（环境工程专业论文）准好氧填埋场内氮素动态变化特征研究.pdf

州m 人学硕十学仲沦文摘世 准好氧填埋场内氮素动态变化特征研究 环境工程专业硕士研究生程家丽 指导教师魏世强研究员 黄启飞研究员 摘要 准好氧填埋是一种新型的垃圾填埋方式，它利用渗滤液收集管的不满流设计，使得外界空气进 入垃圾体，从而使填埋场内存在一定的好氧区域，加速了垃圾的降解，大大降低渗滤液中氮浓度。 但目前对准好氧填埋工艺中垃圾降解的机理研究较少，尤其以氮转化研究更为不足。为了更好的设 计准好氧填埋工艺，从源头上控制渗滤液氮污染，因此开展准好氧填埋工艺中氮转化机理的研究具 有重要意义。本文通过对准好氧与厌氧填埋模拟实验对比研究，探讨了准好氧填埋与厌氧填埋渗滤 液中含氮物质的时空变化特性，初步揭示了准好氧填埋结构中氮类物质迁移转化的基本规律。 依据准好氧与厌氧填埋设计原理，分别构建了准好氧与厌氧填埋小型实验装置。沿着模拟填埋 箱竖直方向设置3 个剖面，依据克里格插值方法在每个剖面设置渗滤液采样点。定期对各渗滤液采 样点进行水质分析( c o o = 、b o 耽、t n 、n h 3 - n 、n 0 3 - n 、n 0 2 - n 、p h ) ，研究了准好氧与厌氧填埋 结构渗滤液中氮素的时间动态变化和空间动态变化特征。结果表明，准好氧填埋场垃圾填埋后7 周 内上层，中层和下层渗滤液c o d 浓度呈快速稳定下降趋势，下降率分别达到了8 5 1 、7 5 4 和 5 1 5 ；7 周后三层c o d = 浓度下降趋于缓慢三层c o d = 浓度层次差异明显，呈现出一f 层 中层 上层的规律厌氧填埋上中下三层c o d 浓度下降缓慢且三层浓度差异不明显，并且三层c o 浓 度一直高于准好氧填埋 准好氧填埋结构上层渗滤液中总氮浓度呈稳定下降的趋势，降幅达8 8 6 ：中层和下层总氮浓 度下降幅度较缓慢，降幅分别为7 0 8 和6 1 7 ；厌氧填埋结构三层渗滤液中总氮下降幅度均缓慢， 并且各时间段总氮浓度波动性较大。准好氧填埋结构三层氨氮也呈不断稳定下降的趋势，2 7 周时上 层、中层和下层渗滤液中氨氮浓度分别从填埋初的2 8 4 6 6m gl 1 、2 1 5 4 7 7m gr 1 和3 0 1 8 ，8 1m gl 1 下降到4 5 1 6m gl 一、1 6 3n a gl i 和1 4 4 1 3 2n a gl 1 ；厌氧填埋结构三层渗滤液中氨氮浓度下降趋势不 明显且波动性较大。准好氧填埋上层渗滤液中n 0 3 - n 含量1 5 周前低于中层和下层，1 5 周后n 0 3 n 含量快速上升，到2 7 周时最高达到了6 8 1 5 m g l ，超过了此时上层渗滤液中氮氮的浓度( 4 5 1 6 m g l ) ， 上层大部分氦氮转化成了硝酸盐。而中层和下层渗滤液中硝酸盐浓度变化不显著。厌氧填埋结构上 层渗滤液中硝酸盐基本呈稳定下降的趋势，中层和下层渗滤液中硝酸盐趋势基本一致，没有呈下降 的趋势。准好氧填埋与厌氧填埋各层渗滤液中均出现了亚硝酸的累积，且准好氧填埋比厌氧填埋对 蚰南人0 ：硕十f ：仲论文 摘嘤 讵俏酸的岽积 i l = 午疗人 准好氧填堋上层由丁处丁- 订氧环境氨氮硝化作t t 】强，氩氮与i i i i i 睃盐氮含埘棚笑性极显并( f o 7 4 ，p o 0 1 ) ；中层和卜层处丁_ 兼氧和厌氧状态，硝化作川较弱氨氮与硝酸盐氮含骷相荧性不显 著准好氯填埋上层渗滤液中氨氮与总氮相关性不显著，但中层和卜层氮氮与总氦相关性极显并 ( t = o 7 7 ，p 上 层。准好氧填埋结构上层和中下层渗滤液中硝酸盐层次差异明显，上层硝酸盐浓度远大于中下层； 厌氧填埋结构硝酸盐空间层次差异较小。准好氧填埋与厌氧填埋结构中亚硝酸盐空问层次差异均较 小准好氧与厌氧填埋结构中总氮和氨氮变异系数较低，硝酸盐与硝酸盐变异系数较高。 关键词：准好氧填埋垃圾渗滤液含氮污染物时空变化 州i 十j 人学硕i ：学f 书论文a b s t r a c t s t u d y o ud y n a m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f n i t r o g e ni n s e m i a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：c h e n gj i a l i s u p e r v i s o r ：p r o f w e is h i q i a n g p r o f h u a n gq i f e i a b s t r a c t b e i n ga l l a d v a n c e dt r e a t m e n to fd o m e s t i cw a s t a s , s e m i - a e r o b i cl a n d f i l lw i t si n s t a l l e dl e a c h a t e c o l l e c t i n gc a n a l sw i t l ls l a c kf l o w o w i n gt ot h el o a d i n