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)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10~(12)CFU g~(-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。當進水有機物濃度為零,NO_3~--N濃度為317.1 mg L~(-1)時,陳垃圾生物反應(yīng)器的NO_3~--N去除率僅為36.2%;而當進水COD約3400 mg L~(-1),NO_3~--N濃度為491.1mg L~(-1)時,陳垃圾生物反應(yīng)器的NO_3~--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。當陳垃圾載體NH_4~+-N負荷為89.1 mg N(kg d)~(-1)、供氧量8.5 mg O_2(mg N d)~(-1),進水COD濃度3000 mg L~(-1)時,反應(yīng)器的NH_4~+-N去除率接近100%,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、NH_4~+-N、TN含量分別降至11.47%,26.79 mg kg~(-1)和2159 mg kg~(-1),而NBLF“舊垃圾”中BDM、NH_4~+-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 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NH_4~+-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NBLF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,經(jīng)初步鑒定分別為產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes sp.)和不動桿菌屬(Acinetobacter sp.);其中HN1菌株最適生長條件為:pH,7.0;溫度,40℃;氨氮濃度,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,因此不能用菌株純培養(yǎng)過程中亞硝態(tài)氮的積累來評價其在氮轉(zhuǎn)化過程中的生態(tài)作用。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

載體中的氨氮被淋洗出來所造成。(2)陳垃圾產(chǎn)甲烷生物反應(yīng)器中陳垃圾載體的變化特征反應(yīng)器運行過程中垃圾載體含水率、BDM、VS及各態(tài)氮的變化見圖2一6。_，「，口TN嚴“H和圈Nol’一’“Du‘“5.含水率夕~晌人_，:奢努月目}}}_禹肖n蠢刃犯口}}}內(nèi)}}}!}}幾笠11刀】 H11111111住11吸產(chǎn)二 _H15111111111】lO峙圈抽，，.匕.1七..‘..。.1.卜.。.11020們印 ao100即們萄加10承、決長勻們?yōu)閯?0叫枕之時間ld圖2一6產(chǎn)甲烷生物反應(yīng)器陳垃圾載體的變化特征Fig.2一 6Tbeehangeofagedrefuseinthemethanogeniebioreaetor結(jié)果表明，運行初期的陳垃圾載體平均含水率由38.2%增加至41.8%，此后基本維持不變，說明垃圾載體具有一定的持水性能。陳垃圾載體中的氨氮含量隨反應(yīng)器運行呈下降趨勢，由初期的 285.7mgk擴下降至 11.06mg.kg一

乙忿、劍譯000時問Id圖3一生物反應(yīng)器填埋場滲濾液及出水的COD變化Fig.3一 7TheProfilesofCODintheleaehateandeffluentfromthebio代 aCtorIandfill帽帽帽帽帽帽帽’ ’’’帽帽，「月BLF.，LF時ruJlu月O卜1130加暇芝資O閃1oo時rejld，502加圖3一S生物反應(yīng)器填埋場中垃圾BDM的變化Fig.3一 8TheProfilesofBDMintherefusefrombioreaetorlandfill從圖3-7可知，滲濾液COD濃度變化特征與滲濾液pH變化所表現(xiàn)的垃圾降解過程相呼應(yīng)，但時間上稍有滯后。BLF和NBLF滲濾液中COD濃度于第22d分別上升至最大值55610mgL’，和 48760mgL一，，此后均隨反應(yīng)器的運行而衰減;與滲濾液pH在第“一91d出現(xiàn)再下降相對應(yīng)

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本文編號：2827943