生不需要的化合物的生物氧化（Delhom enie和Heitz，2005）。生物过滤的一个重要特征是不使用流动液相; 这有助于处理难溶于水的污染物，即无量纲亨利系数为10（van Groenestijn和Hesselink，1993; De Heyder等，1994; Zhu等，2004）
两种生物过滤器配置正在使用中：
1.开放的生物过滤器（图2）通常建成一个混凝土箱子，其上部与大气接触。 由于开放的生物过滤器暴露于气候变化，植物生长可能发生。 操作难以稳定：过度下雨后，过滤器床可能太湿; 晴天过后，它可能太干燥。
2.封闭的生物过滤器（图3）通常装在钢或塑料容器中。 流体流量，流体成分，温度等工艺参数更容易监测和控制（Schnelle等，2015）。
两种生物过滤器版本（Toffey，2008）的实践经验证明，开放式生物过滤器的结构部件可能需要每两到三年更换一次。如果可以方便地更换床料而不会对空气分配系统产生不利影响，则可延长其使用寿命。在封闭的生物过滤器中，结构部件可以更好地防止磨损和外部天气条件，使其使用寿命更长。
生物过滤器的主要优点是投资和运行成本低，无二次废水流，压降低，适合处理大量低浓度臭气（Mudliar等，2010; Schnelle等，2015）。此外化合物的空气/水分配系数可达LogP=10在循环生物过滤器中可以得到有效处理，因为气体停留时间通常很长，30e60s，滤床的比表面积很大，达到1000m2 / m3以上（AMBIO Biofiltration，2016）。
生物过滤的缺点是水分和pH值控制困难，高浓度污染物处理效率低，床层材料变质导致需要定期更换，以及由于颗粒物质可能导致床层堵塞（Datta和Alen， 2005; Mudliar等，2010）。生物滤池的设计可能需要进行试点研究，特别是如果气流含有污染物混合物。通常会发生共代谢，这会影响降解速率，并可能影响生物过滤性能（Schnelle等，2015）。
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- 生物过滤器的工作原理
生物过滤工艺的第一步是将污染物从气体转移到潮湿的床层材料，或转移到封闭的生物过滤器中的液相，再进入生物膜（Raghuvanshi等，2012）。第二步是生物降解。生物膜，即生长在床料（包装）表面上的微生物的质量，并且执行将污染物转化为无害化合物的代谢活动，是涉及销毁污染物的关键生物过滤器组分（Bohn，1992; Singh and Ward ，2005; Delhomenie和Heitz，2005）。生物膜含有细菌，真菌，酵母，纤毛原生动物，阿米巴虫，线虫和藻类的混合物。细菌和真菌是两种主要的微生物。但是随着细菌种群（主要降解菌）的生长，它们可以维持酵母菌和其他真菌，藻类以及原生动物，轮虫，线虫等高等生物（Kennes and Veiga，2013）。如Chung等人所示。（2010）在他们的二甲基硫化物去除实验中使用在用废水污泥接种的颗粒状活性炭和泥炭（1：2）生物过滤器中，细菌群体主要为属于变形菌门（恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）; Desulfobacca醋酸杆菌，Desulfatirhabdium butyrativoran，便秘菌，嗜酸假单胞菌）Firmicutes（金黄色葡萄球菌，梭菌thiosulfatireducens，蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus））和放线菌（Actinobacteria）（Cellulosimicrobium cellulans，terrabacter terrae）。
到目前为止，已经研究了在生物过滤器中使用微生物的不同方面：微生物的类型及其代谢活性，分离和表征，使用细菌或真菌的纯培养物，混合微生物群体，培养物富集的效果，包括应用特定菌株 ，外部条件对微生物活性和微生物释放的影响来自生物过滤器（Soccol等人，2003）。
微生物是生物处理过程的发动机。碳蒸气通过好氧异养微生物去除，利用蒸气作为碳源和能源。在H2S或氨去除的情况下，主要降解物是自养生物; 通常情况下，污染物是能源，大气中的二氧化碳被用作生长碳的来源。 在二甲基硫或二甲基二硫化物生物降解的情况下，有必要同时使用自养和异养微生物。次生降解物和高等生物是非常重要的，因为它们参与降低生物质积累速率和回收必需无机营养素（ Seignez等，2004）。 一些研究人员调查了轮虫，线虫和蝇幼虫在防止过量生物量生长中的用途（Bhaskaran等，2008）。
微生物群落的组成及其在生物过滤器中的存活取决于包装材料和气体中的物理和化学条件（Singh and Ward，2005）。天然包装材料（例如堆肥）通常含有足够数量的不同微生物以引发污染物的生物降解。在适应期（适应）期间，微生物的生长起初较慢，但随着活性生物体数量的增加，该过程的效率普遍提高。对于容易溶解的污染物，通过接种已知可有效降解处理过的污染物的特定培养物的滤床，可以将适应时间缩短至几天（Datta和Alen，2005）。
尽管生物过滤器的含量较少，但已知真菌能够去除VOC和硫化合物，如甲苯，硫化氢，甲硫醇和二甲基硫化物，并且有报道称真菌生物降解速率有时高于细菌（Garciacute;a-Pene等。，2001）。溶剂蒸汽和疏水VOCs如戊烷和己烷的真菌生物过滤也有报道Qi等，2005; Revah等，2011）。大多数合适的真菌属于毛霉属（Mortierella和Rhizopus）和半知菌属（Penicillium，Aspergillus，Cladosporium，Fusarium，Trichoderma，Alternaria和Botrytis）（Soccol等，2003; Revah等，2011）。
3.2生物过滤工艺和设备
通过提供对微生物生长的支持，滤床是生物过滤设备的关键组件。预计过滤材料将满足一
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