礦化垃圾反應(yīng)床處理填埋場滲濾液工藝優(yōu)化及運(yùn)行機(jī)制研究.pdf

1、為了提高礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)滲濾液的處理能力，同時(shí)闡明其對(duì)污染物的降 解轉(zhuǎn)化機(jī)制，本課題主要從工藝優(yōu)化和降解機(jī)制兩個(gè)方面進(jìn)行了研究，包括塔 式礦化垃圾反應(yīng)床小試、中試和實(shí)際工程運(yùn)行的工藝參數(shù)優(yōu)化；廢鐵屑、鋼渣、 蘑菇渣、秸稈分別作為改性劑的工藝強(qiáng)化；廢鐵屑固定床耦合礦化垃圾反應(yīng)床 的工藝組合優(yōu)化；強(qiáng)化混凝處理滲濾液尾水的可行性；反應(yīng)床體系中氨氮和磷 的轉(zhuǎn)化機(jī)制以及反應(yīng)床體系中微生物種群的分子水平分析。 通過正交試驗(yàn)研究了固液比、

2、進(jìn)水COD濃度和運(yùn)行周期對(duì)塔式礦化垃圾反 應(yīng)床處理填埋場滲濾液的效能影響。在溫度為10-37℃條件下，固液比是影響 體系污染物去除性能的關(guān)鍵因素，最佳的工藝運(yùn)行參數(shù)為：固液比大于50:1， 進(jìn)水COD小于8000mg/L，運(yùn)行周期小于3h?，F(xiàn)場中試研究表明，在溫度為10-37 ℃，水力負(fù)荷為0.267-0.444 m3/m3礦化垃圾.d條件下，出水COD和氨氮基本上滿足 國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際工程系統(tǒng)對(duì)填埋場滲濾液中的污染物

3、去除效果相對(duì)較 差，分析認(rèn)為主要和床體填充的礦化垃圾性質(zhì)以及處理滲濾液的可生化性有關(guān)。 在固液比為10:1，運(yùn)行周期為3h，水力負(fù)荷為0.08m3/m3礦化垃圾.d條件下， 分別采用廢鐵屑、鋼渣、蘑菇渣、秸稈作為改性劑進(jìn)行礦化垃圾反應(yīng)床處理填 埋場滲濾液的工藝強(qiáng)化研究。從工程實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，認(rèn)為廢鐵屑是相對(duì)較 為理想的一種改性劑。鐵屑固定床耦合塔式反應(yīng)床處理填埋場滲濾液的工藝組 合優(yōu)化研究表明，前置鐵屑固定床和間歇曝氣沉淀

4、具有明顯強(qiáng)化反應(yīng)床體系去 除COD和氨氮的能力，出水COD小于150mg/L，氨氮小于5mg/L。后置鐵屑 固定床和間歇曝氣沉淀不能有效強(qiáng)化去除塔式反應(yīng)床出水中的COD。隨著鐵屑 內(nèi)電解反應(yīng)器的不斷完善，前置鐵屑固定床和間歇曝氣沉淀可作為強(qiáng)化礦化垃 圾反應(yīng)床處理填埋場滲濾液的有效途徑。 聚合氯化鋁、氯化鐵和硫酸鋁強(qiáng)化混凝處理滲濾液尾水的研究表明，氯化 鐵強(qiáng)化混凝的效果最佳，硫酸鋁的效果最差。氯化鐵的最佳混凝條件為：pH 4.