gw i t ho x y g e nf r o ma i rt h r o u g ht h ep a r t i c u l a rc a n a l s r e l a t i v e l yr a p i d e ra e r o b i cd e g r a d a t i o n sw e r eo c c u r r e di n $ o i e t ez o n e s i nt h es e m i - a e r o b i cl a n d f i l l ，5 0a st o t h ea m m o n i al e v e lw a sd e c e a s e dg r e a t l y h o w e v e r , l i t t l ei n f o r m a t i o nw a sa v a i l a b l ef o rt h ed e g r a d a t i o n m e c h a n i s mi nt h es e m i - a e r o b i cl a n d f i l l ，e s p e c i a l l yi nt h en i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o n , w h i c h w a so f s i g n i f i c a n c ef r o mb e t t e rd e s i g nt h el a n d f i l ls oa st oc o n t r o lt h en i t r o g e np o l l u t i o nf r o ms o u r c e sa n d t h u sw a s i m p e r a t i v ea n dc r i t i c a l t h et h e s i sd i s c u s s e dt e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n so fn i t r o g e nl e v e l si n s e m i - a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r ei nc o n t r a s tw i t ha e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e s ou n d e r s t a n d i n gt h eb a s i cm l eo f t h en i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o ni ns e m i - a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e b yv i r t u eo f t h e i rw o r k i n gw a y s ，t w os m a l l - s c a l es i m u l a t i v ed e v i c e so f t h es e m i a e r o b i cl a n d f i l la n d t h ea n a e r o b i cl a n d f i l lw e l ec o n s t r u c t e d t h r e es t u d i e dt r a n s e c t sa n dt h e i rs a m p l i n gs i t e sw e r ea r r a n g e d a c c o r d i n gt ok r i g i n gp r i n c i p l e so nt h et w ol a n d f i l l sr e s p e c t i v e l y i nt h i ss t u d y , t h ec o n c e n t r a t i o n so f c o d = 、b o d s 、 i n 、n h a - n 、n 0 3 - na n d n 0 2 - n a s w e l l a s p h v a l u e s w e d e t e r m i n e dr e g u l a r l ya c c o r d i n g t ot h ed e g r a d a t i o no fw a s t e s b a s e do nt h e s e ，t e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n so fn i t r o g e nl e v e l sa l o n g w i t hn i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew e r er a p i da n ds m o o t h d e c l i n eo ft h ec o d , , c o n c e n t r a