（环境工程专业论文）填埋垃圾生物反应器反硝化性能及反硝化微生物研究.pdf

a u t h o r ss i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ss i g n a t u r e ： t h e s i sr e v i e w e rl ： t h e s i sr e v i e w e r2 ： t h e s i sr e v i e w e r3 ： t h e s i sr e v i e w e r4 t h e s i sr e v i e w e r5 ： c h a l r 丛i 坠迎 ( c o m m i t t e eo fo r a ld e f e n c e ) 一 c o m i d i t t e e m a n1 ： i 坠g ：旦也g g c o m m i t t e e m a n2 - a n c h e n 2 l u o ( 2 0 m m l t t e e m a n3 ：w - e i x i a n gw u c o m m i t t e e m a n 4 ： n g x uc h e n c o m m i t t e e m a n5 ： d a t eo fo r a ld e f e n c e ： 感谢 国家“8 6 3 计划项目c t 生活垃圾填埋场渗滤液原位脱氮 技术研究”( 2 0 0 6 a a 0 6 2 3 2 7 ) 浙江省科技计划重大招标项目t c 城市生活垃圾生态填 埋与污染防控成套技术应用研究与示范， ( 2 0 0 6 c 1 3 0 6 6 ) 对本论文的资助! 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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。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，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一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。 学位论文作者签名：必经签字日期：勿卢年6 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 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和传播，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) 学位论文作者签名：础缎 签字日期：加f ，年6 月1 日 导师签名： 阼夏丛 签字目期：卜年6 月厂日 致谢 春去春来，花开花谢，西湖风光旖旎依旧，于我则已沧海桑田。五年光阴， 成熟蜕变，要感谢的人实在太多 “饮其流者怀其源，学有成时念吾师”。首先要感谢的是我的恩师陈英旭教 授。您的努力执着、您的乐观向上、您的大家气度，永远值得学生学习“授人 以鱼不如授人以渔”。您教会我的不仅是治学，更教会我做人。师从陈老师，是 学生一生的幸事。转眼间，毕业在即，能在恩师身边学习的日子所剩无几，不 免心底惆怅。学生实非天资聪颖之辈，五载光阴，如有做事鲁莽之处，望恩师 海涵。 还要感谢我的另外一位恩师吴伟祥教授。感谢您对我论文设计、实验 构思、论文撰写等过程中的悉心指导。感谢您在学生失意、遭遇挫折时给予的 支持和鼓励，学生铭记于心。 感谢施积炎老师、王飞儿老师、楼丽萍老师、李文红老师、丁颖老师、韩 志英老师、李华老师、陈新才老师、胡少平老师、梁新强老师、王云龙老师、 石德智老师、李锋老师、董阳老师、陈文然老师、段壮芹老师、曾跃春老师、 张娴老师、梁超老师等的关心、指导和帮助。感谢参加论文评审和答辩的专家， 谢谢你们在百忙之中抽空审阅我的论文。感谢研究生科老师在论文送审和材料 整理等方面提供的帮助! 感谢刘微、花莉、郝永俊、a n t o n 、c a t h y 、刘玉学、黄向东、吕豪豪、王 成贤、孙营军、庄瑛、胡斌、刘晶静、黄啸、陈重军、杨敏、孙法迁，黎乾、 郭晓慧、李波、蔡传钰、张冬梅、李丽劫、张蕊等固废组同学在科研方面的相 互交流与帮助。感谢环保楼所有的兄弟姐妹，和你们相遇、相交、相知，是我 人生的一大财富。 感谢室友倪丹华、易秋香、任丽艳、林惠荣、陈贤友、沈晔娜对我的照顾和 鼓励! 和你们一起哭，一起笑，一起卧床畅谈的日子都将铭刻我心。 感谢我的父母，感谢w a t e r f l y ，感谢i v y ，感谢你们对我一直的支持! 知是缘，心是份，相聚虽短，未来漫长，谨祝所有爱我的人和我爱的人一生 平安、幸福! 吴松维 2 0 1 0 年4 月于浙大华家池畔 摘要 卫生填埋技术是目前我国生活垃圾处理处置最主要的方法。但填埋过程中产 生的大量成分复杂、性质多变的难降解渗滤液已成为制约我国生活垃圾填埋场可 持续发展的主要因素之一。生活垃圾填埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - 2 0 0 8 ) 的颁布，大幅度提高了渗滤液外排要求，尤其氨氮，规定其外排浓度s2 5m gl 。 而采用现有的场外运行工艺处理含高浓度氨氮渗滤液，其处理成本高达3 0 4 5 元吨，为绝大多数填埋场所难以承受。因此，开发经济高效的渗滤液脱氮技术 具有重要意义。而在渗滤液回灌基础上，结合垃圾堆体本身为厌氧环境的特性， 开发出的生物反应器垃圾堆体渗滤液原位脱氮技术已成为目前的研究热点。