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(jī)理研究.pdf

1、回灌型、兩相型和序批式生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)雖能促進(jìn)填埋垃圾快速降解，但未能解決填埋場(chǎng)氮素污染問(wèn)題。本論文旨在探索一種既能促進(jìn)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(chǎng)承載能力，增加填埋容量并控制填埋場(chǎng)氮素污染的生物反應(yīng)器填埋實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。鑒此，本文主要進(jìn)行4個(gè)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(jī)理；其次，構(gòu)建脫氮型生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)，研究了脫氮型生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的垃圾降解特性、原位脫氮性能和原位脫氮機(jī)理；再次，對(duì)脫氮型生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的后期運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，研究?jī)?yōu)化運(yùn)行后“舊垃圾”的快速降解、原位脫氮特性和原位脫氮機(jī)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(duì)生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)內(nèi)亞硝化細(xì)菌在不同垃圾載體上的分布特性進(jìn)行研究，對(duì)生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)內(nèi)的亞硝化細(xì)菌進(jìn)行分離、純化和鑒定，對(duì)生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中亞硝化細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)

3、的演替規(guī)律進(jìn)行探索。主要取得以下結(jié)果： (1)陳垃圾載體經(jīng)過(guò)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(dá)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(jī)物去除性能很好，其COD去除率可達(dá)98.9％。陳垃圾生物反應(yīng)器的反硝化性能取決于進(jìn)水有機(jī)物含量。當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度為零，NO3--N濃度為317.1 mg L-1時(shí)，陳垃圾生物反應(yīng)器的NO3--N去除率僅為36.2％；而當(dāng)進(jìn)水

4、COD約3400 mg L-1，NO3--N濃度為491.1mg L-1時(shí)，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(jī)物去除效能。當(dāng)陳垃圾載體NH4+-N負(fù)荷為89.1 mg N(kg d)-1、供氧量8.5 mg O2(mg N d)-1，進(jìn)水COD濃度3000 mg L-1時(shí)，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(dá)50％，有機(jī)物去除率可達(dá)98％以上。 (4)陳垃圾載體對(duì)氨氮吸附非常迅速，0.5 h即可達(dá)到吸附平衡。陳垃圾載體對(duì)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(jìn)水氨氮的首要機(jī)理。 (5)脫氮型生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)(NBL)的脫氮效果比序批式生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)(BL)好，但會(huì)削減填埋場(chǎng)產(chǎn)氣量，且長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)延緩填埋垃圾的降解

6、和穩(wěn)定。生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)經(jīng)過(guò)200 d的運(yùn)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(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行時(shí)，上層曝氣促進(jìn)了BLF“舊垃圾”的進(jìn)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(guò)110 d的運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，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(píng)價(jià)，復(fù)合型生物反應(yīng)器填埋BL(即生活垃圾首先經(jīng)過(guò)序批式厭氧填埋，再好氧曝氣的厭氧、好氧相結(jié)合的運(yùn)行方式)是生活垃圾快速降解并同時(shí)原位脫氮的較佳選擇。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，BL和NBL滲濾液有機(jī)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(dá)到《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)的排放標(biāo)準(zhǔn)；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(chǎng)200 d的運(yùn)行過(guò)程中，在高有機(jī)物、低氧濃度的BLF和NBLF中，由于亞硝化細(xì)菌可在無(wú)機(jī)惰性垃圾載體上優(yōu)先分布，因而B(niǎo)LF和NB

9、LF內(nèi)亞硝化、硝化和反硝化細(xì)菌共存，主要通過(guò)同步硝化-反硝化原位脫氮；而且，NBLF中亞硝化細(xì)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(chǎng)110 d的優(yōu)化運(yùn)行中，上層曝氣促進(jìn)了BLF“舊垃圾”內(nèi)亞硝化細(xì)菌種類(lèi)和數(shù)量的增長(zhǎng)，從而提高了BLF的原位脫氮性能。 (10)異養(yǎng)硝化細(xì)菌很可能對(duì)生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)內(nèi)氮轉(zhuǎn)化有重要貢獻(xiàn)。從NBLF、BLF和NBLN共分離到2株異養(yǎng)硝化細(xì)菌HN1和HN2