t i o n si nl e a c h a t ei nt h eo p p e m a y e r ，m i d d l e l a y e ra n du n d e r - l a y e ro f s e m i a e r o b i cl a n d f i l lw i t h i ns e v e nw e e k , w h i c hd e c r e a s e d8 5 1 7 5 揣a n d5 1 5 o fo r i g i n a t i o n r e s p e c t i v e l y a f t e rt h a t ，t h ed e c r e a s eo f c o d 口l e v e l si nl e a c h a t et u r n e ds l o w l y , i ns e m i - a e r o b i cl a n d f i l l ，t h e d i f f e r e n c e o f c o d = l e v e l s o ft h r e et r a n s e c t s w a ss i g n i f i c a n t ，w h i c hw a sl i n e dw i t h u n d e r - l a y e r m i d d l e l a y e r u p p e r - l a y e r i nt h ea n a e r o b i cl a n d f i l l ，t h e r ew e r en o ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so f c o d 仃c o n c e n t r a t i o n si nl e a c h a t ei nt h r e et r a n s e c t i nc o m p a r i s o n st os e m i - a e r o b i cl a n d f i l l ，t h ec o d 口 l e v e l s i n t h e t h r e e t r a n s e c t w e r er e l a t i v e l y h i g h e r i n a n a e r o b i c l a n d f i l l m e a n w h i l e ，t h et nc o n c e n t r a t i o ni nt h el e a e h a t ew a sf o u n dt ob ed e c r e a s es m o o t h l yi nt h eu p p e r - l a y e r i ns e m i - a e r o b i cl a n d f i l l ，w h i c hr e d u c e d8 8 5 9 o f o r i g i n a t i o n i nc o m p a r i s o nt ou p p e r - l a y e r , h o w e v e r , t h e i 州南人学硕。e 学仲论文a b s t r a c t d e c r e a s e sw e r ef o u n dt ob es l o wi nt h ei c a c h a t ei nt h em i d d l e l a y e ra n du n d e r - l a y e ri ns e m i - a e r o b i c l a n d f i l l ，w h i c hd e c r e a s e7 0 8 a n d6 1 7 o fo r i g i n a t i o n ，r e s p e c t i v e l y i nt h ea n a e r o b i cl a n d f i l l ，s l o w d e c r e a s e sa n dj u m p i n gf l u c t u a t i o n so ft nc o n c e n t r a t i o n si nt h el e a c h a t ew e r ei n v e s t i g a t e di nt h et h r e e t r a n s e c t s f o rt h ed y n a m i c so fn h 3 0 nl e v e l si nt h el e a c h a t e ，t h el e v e l si nu p p e r - l a y e r ，m i d d l e - l a y e ra n d u n d e r - l a y e rw e r ed e c r e a s e df r o m2 8 4 6 6m gl 2 1 5 4 7 7m gl a n d3 0 1 8 8 1m gl 。