本论 文以从杭州市固体废弃物处理有限公司天子岭填埋场采集的不同填埋龄垃圾为 试材，利用系列自制生活垃圾生物反应器模拟装置，通过回灌硝酸盐溶液和含硝 酸盐渗滤液，探明了不同填埋龄垃圾在碳源不足及碳源充足情况下的反硝化性能 特征，确定了反硝化作用所需最适c n ；并以n i r s 为分子标记建立基因文库的方 法阐明了生物反应器内反硝化微生物种群多样性变化规律，从一定程度上揭示了 反硝化微生物学脱氮机理。研究结果为生物反应器垃圾堆体渗滤液原位脱氮技术 的进一步研发提供了重要理论依据，并为同类研究提供了可借鉴的研究方法。具 体研究结果如下： 从杭州市固体废弃物处理有限公司天子岭填埋场采集了l 1 2 年填埋龄垃 圾，通过对其基本理化性质的分析发现：不同填埋龄垃圾中以类似腐殖质的混 合物为主，其次为塑料类；混合类物质含量随垃圾填埋龄的增加而上升。由于 填埋场含水率低，p h 、t n ( 总氮) 、b d m ( 生物可降解物) 、h e ( 腐殖质可提 取物) 等指标在垃圾填埋4 年后基本趋于稳定，垃圾进入降解缓慢期。这表明填 埋场的传统操作模式不利于垃圾稳定化，开发以渗滤液回灌为特征的生物反应器 填埋技术具有现实意义。 将从天子岭填埋场采集的l 1 2 年填埋龄垃圾装填于系列自制生活垃圾生物 反应器模拟装置中( 相应的命名为r 1 、r 2 r 1 2 ) ，回灌硝酸盐溶液，考察间 歇回灌模式下不同填埋龄垃圾反硝化性能，结果发现：当垃圾堆体自身降解的 有机物量充足时，1 1 2 年垃圾的反硝化性能均较强，且差异不大；所有反应器 i i i 在最初的1 小时内硝酸盐去除率最高，达7 0 9 2 。当垃圾堆体自身降解的有 机物量不足时，不同填埋龄垃圾生物反应器反硝化性能出现差异。r 1 、r 6 的硝 酸盐还原速率显著高于r l l ，其速率分别为6 8 0m gn 0 3 - nk g - t s w 鹪t e 。h - 1 、3 0 0 m gn 0 3 - nk g t s w 础：1h 。和1 1 0m gn 0 3 。nk g t s w 邵t c 。1h 。不同反应器间的反 硝化终产物也存在差异。r 1 、r 6 的反硝化终产物以n 2 为主，其最终浓度分别为 8 2 5 和8 0 2 ；而在r 1 1 中则以n 2 0 为主，累积浓度高达1 9 3 。推断得垃 圾的低c n 易导致反硝化终产物以n 2 0 为主。因此，综合考虑反硝化速率和反 硝化终产物，当碳源不足时，填埋龄短的垃圾更适合作为反硝化介质用于渗滤液 脱氮。 根据上述试验结果，选择r 6 为试验对象，以采白天子岭填埋场的新鲜渗滤 液为回灌液，通过调节不同c n ，考察有机物浓度对生物反应器反硝化性能的影 响，探讨反硝化最适c n 。结果表明：r 6 硝酸盐还原速率随着回灌入垃圾堆体 中渗滤液c o d 浓度的提高而提高。当c n 为3 1 1 和5 0 3 时，反应器内反硝化 作用不显著，硝酸盐还原速率仅为1 1 4m gn 0 3 - nk g - t s w 蹴dh 以和1 2 4m g n 0 3 - nk g t s w 豁t c 。h - i ；但当c n 调节为9 0 8 和1 3 0 8 时，反应器内硝酸盐还原 迅速，其速率分别高达6 3 3m gn 0 3 一nk g t s w 骶t c 。1h 以和1 1 4 0m gn 0 3 - n 埏t s w 眦dh 。综合分析得当c o d n 0 3 n 达到6 0 ( g g ) 时，可保证反应器内反 硝化过程的快速、稳定进行，即最适c n 为6 0 。因此，c n 可作为渗滤液硝酸 盐完全反硝化作用的一个特征性参数。 在此基础上，选择i h 、r 8 和r 1 2 为试验对象，根据最适c n 调节回灌入 垃圾堆体的渗滤液有机物含量，考察了不同填埋龄垃圾在自身降解产生的有机物 量不足时的反硝化特征。结果发现：r 4 、r 8 、r 1 2 均表现出较强的反硝化性能， 且差异不大，每个反应器均可在7 0h 左右将5 0 0m gl 。1 的硝酸盐还原完全。这表 明在回灌渗滤液c n 适宜的条件下，所有垃圾堆体均可作为厌氧系统进行反硝 化作用。 以n i r s 基因为分子标记，采用“p c r - 克隆测序”并建立基因文库的方法， 探讨了填埋垃圾生物反应器内反硝化微生物多样性特征。结果发现：在r 6 的 n i r s 基因文库中，检测到的微生物主要归属于变形菌门( p r o t e o b a c t e r i a ) 的p 变 形茵纲( b e t a p r o t e o b a c t e r i a ) ；但当c n 为5 0 3 9 0 8 时，种群结构较接近，而低 c n ( 3 1 1 ) 和高c n ( 1 3 0 8 ) 时种群结构存在显著性差异。t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a l l s 和a z o a r c u st o l u l y t i c u s 始终是反应器内优势反硝化菌，但随着回灌渗滤液中c n 的提高，t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a l l s 和a z o a r c u st o l u l y t i c u s 呈现一定的演替规律： t h i o b a c i l l u sd e n # r i f t c a n s 的克隆丰富度变化情况为7 7 2 2 、1 5 3 8 、1 7 3 9 和 7 2 4 6 ；而a z o a r c u st o l u l y t i c u s 的克隆丰富度变化情况则刚好相反，分别为1 0 1 3 、7 5 、5 9 4 2 和7 2 5 。