生活垃圾快速降解并原位脫氮的生物反應(yīng)器填埋技術(shù)及機理研究.pdf

1、回灌型、兩相型和序批式生物反應(yīng)器填埋場雖能促進填埋垃圾快速降解，但未能解決填埋場氮素污染問題。本論文旨在探索一種既能促進垃圾快速降解，又能同步原位脫氮的生物反應(yīng)器填埋技術(shù)，為提高填埋場承載能力，增加填埋容量并控制填埋場氮素污染的生物反應(yīng)器填埋實踐提供理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。鑒此，本文主要進行4個方面的研究：首先，在分析“陳垃圾”載體的理化性質(zhì)和微生物分布特征的基礎(chǔ)上構(gòu)建陳垃圾生物反應(yīng)器，研究陳垃圾生物反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷、反硝化和硝化功能特性及生

2、物化學(xué)機理；其次，構(gòu)建脫氮型生物反應(yīng)器填埋場，研究了脫氮型生物反應(yīng)器填埋場的垃圾降解特性、原位脫氮性能和原位脫氮機理；再次，對脫氮型生物反應(yīng)器填埋場的后期運行進行優(yōu)化，研究優(yōu)化運行后“舊垃圾”的快速降解、原位脫氮特性和原位脫氮機理；最后結(jié)合傳統(tǒng)微生物研究方法和分子生物學(xué)手段對生物反應(yīng)器填埋場內(nèi)亞硝化細菌在不同垃圾載體上的分布特性進行研究，對生物反應(yīng)器填埋場內(nèi)的亞硝化細菌進行分離、純化和鑒定，對生物反應(yīng)器填埋場運行過程中亞硝化細菌種群結(jié)構(gòu)

3、的演替規(guī)律進行探索。主要取得以下結(jié)果： (1)陳垃圾載體經(jīng)過6-7 yr的填埋，理化性質(zhì)已基本穩(wěn)定，而且附著微生物量可達1012 CFUg-1以上，可作為優(yōu)良的生物載體。 (2)陳垃圾生物反應(yīng)器的有機物去除性能很好，其COD去除率可達98.9％。陳垃圾生物反應(yīng)器的反硝化性能取決于進水有機物含量。當(dāng)進水有機物濃度為零，NO3--N濃度為317.1 mg L-1時，陳垃圾生物反應(yīng)器的NO3--N去除率僅為36.2％；而當(dāng)進水

4、COD約3400 mg L-1，NO3--N濃度為491.1mg L-1時，陳垃圾生物反應(yīng)器的NO3--N、COD去除率分別穩(wěn)定在99％和90％以上。 (3)陳垃圾硝化生物反應(yīng)器具有良好的氨氮去除效能、硝化效能、高氧利用率和有機物去除效能。當(dāng)陳垃圾載體NH4+-N負荷為89.1 mg N(kg d)-1、供氧量8.5 mg O2(mg N d)-1，進水COD濃度3000 mg L-1時，反應(yīng)器的NH4+-N去除率接近100％，

5、硝化效率穩(wěn)定在50％以上，TN去除率可達50％，有機物去除率可達98％以上。 (4)陳垃圾載體對氨氮吸附非常迅速，0.5 h即可達到吸附平衡。陳垃圾載體對氨氮吸附符合Frendlich等溫吸附方程，且其吸附量主要受固液比和吸附質(zhì)氨氮濃度的影響，是陳垃圾生物反應(yīng)器去除進水氨氮的首要機理。 (5)脫氮型生物反應(yīng)器填埋場(NBL)的脫氮效果比序批式生物反應(yīng)器填埋場(BL)好，但會削減填埋場產(chǎn)氣量，且長期運行會延緩填埋垃圾的降解

6、和穩(wěn)定。生物反應(yīng)器填埋場經(jīng)過200 d的運行，NBL的氮去除量為BL的1.6倍；但NBL的甲烷產(chǎn)量、垃圾沉降量和垃圾削減量分別為BL的0.58倍、0.85倍和0.76倍。 (6)生物反應(yīng)器填埋場優(yōu)化運行時，上層曝氣促進了BLF“舊垃圾”的進一步降解和穩(wěn)定，有利于“舊垃圾”原位脫氮。優(yōu)化階段經(jīng)過110 d的運行，試驗結(jié)束時，BLF上層“舊垃圾”的BDM、NH4+-N、TN含量分別降至11.47％，26.79 mg kg-1和215

7、9 mg kg-1，而NBLF“舊垃圾”中BDM、NH4+-N、TN含量分別為14.67％、181.1 mg kg-1和4213 mg kg-1。 (7)從垃圾降解、能量利用及原位脫氮效能綜合評價，復(fù)合型生物反應(yīng)器填埋BL(即生活垃圾首先經(jīng)過序批式厭氧填埋，再好氧曝氣的厭氧、好氧相結(jié)合的運行方式)是生活垃圾快速降解并同時原位脫氮的較佳選擇。試驗結(jié)束時，BL和NBL滲濾液有機性COD濃度分別為114.6 mg L-1和244.1

8、mg L-1；BL滲濾液中NH4+-N、TN濃度分別降低到20.60 mg L-1和25.33 mg L-1可達到《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB16889-2008)的排放標準；而NBL滲濾液中NH4+-N、TN濃度仍分別為49.70 mg L-1和53.00 mg L-1。 (8)生物反應(yīng)器填埋場200 d的運行過程中，在高有機物、低氧濃度的BLF和NBLF中，由于亞硝化細菌可在無機惰性垃圾載體上優(yōu)先分布，因而BLF和NB

9、LF內(nèi)亞硝化、硝化和反硝化細菌共存，主要通過同步硝化-反硝化原位脫氮；而且，NBLF中亞硝化細菌種群比BLF穩(wěn)定，從而有助于提高NBLF的原位脫氮效能。 (9)生物反應(yīng)器填埋場110 d的優(yōu)化運行中，上層曝氣促進了BLF“舊垃圾”內(nèi)亞硝化細菌種類和數(shù)量的增長，從而提高了BLF的原位脫氮性能。 (10)異養(yǎng)硝化細菌很可能對生物反應(yīng)器填埋場內(nèi)氮轉(zhuǎn)化有重要貢獻。從NBLF、BLF和NBLN共分離到2株異養(yǎng)硝化細菌HN1和HN2