5、5、 FeCl3 1500mg/L、PAM 15mg/L、磺酸類化合物5mg/L和硅藻土1500mg/L， 其COD去除率為60.9％；聚合氯化鋁和硫酸鋁的最佳COD去除率分別為 50％-53％和34.4％。強(qiáng)化混凝不能實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液尾水的有效處理。 礦化垃圾對(duì)氨氮具有“易吸附、難解吸”的特點(diǎn)，礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)氨氮 的吸附是在瞬間(＜10min)完成的，且難以解吸?？捎肍reundlich方程比較準(zhǔn)確 地描述礦化垃圾對(duì)氨氮吸附

6、的整個(gè)過程，其中n值在0.1-0.5之間，表示氨氮吸 附容易進(jìn)行。礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)氨氮的轉(zhuǎn)化研究可知，床體中的陽離子交換位 點(diǎn)僅僅起暫時(shí)貯存氨氮作用，隨即主要通過硝化作用實(shí)現(xiàn)其氨氮吸附活性的生 物再生。通過配水期和落干期的交替循環(huán)，反應(yīng)床完成對(duì)氨氮的吸附和生物轉(zhuǎn) 化再生。因此，分析認(rèn)為礦化垃圾反應(yīng)床的氨氮去除性能與其運(yùn)行年限無關(guān)。 低的總氮去除率是由于其反硝化和厭氧氨氧化效果差所致。 采用修正的Hedley磷素分級(jí)方法對(duì)礦化

7、垃圾中磷的賦存形態(tài)特征進(jìn)行研 究。以NaOH-P和Dil.acid-P構(gòu)成的中度活性磷為礦化垃圾中磷的主要賦存形態(tài)， 占TP的74.9％，說明礦化垃圾中磷的可利用率相對(duì)較高。塔式反應(yīng)床體中不同 磷素形態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化表明，礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)填埋場滲濾液中磷的去除過 程也是其自身富集磷的過程，增加的磷素主要以Dil.acid-P和NaOH-P形態(tài)存在， 而且主要集中在塔式反應(yīng)床的上層床體中。據(jù)此推斷礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)填埋場 滲濾液

8、中磷的轉(zhuǎn)化主要是通過吸附和生成以多羥基磷灰石為主要形式的化合物 而固定。雞糞(含磷較高)和稻草(含磷較低)兩種典型有機(jī)物料均能顯著活 化礦化垃圾中的磷，而且雞糞的磷活化效果優(yōu)于稻草；NaOH-P、Dil.acid-P和 Conc.acid-P是礦化垃圾活化磷的主要來源。 建立了一種適合于礦化垃圾基因組DNA提取的方法，即TENP buffer/PBS buffer—Bead beating/Proteinase K/SDS—

9、Sephadex G-200 spin column的組合。礦 化垃圾反應(yīng)床體系的微生物分子水平分析發(fā)現(xiàn)，礦化垃圾是極端環(huán)境微生物的 載體，包括嗜鹽、嗜堿、嗜熱和嗜冷微生物，說明正是由于礦化垃圾反應(yīng)床中 含有這些具有特殊代謝系統(tǒng)的極端微生物才使其具有強(qiáng)的污染物降解能力，證 實(shí)了礦化垃圾是一種性能優(yōu)越的生物介質(zhì)。反應(yīng)床體系中的細(xì)菌以芽孢桿菌屬、 變形菌屬和動(dòng)球菌屬為優(yōu)勢菌屬，古菌以甲烷八疊球菌屬和甲烷嗜熱菌屬為優(yōu) 勢菌屬。運(yùn)行

10、良好的反應(yīng)床體系中的細(xì)菌主要包括芽孢桿菌屬、微桿菌屬、放 線菌屬、動(dòng)球菌屬、γ-變性菌屬以及未分類的氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌；古菌包括 euryarchaeote、methanomicrobia、產(chǎn)甲烷archaea、Crenarchaeote和一種未知菌。 最后，關(guān)于進(jìn)一步工作的方向包括高效生物反應(yīng)器的開發(fā)、總氮去除率的 提高和礦化垃圾微生物分子水平的深入研究進(jìn)行了簡要的討論。 關(guān)鍵詞：礦化垃圾；塔式反應(yīng)床；氨氮轉(zhuǎn)化；磷轉(zhuǎn)化；微生物分子生