( g ) r 4 、r 8 和r 1 2 的n i t s 基因文库中，最相似序 列均可归属于两大类：变形菌门( p r o t e o b a c t e r i a ) 细菌和未培养微生物，但各反 应器间的群落结构仍存在一定差异。r 4 内的反硝化种群以t h i o b a c i l l u s d e n i t r i f i c a n s 、a z o a r c u st o l u l y t i c u s 和g e n b a n k 为a y 0 7 8 2 7 7 1 的未培养微生物为 主；r 8n i r s 文库中以a z o a r c u st o l u l y t i c u s 为主；而r 1 2 的优势种群则为a z o a r c u s t o l u l y t i c u s 和g e n b a n k 为a y 0 7 8 2 7 7 1 的未培养微生物。综合以上试验结果表明， 填埋垃圾生物反应器内，反硝化菌种群结构相对单一，多样性偏低，但t h i o b a c i l l u s d e n i t r i f i c a n s 和a z o a r c u st o l u l y t i c u s 是垃圾堆体中生长较稳定的种群，猜测在渗滤 液反硝化脱氮中发挥着重要作用。 根据实验室研究结果，在杭州市固体废弃物处理有限公司开展了填埋垃圾生 物反应器反硝化性能中试研究，结果表明硝化渗滤液经生物反应器处理后，出水 水质稳定，硝酸盐、亚硝酸盐可被基本去除完。结合实验室研究结果进一步表明 开发生物反应器垃圾堆体渗滤液原位脱氮技术具有现实可行性。 ? 关键词：生物反应器；不同填埋龄垃圾；反硝化性能；反硝化微生物；n i r s 基因；多样性 v a b s t r a c t l a n d f i l l i n gi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tm e t h o d sf o rr e f u s ed i s p o s a li nc h i n a h o w e v e r , l e a c h a t ep r o d u c e df r o mt h el a n d f i l li sr i c h i nv a r i o u sc o n t a m i n a n t s e s p e c i a l l ya m m o n i aa n di fn o tm a n a g e dw e l lc a l lp o s es e r i o u st h r e a tt ot h e e n v i r o n m e n t r e c e n t l y ，t h ec h i n e s eg o v e m m e n tp u b l i s h e dan e ws t a n d a r df o r p o l l u t i o nc o n t r o lo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t el a n d f i l l s ，w h i c hp r e s c r i b e st h a tt h ee m i s s i o n c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i ai nl e a c h a t em u s tb el o w e rt h a n2 5m gl a tp r e s e n t ， a m m o n i ar e m o v a li sm o s t l yp r a c t i c e de xs i t u h o w e v e lt h i st r e a t m e n t a p p r o a c h r e q u i r e sl a r g es p a t i a l a n df i n a n c i a l i n v e s t m e n t ，w h i c hr e s t r i c t s i t su t i l i z a t i o n t h e r e f o r e ，d e v e l o p m e n to fa ni n s i t un i t r o g e nr e m o v a lt e c h n i q u ew o u l db e a l l a t t r a c t i v ea l t e r n a t i v e t h i st e c h n i q u ei n v o l v e se xs i t un i t r i f i c a t i o no fl e a c h a t ew h i c hi s c o u p l e dw i t ht h eu s eo ft h e1 a n d f i l la sab i o r e a c t o rf o rd e n i t r i f i c a t i o n i nt h i st h e s i s r e f u s ea td i f f e r e n tl a n d f i l la g e sw e r es a m p l e df r o mh a n g z h o ut i a n z i l i n gl a n d f i l l t h e d e n i t r i f c a t i o nc a p a c i t i e so fb i o r e a c t o r sf i l l e d 、析mr e f u s ea td i f f e r e n tl a n d f i l la g e s w e r es t u d i e d n