處理滲濾液生物濾池的微生物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、衛(wèi)生填埋是城市垃圾處理處置中最經(jīng)濟(jì)的途徑,但隨之產(chǎn)生的垃圾滲濾液對(duì)地下水、地表水及填埋場(chǎng)周?chē)h(huán)境皆會(huì)造成嚴(yán)重污染。滲濾液成分復(fù)雜,處理難度大,尋找一套經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)我國(guó)垃圾滲瀝液處理的工藝技術(shù),對(duì)于我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的處理具有重要意義。本研究采用上海老港垃圾填埋場(chǎng)填埋多年的陳垃圾(Aged Refuse,AR)和廢棄多孔濾料(Porous Waste,PW)作為填料,通過(guò)填料不同的復(fù)配(AR和PW的配比分別為2∶1、1∶0、1∶2和0

2、∶1),構(gòu)建生物濾池反應(yīng)器處理垃圾滲濾液(反應(yīng)柱A、B、C、D)。研究溫度(40℃、30℃、20℃、10℃和5℃)、水力負(fù)荷等參數(shù)變化對(duì)處理效果的影響;通過(guò)研究不同運(yùn)行階段反應(yīng)柱填料的生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化,分析系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌,以及系統(tǒng)功能和群落結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系。主要結(jié)論如下：
　　 ⑴反應(yīng)柱運(yùn)行結(jié)果顯示：各柱在40℃和30℃時(shí)對(duì)氨氮的平均去除率可達(dá)90％以上,當(dāng)降到20℃時(shí),以陳垃圾為主的A和B的出水氨氮開(kāi)始升高,去除率

3、均下降了45％左右,以多孔濾料為主的C和D的氨氮值在10℃時(shí)才有明顯升高,去除率下降了約15％;各柱對(duì)總氮去除存在差異,其中,純陳垃圾柱B的總氮去除率最高可達(dá)53％,而純多孔濾料D柱卻一直低于15％。表明陳垃圾有利于總氮的去除,多孔濾料有利于氨氮的轉(zhuǎn)化,卻不利于總氮的去除。各反應(yīng)柱對(duì)低溫的影響表現(xiàn)不同,在10℃時(shí),D受溫度影響較大,COD去除率下降了約20％,而A影響不大,下降僅6％;表明溫度的變化對(duì)反應(yīng)器的運(yùn)行效果有著極大的關(guān)系。投加

4、菌液后的B柱和D柱的COD去除率均明顯上升,B柱升高了26％左右,而D柱升高了近40％,說(shuō)明投菌對(duì)低溫運(yùn)行反應(yīng)器的功能起到了一定的生物強(qiáng)化作用。
　　 ⑵微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性分析表明,初始陳垃圾中細(xì)菌和AOB(氨氧化菌,Ammonia Oxidizing Bacteria)的多樣性指數(shù)均很低,隨系統(tǒng)的不斷運(yùn)行,多樣性指數(shù)有所上升,微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,總體上呈現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的趨勢(shì)。說(shuō)明適合滲濾液處理的微生物類(lèi)群數(shù)量增多。

5、r>　　 ⑶填料及不同的組合對(duì)反應(yīng)器的微生物群落結(jié)構(gòu)有較大的影響。聚類(lèi)分析結(jié)果顯示,A、B、C、D柱各自聚為一簇,說(shuō)明填料對(duì)反應(yīng)器的微生物群落結(jié)構(gòu)起著最為關(guān)鍵的作用。其中,B、D兩柱的群落結(jié)構(gòu)相似性極低,不同的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其功能有著明顯的差異,D柱的硝化功能較好,但脫氮功能受限;而B(niǎo)柱具有較強(qiáng)的脫氮能力。這可能是由于D柱的純多孔濾料的通透性能較強(qiáng),而B(niǎo)柱的純陳垃圾能夠提供良好的厭氧環(huán)境所致。B柱上、中、下部位的微生物群落結(jié)構(gòu)研究表明,AO

6、B大多存在于上和中部,表明在陳垃圾反應(yīng)柱中亞硝化作用可能發(fā)生在柱體上部和中部區(qū)域。
　　 ⑷溫度變化對(duì)反應(yīng)器的微生物群落結(jié)構(gòu)的影響有如下特點(diǎn)。A柱在40℃和30℃時(shí)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似性低,表明其中微生物的變化劇烈,溫度降低到20℃和10℃后,相似性升高,表明柱中菌群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,耐低溫能力較強(qiáng)。B柱的變化規(guī)律與A柱相同。C柱在30℃和20℃時(shí)保持著相似的群落結(jié)構(gòu),但當(dāng)溫度降到10℃時(shí),菌群結(jié)構(gòu)與高溫相比相差較大;D柱的菌群結(jié)構(gòu)同樣在1

7、0℃時(shí)有了較大的波動(dòng)。說(shuō)明溫度對(duì)純多孔濾料柱微生物群落的影響較陳垃圾柱較大。A柱、C柱和D柱中AOB群落結(jié)構(gòu)多樣性較B柱的多樣性指數(shù)高,B柱的群落結(jié)構(gòu)變化較小,這可能是由于B柱填料通透性較A、C和D差,不適于AOB生長(zhǎng)有關(guān)。低溫投菌法強(qiáng)化了反應(yīng)柱對(duì)有機(jī)物的去除,群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,投加的菌液改變了反應(yīng)柱原有的群落結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了系統(tǒng)的運(yùn)行功能。
　　 ⑸反應(yīng)柱中微生物分析結(jié)果表明,絕大多數(shù)的細(xì)菌屬于變形菌門(mén)(Proteobacte

8、ria)和放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria),優(yōu)勢(shì)微生物大多為棒狀桿菌科(Corynebacteriaceae)和腸桿菌科(Enterobacteriaceae),主要種屬有棒狀桿菌屬(Corynebacterium)、志賀氏桿菌屬(Shigella)和變形桿菌屬(Proteus);系統(tǒng)中AOB多屬于變形菌門(mén)(Proteobacteria),優(yōu)勢(shì)AOB主要為亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)。微生物在反應(yīng)器中的分布和其功能

9、相對(duì)應(yīng)。如Comamonas sp.與芳香族化合物生物降解、硝化反硝化反應(yīng)有關(guān),和Flavobacteria bacterium出現(xiàn)在反應(yīng)柱的上部,可能是柱體上部好氧環(huán)境所致;Desulfovibrio sp.與有機(jī)污染物和重金屬生物降解有著直接關(guān)系,屬于專(zhuān)性厭氧硫酸鹽還原菌,出現(xiàn)在反應(yīng)柱的下部,說(shuō)明柱體下部出現(xiàn)了厭氧環(huán)境;Corynebacterium sp.BBDP21、uncultured gamma proteobacteriu