生活垃圾快速降解并原位脱氮的生物反应器填埋技术及机理研究

发布时间：2020-09-27 13:33

　　 回灌型、两相型和序批式生物反应器填埋场虽能促进填埋垃圾快速降解,但未能解决填埋场氮素污染问题。本论文旨在探索一种既能促进垃圾快速降解,又能同步原位脱氮的生物反应器填埋技术,为提高填埋场承载能力,增加填埋容量并控制填埋场氮素污染的生物反应器填埋实践提供理论基础和实践指导。鉴此,本文主要进行4个方面的研究:首先,在分析“陈垃圾”载体的理化性质和微生物分布特征的基础上构建陈垃圾生物反应器,研究陈垃圾生物反应器的产甲烷、反硝化和硝化功能特性及生物化学机理;其次,构建脱氮型生物反应器填埋场,研究了脱氮型生物反应器填埋场的垃圾降解特性、原位脱氮性能和原位脱氮机理;再次,对脱氮型生物反应器填埋场的后期运行进行优化,研究优化运行后“旧垃圾”的快速降解、原位脱氮特性和原位脱氮机理;最后结合传统微生物研究方法和分子生物学手段对生物反应器填埋场内亚硝化细菌在不同垃圾载体上的分布特性进行研究,对生物反应器填埋场内的亚硝化细菌进行分离、纯化和鉴定,对生物反应器填埋场运行过程中亚硝化细菌种群结构的演替规律进行探索。主要取得以下结果: (1)陈垃圾载体经过6-7 yr的填埋,理化性质已基本稳定,而且附着微生物量可达10~(12)CFU g~(-1)以上,可作为优良的生物载体。 (2)陈垃圾生物反应器的有机物去除性能很好,其COD去除率可达98.9%。陈垃圾生物反应器的反硝化性能取决于进水有机物含量。当进水有机物浓度为零,NO_3~--N浓度为317.1 mg L~(-1)时,陈垃圾生物反应器的NO_3~--N去除率仅为36.2%;而当进水COD约3400 mg L~(-1),NO_3~--N浓度为491.1mg L~(-1)时,陈垃圾生物反应器的NO_3~--N、COD去除率分别稳定在99%和90%以上。 (3)陈垃圾硝化生物反应器具有良好的氨氮去除效能、硝化效能、高氧利用率和有机物去除效能。当陈垃圾载体NH_4~+-N负荷为89.1 mg N(kg d)~(-1)、供氧量8.5 mg O_2(mg N d)~(-1),进水COD浓度3000 mg L~(-1)时,反应器的NH_4~+-N去除率接近100%,硝化效率稳定在50%以上,TN去除率可达50%,有机物去除率可达98%以上。 (4)陈垃圾载体对氨氮吸附非常迅速,0.5 h即可达到吸附平衡。陈垃圾载体对氨氮吸附符合Frendlich等温吸附方程,且其吸附量主要受固液比和吸附质氨氮浓度的影响,是陈垃圾生物反应器去除进水氨氮的首要机理。 (5)脱氮型生物反应器填埋场(NBL)的脱氮效果比序批式生物反应器填埋场(BL)好,但会削减填埋场产气量,且长期运行会延缓填埋垃圾的降解和稳定。生物反应器填埋场经过200 d的运行,NBL的氮去除量为BL的1.6倍;但NBL的甲烷产量、垃圾沉降量和垃圾削减量分别为BL的0.58倍、0.85倍和0.76倍。 (6)生物反应器填埋场优化运行时,上层曝气促进了BLF“旧垃圾”的进一步降解和稳定,有利于“旧垃圾”原位脱氮。优化阶段经过110 d的运行,试验结束时,BLF上层“旧垃圾”的BDM、NH_4~+-N、TN含量分别降至11.47%,26.79 mg kg~(-1)和2159 mg kg~(-1),而NBLF“旧垃圾”中BDM、NH_4~+-N、TN含量分别为14.67%、181.1 mg kg~(-1)和4213 mg kg~(-1)。 (7)从垃圾降解、能量利用及原位脱氮效能综合评价,复合型生物反应器填埋BL(即生活垃圾首先经过序批式厌氧填埋,再好氧曝气的厌氧、好氧相结合的运行方式)是生活垃圾快速降解并同时原位脱氮的较佳选择。试验结束时,BL和NBL渗滤液有机性COD浓度分别为114.6 mg L~(-1)和244.1 mg L~(-1);BL渗滤液中NH4_~+-N、TN浓度分别降低到20.60 mg L~(-1)和25.33 mg L~(-1),可达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)的排放标准;而NBL渗滤液中NH_4~+-N、TN浓度仍分别为49.70 mg L~(-1)和53.00 mg L~(-1)。 (8)生物反应器填埋场200 d的运行过程中,在高有机物、低氧浓度的BLF和NBLF中,由于亚硝化细菌可在无机惰性垃圾载体上优先分布,因而BLF和NBLF内亚硝化、硝化和反硝化细菌共存,主要通过同步硝化-反硝化原位脱氮;而且,NBLF中亚硝化细菌种群比BLF稳定,从而有助于提高NBLF的原位脱氮效能。 (9)生物反应器填埋场110 d的优化运行中,上层曝气促进了BLF“旧垃圾”内亚硝化细菌种类和数量的增长,从而提高了BLF的原位脱氮性能。 (10)异养硝化细菌很可能对生物反应器填埋场内氮转化有重要贡献。从NBLF、BLF和NBLN共分离到2株异养硝化细菌HN1和HN2,经初步鉴定分别为产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)和不动杆菌属(Acinetobacter sp.);其中HN1菌株最适生长条件为:pH,7.0;温度,40℃;氨氮浓度,100 mg L~(-1);乙酸,2000 mgL(-1),C/N,20;而且,HN1具有同步硝化-反硝化的功能,因此不能用菌株纯培养过程中亚硝态氮的积累来评价其在氮转化过程中的生态作用。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：X703
【部分图文】：