i t sg e n el i b r a r i e sw e r ec o n s t r u c t e d 、析t l lap c r - b a s e dc l o n ea p p r o a c h i no r d e rt o s t u d yt h es t r u c t u r ea n dd i v e r s i t yo ft h ed e n i t r i f y i n gb a c t e r i a t h e i n f o r m a t i o nd e r i v e df r o mt h i sr e s e a r c hw i l lh e l po t h e rr e s e a r c h e r sc a r r yo u tf u r t h e r s t u d i e s s o m ep r i n c i p l er e s u l t so ft h i st h e s i sa r es u m m a r i e da sf o l l o w s t h em i x t u r e sw h i c hh a ds i m i l a rp e r f o r m a n c ew i t l ls o i lc o m p r i s e dt h eh i g h e s t p r o p o r t i o ni nt h er e f u s eo fd i f f e r e n tl a n d f i l la g e s ，f o l l o w e db yp l a s t i c s r e f u s ei nt h e l a n d f i l lb e c a m er e l a t i v e l ys t a b l eb u tn o tf u l l ya g e da f t e rb e i n gp l a c e df o rf o u ry e a r s p r i m a r i l yd u e t ol o ww a t e rc o n t e n t t h e r e f o r e ，i no r d e rt oa c c e l e r a t er e f u s e d e c o m p o s i t i o n ，ar e a s o n a b l ea p p r o a c hi st od e v e l o pb i o r e a c t o rl a n d f i l l sc h a r a c t e r i z e d b yl e a c h a t er e c i r c u l a t i o n i nt h i ss t u d y , n i t r a t es o l u t i o nw a si n j e c t e di n t e r m i t t e n t l y r e f u s ea td i f f e r e n t l a n d f i l la g e sa l lh a dac o n s i d e r a b l yh i g hd e n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t yw h e nt h er e f u s eb o d y i t s e l fc o u l dp r o v i d ee n o u g ho r g a n i cc a r b o nf o rd e n i t r i f i c a t i o n a n dt h en i t r a t e r e d u c t i o nr a t e sc o u l dr e a c hu pt o7 0 9 2 i nt h ef i r s th o u r h o w e v e r , w h e nt h er e f u s e c o n t a i n e dl o wo r g a n i cm a t t e r , r e f u s ea td i f f e r e n tl a n d f i l la g e sp o s s e s s e dd i f f e r e n t d e n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t y r 1 ，r 6r e d u c e dn i t r a t em u c hm o r eq u i c k l yt h a nr 11 ，a n dt h e n i t r a t er e d u c t i o nr a t e sw e r e6 8 0m gn 0 3 。- n k g - t s w 髂t c 1h 、3 0 0m gn 0 3 - n k g - t s w 础。lh 1a n d1 10m gn 0 3 - nk g t s w 私t c 。