1i nt h eo r i g i n a t i o nt o 4 5 1 6m gl 1 ，1 6 3m gl a n d1 4 4 1 3 2m gl w i t h i n2 7w e e k ，r e s p e c t i v e l y c o m p a r a t i v e l y , t h ed e c l i n e so f n h 3 - nc o n c e n t r a t i o mi nt h et h r e el a y e r si nt h ea e r o b i cl a n d f i l lw e r en o ts i g n i f i c a n t o nt h eo t h e rh a n d ， t h ed i f f e r e n c e so ft h ed y n a m i c so fn o r nl e v e l si nt h el e a c h a t ew e r ec o m p a r e di n t h i ss t i l d y i nt h e s e m i - a e r o b i cl a n d f i l l ，t h en 0 3 - nc o n c e n t r a t i o n si nt h el e a c h a t ew e r el o w e ri nu p l x w - l a y e rt h a nt h o s ei nt h e m i d d l e - l a y e ra n du n d e r - l a y e rw i t h i nt h ef i r s t1 5w e e k s a f t e r1 5 w e e k s ，h o w e v e r , t h e r ew a sr a p i di n c r e a s e o f n 0 3 - nl e v e l sa n du pt o6 8 1 5m gl 。i nt h el e a c h a t ei nt h eu p p e r - l a y e ra t2 7w e e k w h i c he x c e e d e dt h e n h 3 - nl e v e l sa n dr e f l e c t e dt h a tm u c ho f n h 3 - np r o b a b l yc h a n g e di n t on 0 3 - n a l s o ，t h ed i f f e r e n c e so f t h e n 屿- nl e v e l si nt h el e a c h a t ew e r en o ts i g n i f i c a n ti nm i d d l e - l a y e ra n du n d e r - l a y e r , i nt h ea e r o b i cl a n d f i l l 。 t h e r ew a sad e c r e a s et r e n do f n h 3 - nl e v e l si nu p p e r - l a y e r , w h i l et h o s ew e r ek e p ts l e a d yi nt h em i d d l e l a y e r a n du n d e r - l a y e r i nt h i ss n i 屯t h ea c c u m u l a t i o n so f n 0 2 - nw e r ef o u n db o t l li nt h es e m i - a e r o b i cl a n d f i l l a n d a e r o b i cl a n d f i l l ，w h i c hw a ss l i g h t l yh i g h e ri ns e m i a e r o b i cl a n d f i l l t h i ss t u d ys h o w e dt h a tt h e r ew a sas i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nn 0 3 - nc o n t e n t sa n d n h 3 - nl e v e l s o 0 1 ) i nt h el e a c h a t ei nt h eu p p e r - l a y e ri ns e m i a e r o b i cl a n d f i l l ，b u t n o ti nt h e m i d d l e l a y e ra n dt h eu n d e r - l a y e r , w h i c hw a sp o s s i b l ye x p l a i n e db ys t r o n g e rn i t r a t i o ni nt h e j u p p e r - l a y e r w i t hs u f f i c i e n to x y g e nt h a nt h a ti no t h e rl a y e r s f u r t h e ra n a l y s i so fn i t r o g e nl