载体中的氨氮被淋洗出来所造成。(2)陈垃圾产甲烷生物反应器中陈垃圾载体的变化特征反应器运行过程中垃圾载体含水率、BDM、VS及各态氮的变化见图2一6。_，「，口TN严“H和圈Nol’一’“Du‘“5.含水率夕~晌人_，:奢努月目}}}_禹肖n蠢刃犯口}}}内}}}!}}几笠11刀】 H11111111住11吸产二 _H15111111111】lO峙圈抽，，.匕.1七..‘..。.1.卜.。.11020们印 ao100即们萄加10承、决长匀们为匀10叫枕之时间ld图2一6产甲烷生物反应器陈垃圾载体的变化特征Fig.2一 6Tbeehangeofagedrefuseinthemethanogeniebioreaetor结果表明，运行初期的陈垃圾载体平均含水率由38.2%增加至41.8%，此后基本维持不变，说明垃圾载体具有一定的持水性能。陈垃圾载体中的氨氮含量随反应器运行呈下降趋势，由初期的 285.7mgk扩下降至 11.06mg.kg一

乙忿、剑译000时问Id图3一生物反应器填埋场渗滤液及出水的COD变化Fig.3一 7TheProfilesofCODintheleaehateandeffluentfromthebio代 aCtorIandfill帽帽帽帽帽帽帽’ ’’’帽帽，「月BLF.，LF时ruJlu月O卜1130加暇芝资O闪1oo时rejld，502加图3一S生物反应器填埋场中垃圾BDM的变化Fig.3一 8TheProfilesofBDMintherefusefrombioreaetorlandfill从图3-7可知，渗滤液COD浓度变化特征与渗滤液pH变化所表现的垃圾降解过程相呼应，但时间上稍有滞后。BLF和NBLF渗滤液中COD浓度于第22d分别上升至最大值55610mgL’，和 48760mgL一，，此后均随反应器的运行而衰减;与渗滤液pH在第“一91d出现再下降相对应

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本文编号：2827943