1h 一，r e s p e c t i v e l y m o r e o v e r , t h ef n a l v i i p r o d u c t si nr 1a n dr 6w e r en 2a n dt h ec o n c e n t r a t i o n sw e r e8 2 5 a n d8 0 2 ， r e s p e c t i v e l y o nt h ec o n t r a r y , n 2 0a c c u m u l a t e di nr l la n dt h ef i n a lc o n c e n t r a t i o n r e a c h e du pt o19 3 t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a to r g a n i cm a t t e rp l a y e da ni m p o r t a n t r o l ei nn i t r a t er e d u c t i o na n dp a r t l y - d e g r a d e dr e f u s ew a sm o r es u i t a b l et ou s ea s d e n i t r i f i c a t i o nm e d i u m t h ee f f e c t so fd i f f e r e n tr a t i o so fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) a n dn i t r a t e c o n c e n t r a t i o n si nt h ei n j e c t e dl e a c h a t eo nt h ed e n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t yo fr e f u s ew e r e e v a l u a t e d i tw a sf o u n dt h a tn i t r a t er e d u c t i o nr a t ei n c r e a s e d 谢t ht h ei n c r e a s i n gc o d c o n c e n t r a t i o ni nt h ei n j e c t e dl e a c h a t e n i t r a t er e d u c t i o nr a t e si nt e s t s1t o4w a s1 14 m gn 0 3 - nk g t s w 丛t e 。1h - l ，1 2 4m gn 0 3 - nk g t s w 髂t c 。1h ，6 3 3m gn 0 3 。- n k g t s 帅0 1h a n d11 4 0m gn 0 3 - nk g t s w 蹴。1h ，r e s p e c t i v e l y a n df o rr a p i d d e n i t r i f i c a t i o n ，c o d n 0 3 。- nr a t i oi nt h ei n i t i a ll e a c h a t es h o u l db ea d j u s t e dt oh i g h e r t h a n6 0 a c c o r d i n gt ot h eo p t i m u mr a t i oo fc o d n 0 3 。- n ，r 4 ，r 8a n dr 1 2w e r eu s e dt o i n v e s t i g a t et h ed e n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t yw h e nt h e r e f u s ec o u l dn o tp r o v i d ee n o u g h o r g a n i cm a t t e r a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tr e f u s ea td i f f e r e n tl a n d f i l la g e sp o s s e s s e d ah i g hd e n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t yw h e nt h ei n j e c t i o nc o n t a i n e de n o u g ho r g a n i cm a t t e r m o r e o v e r , t h e i rn i t r a t er e d u c t i o nr a t e sw e r ea l m o s tt h es a m e t h ea n a l y s i so fn i r sc l o n el i b r a r i e si n d i c a t e dt h a tt h ed e n i t r i f y i n gb a c t e r i af e l l i n t op r o t e o b a c t e r i a ( b e t a p r o t e o b a c t e r i a ) i nr 6 w h e nt h ec o d n 0 3 。- nr a t i ow a s b e t w e e n5 0 3 9 0 8 ，t h ed i v e r s i t i e so fd e n i t r i f y i n gb a c t e r i aw e r ea l m o s tt h es a m e b u t t h es t r u c t u r e so fd e n i t r i f y i n gb a c t e r i aw e r eq u i t ed i f f e r e n tw h e nt h er a t i o so f c o d n 0 3 。