e v e l si nt h el e a c h a t e d e m o n s t r a t e dt h a tt h ec o n t e n to f n h 3 - nc o r r e l a t e ds t r o n g l yw i t ht h ec o n c e n t r a t i o n so f l l 呵t h em i d d l e l a y e r a n dt h eu n d e r - l a y e r ( m 0 0 1 ，p m i d d l e - l a y e r u p p e r - l a y e r h it h es e m i a e r o b i cl a n d f i l l ，m o r e o v e rn 0 3 - nc o n c e n t r a t i o n si nt h el e a c h a t ew e r em u c h h i g h e l i nu p l x a - l a y e rt h a nt h o s ei nt h et w ol o w e rl a y e r s a tt h es a m ct i m e t h es p a t i a ld i f f e r e n c e so f n 0 3 - n c o n c e n t r a t i o n sw e r ef o u n dt ob en o ts i g n i f i c a n ti nt h ea e r o b i cl a n d f i l l i nt h i ss t u d y , v a r i a n c eo fn 0 2 - n l e v e l si nd i f f e r e n tl a y e r sw e r eo b s e r v e dt ob en o ts i g n i f i c a n tb o t hi nt h et w ol a n d f i l l s f u r t h e r m o r e ， v a r i a t i o nc o e f f i c i e n t so f t h el e v e l so f t na n dn h 3 - ni nt h el e a c h a t ew c r ef o u n dt ob es m a l li ne v e r yl a y e r i nt h et w ol a n d f i l l s ，w h i l et h o s eo f n 0 3 - na n dn 0 2 - nw e l er e l a t i v e l yl a r g e k e y w o r d s ：s e m i a e r o b i cl a n d f i l li e a e h a t en i t r o g e np o l l u t a n t sv a r i a t i o n 独创性声明 学位论文题目：壅堑氢垫堡垫壹氢盍盘查变垡整堑盟蕉 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者：在家瓦签字日期：弦9 7 年月广日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口保 密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：霍索可 导师签名：雅时谬 签字日期：如7 年多月午日签字日期：o 7 年名月，日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址：邮编： 两南人硕十学付论文第1 章文献综述 第1 章文献综述 城市生活垃圾是指在城i 仃日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的i 棚体废物，以 及法律、行政法规规定视为城市垃圾的同体废物，土要包括生活垃圾和商业垃圾。目前随着经济的 快速发鼹，【业与城市化进程的加快，人口不断涌入城市，使城市的生活垃圾急刷增加，据统计2 0 0 0 年我国城市垃圾的清运耸达到1 5 亿吨，占地达6 万公顷，并以8 - - 1 0 的年增长率在递增由于 多数城市对生活垃圾朱加处理就抛弃在城市附近，使得我国大部分城市已经形成了“垃圾包围城市” 的严重局面，大大影响了城市的形象，制约着城市的发展和建设。大量的城市垃圾如不加以科学的 处置而任意堆放，必将日益对环境产生严重污染，将威胁到人类的生存。因此如何处理庞大的城市 垃圾将关系到经济可持续发展，环境保护和人类健康的重大问题。 目前城市生活垃圾的处置方法包括分选、堆肥、焚烧、填埋等0 1 。其中分选回收既能将垃圾变废 为宝，又能减少废弃物总量，而昂贵的分选代价使得垃圾的回收利用受到限制，同时分选出的玻璃、 纸和塑料等成分也会造成污染，这也大大降低垃圾回收再利用的商业价值，因此分选方法在我国至 今还没有成为垃圾处理的主要方法。