生物基复合膜：垃圾填埋场硫化氢污染治理的新希望

为解决垃圾填埋场 H2S 排放问题，研究人员开发细菌纤维素 / 活性炭复合膜，吸附和氧化能力出色，有应用潜力。

　　在全球城市化进程不断加速的当下，城市产生的垃圾数量如滚雪球般日益增多。据统计，全球每年产生的城市生活垃圾（MSW）约达 21 亿吨。目前，垃圾填埋仍是最主要的处理方式，因其成本较低且操作相对简单。然而，垃圾填埋场就像一个隐藏的 “臭气制造机”，其中有机物的分解会释放出各种恶臭气体，而硫化氢（H₂S）就是 “臭味大军” 中的 “主力军” 。

H₂S 不仅气味刺鼻，其极低的气味阈值（约 1.83 μg?m^-3）和高毒性更是给周边居民和工作人员的健康带来了极大威胁。想象一下，在垃圾填埋场附近，人们时刻都要忍受着难闻的气味，还可能面临中毒的风险，生活质量严重下降。传统的处理方法，如洗涤器、光催化氧化、臭氧氧化和生物过滤器等，在面对垃圾填埋场 H₂S 排放面积大、无固定排放源的特点时，往往束手无策。一些研究提出用覆盖材料来减少臭气排放，但这些材料要么来源困难，要么微生物定植时间长，难以大规模应用。

为了攻克这一难题，南开大学的研究人员展开了一场充满挑战的科研之旅。他们的研究成果发表在《Microbial Cell Factories》杂志上，为垃圾填埋场 H₂S 污染治理带来了新的曙光。

研究人员主要运用了基因工程技术、材料制备技术和微生物分析技术。在基因工程方面，将来自 Cupriavidus pinatubonensis JMP134 的 sqr 和 pdo 基因导入 Kosakonia oryzendophytica FY - 07 菌株；材料制备上，通过在发酵培养基中添加活性炭制备生物复合膜；微生物分析则借助 16S 高通量测序监测微生物群落变化。

在构建和表征工程菌株的研究中，研究人员把 C. pinatubonensis JMP134 的 SQR/PDO 氧化系统导入 FY - 07，获得 FY - 07 pBBR1 - MCS2 - sqrpdo2 菌株。实验发现，野生型菌株会产生大量 H₂S，而工程菌株则检测不到 H₂S 产生。在模拟低氧环境的实验中，工程菌株的 H₂S 降解能力比野生型强得多，并且其氧化产物亚硫酸盐（SO₃^{2 -} ）和硫代硫酸盐（S₂O₃^{2 -} ）浓度也显著高于野生型，证明了导入的氧化系统成功增强了 FY - 07 的硫氧化能力。

对复合膜材料的评估结果显示，这种由工程菌株和活性炭制备的生物复合膜表现出色。它对 H₂S 的吸附能力很强，当发酵培养基中活性炭添加量为 1% 时，复合膜的最大吸附量可达 7.3 g?m^-3·day^-1 ，且吸附速度快。在模拟工业恶臭环境的实验中，即使 H₂S 浓度突然增加，该复合膜仍能保持近 100% 的处理效率，展现出良好的稳定性和抗冲击能力。

通过微观实验发现，在模拟垃圾填埋环境中，复合膜能有效降解 H₂S，5 天内出口处检测不到 H₂S 释放，降解效率达 100%。同时，FY - 07 菌株在土壤中能够稳定生长，这表明复合膜主要通过化学吸附和微生物氧化去除 H₂S，并且能与土壤中的硫氧化细菌协同作用。

微生物群落分析表明，随着复合膜处理时间的推进，土壤膜中的微生物群落发生了显著变化。一些细菌，如 Clostridium sensu stricto 12 和 Anaerosporobacter，可能参与了环境中的硫循环。引入工程菌株后，土壤微生物群落逐渐稳定成新的结构，更有利于细菌纤维素和 H₂S 气体的降解。

研究结论表明，将 SQR/PDO 系统导入产细菌纤维素的 K. oryzendophytica FY - 07 菌株，并通过原位改性制备的生物复合膜，在吸附和氧化 H₂S 方面性能卓越。而且，工程菌株能稳定存在于土壤中，改变土壤微生物群落结构，使其更利于 H₂S 处理。不过，要实现该技术的实际应用，还需要进一步优化微生物菌株和培养基配方，测试工程菌株在实际环境中的长期稳定性和生态影响，研究膜材料的抗污染性和耐久性等。这项研究为垃圾填埋场 H₂S 污染治理提供了新的方向和思路，有望在未来的环境保护中发挥重要作用，让垃圾填埋场周边的环境变得更加美好，人们不再受恶臭气体的困扰。