基于生物反應(yīng)器的城市生活垃圾快速降解與滲濾液原位脫氮特性研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的增加，城市生活垃圾產(chǎn)生量日益增長。衛(wèi)生填埋作為我國城市生活垃圾的主要處理手段將長期存在。然而，填埋垃圾穩(wěn)定化緩慢以及滲濾液和填埋氣體引起的環(huán)境污染已經(jīng)引起社會的普遍關(guān)注。論文以城市生活垃圾生物降解和滲濾液原位脫氮為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)室與填埋現(xiàn)場模擬試驗(yàn)，研究了厭氧水飽和與滲濾液回灌條件下的垃圾降解過程、分類收集對垃圾填埋初期降解特性的影響、垃圾填埋層的生物脫氮特性，推斷填埋體機(jī)械壓實(shí)、填埋氣體累積是滲濾

2、液回灌操作導(dǎo)致填埋垃圾生物降解過程受阻的主要原因，提出了城市生活垃圾厭氧水飽和快速降解新技術(shù)，探明了厭氧條件下垃圾填埋層的反硝化能力及其垂直性差異。研究結(jié)果對生物反應(yīng)器垃圾填埋技術(shù)以及原位脫氮技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。具體研究結(jié)果如下： (1)利用模擬生物反應(yīng)器，重點(diǎn)研究了城市生活垃圾在厭氧水飽和條件下(反應(yīng)器A)與滲濾液回灌條件下(反應(yīng)器B)的降解特征。結(jié)果顯示，經(jīng)過420 d的降解，反應(yīng)器A中的滲濾液CODcr濃度和pH

3、值分別為1000 mg·L-1和7.0，反應(yīng)器B則為18000 mg·L-1和低于6.5；反應(yīng)器A填埋氣體和甲烷的累積產(chǎn)生量分別為2800 L和1330 L，反應(yīng)器B僅為1470 L和600 L。這些結(jié)果表明，厭氧水飽和條件與滲濾液回灌條件相比，具有促進(jìn)城市生活垃圾生物降解的作用。滲濾液回灌引起垃圾層快速沉降與壓實(shí)，使得填埋氣體難以擴(kuò)散而累積，累積的氣體降低了生物細(xì)胞與液相的接觸面積，即傳質(zhì)受阻，不利于有機(jī)物的生物降解。此外，溫度變化對

4、填埋氣體的產(chǎn)生過程具有顯著性影響。基于以上研究結(jié)果，最后提出一種城市生活垃圾快速降解處理系統(tǒng)。 (2)將生活垃圾分類收集、資源回收與填埋處置相結(jié)合，借助自行設(shè)計(jì)和建設(shè)的兩座庫容為150 m3的垃圾填埋單元，分析了垃圾分類收集對填埋庫容節(jié)省量和填埋初期降解特征的影響。結(jié)果顯示，城市生活垃圾經(jīng)過分類收集，可直接為后續(xù)填埋處置節(jié)省庫容量約0.573 m3 t-1。在18項(xiàng)滲濾液指標(biāo)中，次生垃圾填埋單元有8項(xiàng)(包括Cu2+、Pb2+、色

5、度、TP、SS、Cd2+、Zn2+和Cl-)高于原始垃圾填埋單元的1.5倍，有5項(xiàng)(包括NH4+、TN、Mn、BOD5和CODcr)略高，有3項(xiàng)(包括pH、TCr和EC)基本相等，僅Fe和DO低于原始垃圾填埋單元。另外，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，次生垃圾填埋單元的甲烷濃度明顯高于原始垃圾填埋單元。因此，垃圾分類收集不僅可以節(jié)省后續(xù)填埋庫容量，而且可以加速有機(jī)物的生物降解，加快填埋體產(chǎn)甲烷進(jìn)程。 (3)借助兩套處于不同穩(wěn)定化程度的厭氧型模

6、擬垃圾反應(yīng)器，考察了不同通風(fēng)條件與接種活性污泥對滲濾液氨氮脫除作用的影響。結(jié)果顯示，在間歇式通風(fēng)條件下，反應(yīng)器中的有機(jī)物與氨氮均得到一定程度的去除。當(dāng)氨氮初始濃度為500-1200 mg L-1時(shí)，去除率為38％~90％，加長持續(xù)通風(fēng)時(shí)間可提高氨氮去除率。然而，硝態(tài)氮濃度(<6.O mg L-1)并未隨著氨氮濃度的降低而明顯升高，而氣相冷凝液中卻檢測到大量的氨氮；接種活性污泥對氨氮的脫除效果影響不大。其主要原因可能是由于反應(yīng)器中存在高濃

7、度游離氨，它抑制硝化作用，但卻強(qiáng)化氨吹脫作用。因此推測，吹脫作用是垃圾層氨氮脫除的主要途徑。 (4)利用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模垃圾填埋厭氧系統(tǒng)，考察了回灌液中硝酸鹽和有機(jī)質(zhì)負(fù)荷對穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段垃圾反硝化特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，首次投加硝酸鹽后，系統(tǒng)可在48 h內(nèi)啟動反硝化作用。垃圾層硝酸鹽還原速率隨著硝酸鹽負(fù)荷的提高而逐漸增大，當(dāng)回灌液初始NO3--N濃度提高到850 mg.L-1，NO3--N去除速率可達(dá)到35 mg.L-1.h-1。垃