堆肥法可以减少垃圾总量的一种方法，而且可以实现资源化再 利用，但是它所能处理的成分不多，减少量也很有限，一般只作为填埋方法的辅助手段。焚烧法大 大缩减垃圾的体积，产生的能量还可以利用，但是前期设备投入费用很高，而且焚烧产生的有害气 体将会污染环境( 如二恶英等) ，另外我国城市垃圾无机、不可燃成分多，有机、可燃成分少，热值 过低，焚烧的热能低，因此焚烧法只能有条件地用来处理少量特殊成分的垃圾，不适合处理成分复 杂量多的垃圾。垃圾的填埋技术是一种最终处理方法，不需要对垃圾预处理，处理成本相对较低， 处理技术简单和处理容量大等特点，因此目前国内仍然将填埋技术作为垃圾的主理方法b l 。针对我 国的国情及城市生活垃圾的特性( 厨余含量高，含水率较高、热值低以及成分复杂) 也决定了在今 后相当长的一段时间内，填埋仍将是我国城市生活垃圾的主要处置方式之一。 1 1 垃圾的填埋技术 1 1 1 卫生填埋 1 1 1 1 卫生填埋技术的概念及其处理功能 垃圾卫生填埋处置是从传统的堆放和土地处置方法发展起来的一项晟终处置技术，不是单纯的 堆、填、埋，而是在铺设有良好防渗性能衬垫的场地上，将固体废弃物铺设成一定厚度的薄层，加 以压实，并加土覆盖“1 。其场地必须具有合适的水文、地质和环境条件，并要进行专门的规划、设 计。严格施工和加强管理。为严格防止周围环境污染，必须设有一个渗滤液收集和处理系统，还要 提供气体的排出和回收管道，并对填埋过程中产生的水、气和附近地下水进行监测。所以卫生填埋 是一种安全、经济、有效的固体废物最终处理方法。与传统的简单填埋相比，能极大地减少固体垃 圾对周围环境的损害。 垃圾填埋场的功能大致可以分为三类：既贮存垃圾、隔断垃圾与外界环境的水力联系及水、气 州i i 人。 硕十学付论文筇i 啦文献综述 平i i 垃圾的处理。垃圾坝堋场的贮存功能足垃圾填川 的肚本功能，即利川亡j 然地或人i 修筑形成一定 的空问，将一定年限内产生的垃圾贮存在内，待空问充满后 1 例，恢复这一地区的原貌。隔水功能 是垃圾填埋场的主要功能，一方面要防i r 由丁垃圾本身所带水分以及降水与垃圾接触产生的垃圾渗 滤液对地卜水和地面水的污染，必须将渗滤液与外界的联系切断。这就要求填王i ! 场必须设有防渗层， 渗滤液集摊水系统另外还要防止外界降雨和地表径流、地下水进入填埋场，这样填埋场还必须有 场内雨水集摊水系统、周边雨水排泄系统等。垃圾填埋场的处理功能是最新铍人们了解的一种功能， 首先垃圾填埋场要对渗滤液以及排出的气体进行必要的处理，其次垃圾在填埋过程中生物作朋和其 他物理化学作用下达到稳定的过程，实际上也是垃圾的处理过程。 1 1 1 2 国内外卫生填埋技术研究状况 目前国外城市生活垃圾卫生填埋技术和实践已提高到相当高的水平，在许多关键技术上，如在 填埋场防渗系统和渗滤液回灌技术上，在填埋气的回收利用及其填埋场施工建设技术等方面部形成 了不同模式的技术系统，有些关键技术在实践中不断地向纵深发展，使垃圾填埋技术稳步提高。国 外垃圾卫生填埋技术的发展不仅体现在治理垃圾污染、实现垃圾无害化方面，还主要体现在资源再 生利用方面，如填埋气回收利用技术的开发。 在发达国家为保证卫生填埋技术的可靠应用，制定了严格的填埋场地勘测、设计，施工及渗滤 液和甲烷气体的收集、排放标准，并使卫生填埋工序科学化，系统化，把垃圾填埋对环境造成的污 染降到最低限度。美国是采用卫生填埋比例较高的国家，从2 0 世纪3 0 年代起，全美就有1 4 0 0 多个 城市采用卫生填埋处置垃圾。到2 0 世纪9 0 年代初，美国已经建立了7 5 0 0 0 个卫生填埋场。此外， 加拿大、英国、意大利、澳大利亚、法国，丹麦、德国等国家也已经建立了大量卫生填埋场 我国卫生填埋技术起步较晚，在2 0 世纪年代以前填埋在我国分散处理自然堆放，后来发展 到集中堆放，一般无覆土，没有无害化和卫生措施。因此垃圾渗滤液和填埋气对环境产生了严重的 二次污染。到8 0 年代后期，我国垃圾填埋技术才有了初步发展，即初始填埋法。进入9 0 年代卫生 填埋技术成为较为成熟的技术。我国建设部和科委在1 9 9 1 年9 月也正式把卫生填埋处置技术确定为 我国近期推广的首选技术，并将是否建立城市垃圾的卫生填埋场作为国家卫生城市的一个重要指标 随后制定了相关的法律性文件，例如城市生活垃圾填埋场检测技术标准( g b 1 3 0 3 7 - - 1 9 9 5 ) 、生 活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - - 1 9 9 7 ) 。我国在2 0 0 0 年，建设部等部门又颁布了城市生活 垃圾处理及污染防治技术政策。这些法律文件的颁发，说明了我国城市生活垃圾处理进入了新阶段。 随着我国经济水平的提高和城市垃圾的大量产生，根据我国社会发展现状和城市垃圾的特点，卫生 填埋技术在今后很长一段时间内将占据我国城市生活垃圾无害化处理的主导方式。 1 1 2 生物反应器填埋 生物反应器填埋技术是在传统的卫生填埋技术的基础上发展起来的，其核心是通过相关控制手 段强化微生物过程，从而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分转化和稳定的一种垃圾卫生填埋 2 西南人中硕k 何论文筇1 帝文献综述 场返彳j ：方式。