论文摘要
随着我国国民经济的发展和城市人口的增加,城市生活垃圾产生量日益增长。卫生填埋作为我国城市生活垃圾的主要处理手段将长期存在。然而,填埋垃圾稳定化缓慢以及渗滤液和填埋气体引起的环境污染已经引起社会的普遍关注。论文以城市生活垃圾生物降解和渗滤液原位脱氮为研究对象,通过实验室与填埋现场模拟试验,研究了厌氧水饱和与渗滤液回灌条件下的垃圾降解过程、分类收集对垃圾填埋初期降解特性的影响、垃圾填埋层的生物脱氮特性,推断填埋体机械压实、填埋气体累积是渗滤液回灌操作导致填埋垃圾生物降解过程受阻的主要原因,提出了城市生活垃圾厌氧水饱和快速降解新技术,探明了厌氧条件下垃圾填埋层的反硝化能力及其垂直性差异。研究结果对生物反应器垃圾填埋技术以及原位脱氮技术的发展与应用具有指导作用。具体研究结果如下:（1）利用模拟生物反应器,重点研究了城市生活垃圾在厌氧水饱和条件下（反应器A）与渗滤液回灌条件下（反应器B）的降解特征。结果显示,经过420d的降解,反应器A中的渗滤液CODcr浓度和pH值分别为1000mg·L-1和7.0,反应器B则为18000mg·L-1和低于6.5;反应器A填埋气体和甲烷的累积产生量分别为2800L和1330L,反应器B仅为1470L和600L。这些结果表明,厌氧水饱和条件与渗滤液回灌条件相比,具有促进城市生活垃圾生物降解的作用。渗滤液回灌引起垃圾层快速沉降与压实,使得填埋气体难以扩散而累积,累积的气体降低了生物细胞与液相的接触面积,即传质受阻,不利于有机物的生物降解。此外,温度变化对填埋气体的产生过程具有显著性影响。基于以上研究结果,最后提出一种城市生活垃圾快速降解处理系统。（2）将生活垃圾分类收集、资源回收与填埋处置相结合,借助自行设计和建设的两座库容为150m3的垃圾填埋单元,分析了垃圾分类收集对填埋库容节省量和填埋初期降解特征的影响。结果显示,城市生活垃圾经过分类收集,可直接为后续填埋处置节省库容量约0.573m3t-1。在18项渗滤液指标中,次生垃圾填埋单元有8项(包括Cu2+、Pb2+、色度、TP、SS、Cd2+、Zn2+和Cl-)高于原始垃圾填埋单元的1.5倍,有5项（包括NH4+、TN、Mn、BOD5和CODcr）略高,有3项（包括pH、TCr和EC）基本相等,仅Fe和DO低于原始垃圾填埋单元。另外,在整个试验过程中,次生垃圾填埋单元的甲烷浓度明显高于原始垃圾填埋单元。因此,垃圾分类收集不仅可以节省后续填埋库容量,而且可以加速有机物的生物降解,加快填埋体产甲烷进程。（3）借助两套处于不同稳定化程度的厌氧型模拟垃圾反应器,考察了不同通风条件与接种活性污泥对渗滤液氨氮脱除作用的影响。结果显示,在间歇式通风条件下,反应器中的有机物与氨氮均得到一定程度的去除。当氨氮初始浓度为500-1200mgL-1时,去除率为38%～90%,加长持续通风时间可提高氨氮去除率。然而,硝态氮浓度(＜6.0mgL-1)并未随着氨氮浓度的降低而明显升高,而气相冷凝液中却检测到大量的氨氮;接种活性污泥对氨氮的脱除效果影响不大。其主要原因可能是由于反应器中存在高浓度游离氨,它抑制硝化作用,但却强化氨吹脱作用。因此推测,吹脱作用是垃圾层氨氮脱除的主要途径。（4）利用实验室规模垃圾填埋厌氧系统,考察了回灌液中硝酸盐和有机质负荷对稳定产甲烷阶段垃圾反硝化特性的影响。实验结果显示,首次投加硝酸盐后,系统可在48h内启动反硝化作用。垃圾层硝酸盐还原速率随着硝酸盐负荷的提高而逐渐增大,当回灌液初始NO3--N浓度提高到850mg·L-1,NO3--N去除速率可达到35mg·L-1·h-1。垃圾层硝酸盐还原速率存在明显的垂直差异,上层垃圾的硝酸盐还原速率明显高于下层垃圾的硝酸盐还原速率。在硝酸盐负荷提升过程中,出现有亚硝酸盐暂时累积现象,但亚硝酸盐最大累积效率呈现下降趋势。有机质作为反硝化过程的电子供体,对垃圾层反硝化性能具有重要影响,垃圾层内源有机物可在一定范围内补偿外源有机物的不足。
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