nw e r e3 1 la n d13 0 8 m o r e o v e r , t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n sa n da z o a r c u s t o l u l y t i c u sw e r ed o m i n a n ts p e c i e si n t h i sr e a c t o r b u tt h ec l o n ea b u n d a n c eo f t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n sw a sc o n t r a r yt ot h a to fa z o a r c u st o l u l y t i c u s t h ec l o n e a b u n d a n c eo ft h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n sw a s7 7 2 2 、l5 3 8 、17 3 9 a n d7 2 4 6 ， a n dt h a to fa z o a r c u st o l u l y t i c u sw a s10 13 、7 5 、5 9 4 2 和7 2 5 0 nt h e c o n t r a r y , t h ed e n i t r i f y i n gb a c t e r i a i nr 4 ，r 8a n dr 12f e l li n t ot w ol i n e a g e s ： p r o t e o b a c t e r i aa n du n c u l t u r e db a c t e r i u l n t h es t r u c t u r e sa n dd i v e r s i t i e so ft h e d e n i t r i f y i n gb a c t e r i ai nt h e s er e a c t o r sw e r ed i f f e r e n t t h ed o m i n a n ts p e c i e si nr 4w e r e t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n s 、a z o a r c u st o l u l y t i c u sa n dt h eu n c u l t u r e db a c t e r i u mn a m e d a y 0 7 8 2 7 7 1 i nr 8 ，o n l ya z o a r c u st o l u l y t i c u sw e r ed o m i n a n ts p e c i e sa n di nr 12 ， a z o a r c u st o l u l y t i c u sa n dt h eu n c u l t u r e db a c t e r i u mn a m e da y 0 7 8 2 7 7 1p r e d o m i n a t e d i ng e n e r a l ，t h ed i v e r s i t i e so fd e n i t r i f y i n gb a c t e r i ai nb i o r e a c t o rl a n d f i l lw e r e r e l a t i v e l yl o w a l t h o u g ht h ec o m m u n i t ys t r u c t u r e sw e r ed i f f e r e n t ，t h i o b a c i l l u s d e n i t r i f i c a n s a n da z o a r c u st o l u l y t i c u sc o u l db ef o u n di na l lt h er e a c t o r s t h i s i n d i c a t e dt h a tt h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n sa n da z o a r c u st o l u l y t i c u sg r e ws t a b l e l yi n r e f u s ea n dt h e ym i g h tp l a yi m p o r t a n tr o l e s i nn i t r o g e nr e m o v a l b a s e do nt h el a br e s e a r c h e s ，p i l o ts c a l es t u d yw a sc o n d u c t e di n h a n g z h o u t i a n z i l i n gl a n d f i l l a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eb i o r e a c t o rh a dg o o de f f e c to n n i t r a t er e d u c t i o na n dd e v e l o p i n gan e ww a yf o rn i t r o g e nr e m o v a lw i t ht h eu s eo ft h e l a n d f i l la sab i o r e a c t o rf o rd e n i t r i f i c a t i o nh a dc e r t a i nf e a s i b i l i t y k e y w o r d s ：b i o r e a c t o rl a n d f i l l ；r e f u s ea td i f f e r e n tl a n d f i l la g e s ；d e n i t r i f i c a t i o n c a p a c i t y ；d e n i t r i f y i n gb a c t e r i a ；n i r sg e n e ；d i v e r s i t y i x 目录 目录 致谢。