这些控制手段包括液体( 水、渗滤液) 注入、攫- 箍层改计、营芥添加、p 位删1 7 嗣i 供 氧等。生物反麻器填堋场中一个上真埋单元就是一个小删的可控生物反映器，许多这样j 填州单元构 成的填堋场就是一个人型生物反应器生物反应器不仅贝有一般甲生填土 l ! 场的垃圾储留的功能，还 具有生物降解速度快，稳定化时阀短，填王 i ! 气产封高、收集齐全，一般无需复杂的渗滤液处理设施 等特点。 自2 0 世纪7 0 年代起，美国、英国、加拿大澳人利皿、德国、丹麦、瑞典和日本等国开始了 大量的生物反应器填埋场的研究”1 。7 0 年代以美国为先驱主要进行渗滤液回潍技术的实验室研究”， 其污染物浓度与不经过循环处理的渗滤液浓度相比大大降低。8 0 年代起英、美已有部分填埋场开始 应用渗滤液回灌技术，但大多是在填埋场设计和施工完成后将其作为一项渗滤液管理技术加以利用。 1 9 8 6 年全美国就有2 0 0 多座垃圾填埋场在实施渗滤液回灌，并且还有近2 0 0 座填埋场准备采用这项 管理技术”1 w a r i t h 研究表明”，在渗滤液回灌中适当补充营养物质，调节填埋场内c ：n ：p 的平 衡，可提高有机垃圾的降解速率。r a y n a l 等人”1 报道，渗滤液经场外产甲烷反应器处理后再回流的 系统，可减少酸性p h 值对垃圾层中中性微生物( 产甲烷细菌) 的抑制，有利于垃圾层微生物种群 的综合协调代谢，加速垃圾的稳定化过程和渗滤液中有机物的进一步降解。 相比之下，我国有关生物反应器填埋的研究还处于起步阶段，我国从1 9 9 5 年起才开始进行渗滤 液回灌实验研究“，且研究重点也主要集中在渗滤液回灌这一单存的操作方式上，尚未见有关生 物反应器填埋场的系统报道。刘丹等1 研究表明。回灌前对渗滤液进行加热、加入污泥进行微生物 接种有利于生物反应器填埋场渗滤液有机污染物浓度的快速下降，较低的渗滤液回灌频率有助于生 物反应器填埋场快速进入产甲烷阶段。刘宏远等“2 3 研究发现，生物反应器填埋场具有稳定化时问 短，渗滤液c o d 浓度远低于传统的土地填埋场，给后续渗滤液处理系统的设计及运行带来极大便利。 考虑经济性和可操作性，今后的生物反应器填埋场在合理的日覆盖层和布水系统设计下，其操 作方式还是以渗滤液回灌、p h 值调节和营养添加为主，但在设计和运行时存在一个最优化问题，即 根据垃圾和现场具体情况，利用水力学、微生物学、环境工程学和系统工程的原理和方法，确定最 佳设计方案和运行方式。使生物反应器填埋场在满足环境保护的前提下，实现单位垃圾处理费用低， 这也是今后研究的重点。 生物反应器填埋技术能加速填埋垃圾的稳定化进程，加快渗滤液污染强度的f 降，增大甲烷产 量、增强填埋场对垃圾中有毒有害物质的滞留和降解但是由于渗滤液的循环会导致氦氮的累积， 甚至最终使渗滤液中氨氮浓度高于普通填埋场这不仅增加了渗滤液的场外处理费用和处理难度， 而且高浓度氨氮渗滤液的循环回流会对微生物的生理生态产生毒性作用“”，而低的c n 比又会影响 微生物对可降解垃圾的彻底降解 1 4 e 垃圾渗滤液中氮氮浓度过高的问题一直是常规生物反应器填埋 技术面临的难题，渗滤液晟终还是需要处理才能排放，这在一定程度上限制了该技术的应用和推广。 1 1 。3 准好氧填埋 准好氧填埋是由日本花岛正孝提出“”，它主要是通过填埋场渗滤液收集管网末端和大气连通， 3 州南人中硕| 学化论文筇l 啦文献综述 n ：垃圾堆体发胖产生濉芹的 f ；功卜，使外界人7c 越过渗滤液收集系统刖醛r 【j l 进入垃圾层，使褂j ， 堋地| i 6 乏层，集水管附近、竖直升或，| 气改施左也部分成为好_ 钮状态，而空气接近不了的上贞j l i ! 层中央 部分处丁厌氧状态，在女r 氧与厌氧之问形成旅氧状态。这样准好氧填j l i ! 场垃圾堆体内的微生物活动 包括好氧分解、厌氧分解、兼性好氧分解厌氧条件f ，含碳有机物主要被分解为c 0 2 ，c h 。含 氮有机物被分解为c 0 2 、n h 3 好氧条件f ，含碳有机物主要铍分解为c 0 2 、h ：0 ，含氯有机物主要 被分解为n o f 、n ，。 准好氧填埋主要优点有：渗滤液水质提高并在短时问内趋丁稳定，节省了渗滤液后续处理费用； 甲烷产量大大降低，减少了温室气体的排放和降低了填埋场爆炸燃烧事故的风险；填埋场稳定时间 大大缩减，减少了监管维护费用和土地复用时间；建设投资及运行费_ i j 省：准好氧填埋对机械和设 备的技术水平要求低，便于操作等。 准好氧填埋结构在日本的研究和应用很广泛，1 9 7 5 年，在福冈市政府的支持下，第一个准好 氧填埋场一一s h i nk a m a t a 填埋场建成，从实践验证了准好氧填埋对环境的积极作用i ，1 9 7 9 年， 准好氧填埋技术被日本健康福利省( 部) 颁布的 中层 f 层1 2 8 j 。目前，准好氧填埋技术l e 在我国江西省九江市、山 东省廊坊市、湖南省长沙市及广州市进行实验性应用根据我国国情以及自然、地理和经济特点， 准好氧填埋技术在我国垃圾处置中的应朋必将有广阔的前景。 