i 摘要i i i a b s t r a c t v i i 目勇乏x i 第一部分绪论1 1 1 生活垃圾填埋场稳定化及垃圾降解特性与微生物种群研究2 1 1 1 生活垃圾填埋场稳定化过程2 1 1 2 生活垃圾填埋场稳定化过程的表征3 1 1 3 填埋垃圾降解特性与微生物种群研究4 1 2 生活垃圾生物反应器填埋技术研究进展6 1 2 1 生活垃圾生物反应器填埋技术的发展6 1 2 2 生活垃圾生物反应器填埋技术的特点8 1 3 生活垃圾填埋场渗滤液脱氮处理技术现状1 0 1 3 1 渗滤液中氨氮产生过程及特点l o 1 3 2 传统生活垃圾填埋场渗滤液脱氮处理技术1 1 1 3 3 生物反应器垃圾堆体渗滤液原位脱氮技术1 5 1 4 反硝化作用调控因子及脱氮机理研究进展1 7 1 4 1 反硝化作用类型及其调控因子研究进展1 7 1 4 2 反硝化作用脱氮机理研究进展1 9 1 5 论文研究意义、研究目标和研究内容2 4 1 5 1 研究意义2 4 1 5 2 研究目标2 5 1 5 3 研究内容2 5 第二部分材料与方法2 7 2 1 垃圾样品采样地点及采样过程概况2 7 2 1 1 垃圾样品采样地点概况2 7 2 1 2 垃圾样品的采集及预处理2 8 x i 2 9 2 9 ：；( ) ：；1 反硝化终产物的影响研究3 1 反硝化微生物的影响研究3 2 化性能及反硝化微生物研究3 2 2 3 4 填埋垃圾生物反应器反硝化性能中试研究3 3 2 4 试验分析项目与方法3 3 2 4 1 垃圾样品物理组分及相关性质分析3 3 2 4 2 渗滤液样品分析3 4 2 4 3 气体样品分析3 4 2 4 4n i r s 克隆文库的建立3 5 第三部分结果与讨论4 1 3 1 填埋垃圾降解特性及填埋场稳定化指标研究4 1 3 2 填埋龄对生物反应器反硝化性能及反硝化终产物的影响研究4 6 3 3 碳氮比对生物反应器反硝化性能及反硝化微生物的影响研究6 0 3 4 适宜碳氮比条件下生物反应器反硝化性能及反硝化微生物研究7 8 3 5 填埋垃圾生物反应器反硝化性能中试研究9 5 第四部分研究结论、创新点及展望9 9 4 1 研究结论9 9 4 2 主要创新点10 1 4 3 研究展望1 0 1 参考文献1 0 3 作者简历及在学期间所取得的科研成果1 1 7 x i i 绪论 第一部分绪论 随着社会经济的快速发展、人民生活水平的提高，生活垃圾产生量急剧增加。 早在2 0 0 5 年我国城市生活垃圾的产生量就已高达1 5 亿吨，并以每年8 1 0 的 速度递增。大量城市被生活垃圾包围，垃圾污染问题已成为阻碍我国城市可持续 发展的制约因素之一。 目前，生活垃圾的处理处置技术主要包括卫生填埋、堆肥和焚烧三种。卫生 填埋法因其操作简单、处理量大、运行费用低等优点得到了国内外的广泛应用。 而受经济状况和垃圾性质的制约，卫生填埋技术将在今后很长的时间内仍是我国 生活垃圾无害化处理的最主要方法。尽管如此，卫生填埋技术也有其局限性，如 选址难、占地面积大等，而其中最突出的问题是填埋过程中会产生大量成分复杂、 性质多变的难降解渗滤液( 范家明等，2 0 0 1 ；李国刚，2 0 0 2 ；罗泽娇，2 0 0 3 ；张 淑娟，2 0 0 3 ) 。根据资料显示，我国垃圾填埋场产生的渗滤液c o d 浓度约为 2 0 0 0 8 0 0 0 0m gl 一，b o d 5 浓度为3 0 0 0 - - 4 5 0 0 0m gl ，n 出+ - n 浓度为2 0 0 6 0 0 0 m gl d ( 董春松等，2 0 0 5 ；李青松等，2 0 0 3 ；张祥丹等，2 0 0 0 ) 。我国填埋场现 有垃圾渗滤液处理技术已基本解决c o d 、b o d 问题，但对氨氮处理效果欠佳。 目前，针对氨氮的处理技术大多属于场外处理工艺，如膜处理、氨吹脱、化学氧 化法以及厌氧好氧生物处理相结合等，但这些工艺负荷要求严格、操作繁琐， 且投资、运行管理费用高。因此，高浓度氨氮问题已成为目前渗滤液处理技术所 面临的一大难点。 近年来，随着人们对填埋场内垃圾降解及物流特征的不断深入研究，开发出 了以渗滤液回灌为特征的生物反应器垃圾填埋技术。研究发现，生物反应器垃圾 填埋技术具有促进产气与堆体稳定化、显著加速垃圾降解，减少渗滤液产生，提 高渗滤液水质等特点( r e i n h a r ta n d a l y o u s f i ，1 9 9 6 ) 。而在此基础上，结合垃圾 堆体本身为厌氧环境这一特性，开发出的生物反应器垃圾堆体渗滤液原位脱氮技 术也正逐渐引起大家的关注，成为固体废弃物污染控制技术研究领域的一大热 点。 浙江大学博士学位论文 1 1 生活垃圾填埋场稳定化及垃圾降解特性与微生物种群研究 1 1 1 生活垃圾填埋场稳定化过程 生活垃圾进入填埋场后将进行一系列的反应，包括物理的、化学的和生物 的，其中生物反应是最主要的反应。这些反应都是同时进行着，且持续时间长， 一般可达几十年甚至上百年。垃圾在这个过程中，有机物逐渐被降解，缓慢向 无机化和腐殖化方向发展，最终整个垃圾填埋场达到稳定化。根据垃圾的降解 过程及物流特征，一般可将生活垃圾填埋场稳定化过程分为五个阶段：调整阶 段、过渡阶段、酸化阶段、甲烷发酵阶段和稳定阶段( c a r v a l h o ，1 9 9 9 ；p a l m a ， 1 9 9 5 ) 。每一阶段的特征如图1 1 示( y