1 2 填埋场中氮的研究 1 2 1 填埋场内氮的来源与转化 填埋场内氮污染物与城市生活垃圾组成密切相关，城市生活垃圾中的居民区生活垃圾、清扫垃 圾、菜市场垃圾以及污水处理厂的污泥是填埋垃圾的重要组成部分，同时也是填埋场中氮素的重要 来源。生活垃圾中可能存在的含氮化合物有蛋白质，核酸、尿素、尿酸、胺类、硝基化合物、几丁 质、卵磷脂等，这些含氮物质的降解便构成了填埋场内氮化合物的主要来源，填埋场内氮化台物主 要有有机氮、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等几种形态。 填埋场中氮的转化主要包括氨化、硝化、反硝化和同化作用首先填埋场中有机物蛋白质在微 生物产生的蛋白酶作用下进行水解成多肽和二肽，然后由肽酶进一步水解成氨基酸，氨基酸通过降 解释放出氨，释放出的氨一部分被微生物同化为细胞的组成部分，另一部分在有氧条件下经过硝化 细菌作用生成硝酸盐，硝酸盐在兼氧或厌氧状态下发生氧化还原反应，将硝酸盐转化为氮气，也可 以被异氧反硝化细菌作为最终电子受体，通过生物异化还原成氮气。硝酸盐还能通过自氧反硝化细 菌的作用，利用硫化合物和无机碳作为能源进行反硝化，将硝酸盐还原成氮气。氮氮也可以在厌氧 条件下，通过厌氧氨氧化细菌的作用，将氨氮转化为氮气 1 2 2 填埋场内氮的研究状况 填埋场可看作一座大型的生物反应器，其中各种微生物在不同条件下能发生不同的反应，关键 在于占优势的环境条件和底物特性。目前对填埋场内氮的研究大多集中在利用填埋场自身的功能降 低渗滤液中的氢浓度，尤其氨氮的浓度渗滤液回灌是垃圾填埋过程中降低氨氮浓度的一种简单实 用的方法，其实质就是将填埋场作为一个巨大的生物滤床，将产生的渗滤液回流至填埋区域，利用 渗滤液回灌夹带的空气，使氨氮进行硝化作用而降解。 国外学者1 耵g l l 等i 捌研究表明，渗滤液中氮的去除效率与垃圾填埋单元和操作条件( 渗滤液回 灌等) 有相当大的联系，渗滤液回灌的氮去除率达到3 睢5 2 ，而没回灌的只有1 6 - 2 5 。武汉理工 大学的胡海p o l 研究了不同回灌操作条件下氨氮的去除效率，结果表明，水力负荷、回灌周期、水力 停留时间、碳氮比、p h 值等与氨氮的浓度变化均有很大的关系。同济大学刘鹰疆等”对上海老港填 5 两南人中硕卜产位论文 第l 章文献综述 州场进行了k 达四年的现场实验，得i l j 丫垃圾填 i i ! 场渗讧譬液i i i 氨氨 1 然袅a 过榭平| l 舰仆通过数学 拟合，证实了渗滤液中氨氢衰减节负指数衰减的颅测李囡建等i ”强化空t c 通过集气管、集水管与 外界人气的对流，扩人填埋层中的好氧区域，结果表明有利于垃圾和渗滤液中氨氮的左除。郭辉尔 9 ”等研究表明，渗滤液原液同灌会严重抑制垃圾中含氮物质的水解过样，而渗滤液经过好氧处理后 回灌则可显著加速垃圾中含氮物质的水解过程。何晶品等【”1 研究了垃圾填埋场覆盖层灌溉处理渗滤 液，结果表明：裸土覆盖层c o d 去除率为6 5 0 e 2 皇右，氩氮去除率为7 0 - 9 3 ；狗牙根覆盖层c o d 去 除率为6 8 9 3 、氨氮去除率为8 9 9 9 可见，填埋场封场覆盖层灌溉处理氨氮是可行的。且有 植被时效果更佳。 填埋结构对渗滤液中氩氮的含量影响较大，通常好氧填埋结构渗滤液中氨氮浓度远低于厌氧填 埋。王琪等脚1 实验室模拟研究了准好氧、厌氧回流对渗滤液水质的影响，结果表明：准好氧填埋渗 滤液中c o d 去除率高达9 5 ，氨氮浓度在准好氧填埋状态下可以降低到1 0m g l 。张陆良l ”研究也 表明，准好氧填埋能够加速填理场渗滤液中含氮物质的降解，在很短时间内就实现了氨氮去除。o n a y 和p o h l a n d 等1 37 】将准好氧填埋场分为缺氧带、厌氧带、好氧带运行，位于上部的缺氧区用于反硝化 作用，底部的好氧区用于n h 3 - n 转化为硝态氮，中间的厌氧区用于存储渗滤液并且实现硝态氮一氨 氮的转化，结果氮氮去除率为9 5 。p r i c e 等p 3 l 研究发现，填埋场可以作为反硝化反应器，能脱除硝 态氮，将其转化为氮气，这为填埋场中氨氮去除提供了一个较好的选择。另外，填埋场中硝态氮还 能够抑制甲烷的产生。目前我国对准好氧填埋场能有效地降低氨氮浓度的结论已经得到证明，但是 氨氮在准好氧填埋场内的迁移、转化机理的研究几乎是空白。 1 3 渗滤液中氮的处理方法 垃圾渗滤液属于高浓度有机废水，尤其氨氦含量普遍较高，而且浓度变化范围很大9 9 1 。过高浓 度的氮氮将导致渗滤液中渊比过低，渗滤液中营养比例失调，严重影响后续渗滤液生化处理系统的 正常运行【柏】。此外，高浓度氮氮对环境尤其填埋场周围的水体造成严重污染。因此，研究垃圾渗滤 液中氨氮脱除技术，对确保渗滤液后续生化处理的稳定运行及保护环境具有重要的现实意义。 1 3 1 传统生物处理方法 传统生物脱氮技术包括硝化与反硝化两个阶段，首先废水在有氧的条件下，通过好氧硝化细菌 作用将氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，然后在缺氧条件下利用反硝化菌将亚硝酸盐或硝酸盐还原为 氮气逸出，从而达到脱氮的目的。传统生物脱氮工艺有好氧处理、厌氧处理以及两者联合处理工艺， 单一的