厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场渗滤液水质水量变化规律的研究

为了减少生物反应器填埋场投资和运行费用,实现填埋场的快速稳定化,将厌氧型生物反应器填埋场(ANBL)和准好氧矿化垃圾生物反应床(SAARB)串联,组成新型的厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场(AN-SABL).通过研究AN-SABL渗滤液水质水量变化规律,以期为其渗滤液的管理和处理提供理论依据.实验表明,AN-SABL具有较好的渗滤液削减作用,最高削减量可达到771 g·kg-1;而且AN-SABL渗滤液水质变化具有明显的阶段性特征,渗滤液中硝酸盐(包括亚硝酸盐)浓度和氨氮浓度分别受Eh值和pH值影响明显.AN-SABL能够有效去除渗滤液中的有机物,实验结束时,AN-SABL2号和AN-SABL3号渗滤液COD的去除率分别达到了98.49%和97.98%,二者的COD浓度仅为ANBL1号COD浓度的14.5%、21.1%;同时,AN-SABL有较好的脱氮作用,AN-SABL2号和AN-SABL3号渗滤液中氨氮浓度分别从最高值1 452 mg·L-1、1 409 mg·L-1下降至525 mg·L-1、459 mg·L-1,只有ANBL1号氨氮浓度的36.5%和31.9%.SAARB单元的脱氮除碳效果受TOC/TC值的影响明显,当渗滤液中TOC/TC下降到0.2左右后,SAARB单元对COD和TN的去除率分别从95%和93%以上降到了35.25%～69.56%和64.53%～77.45%之间.     

适用于焚烧飞灰卫生填埋场共处置的浸出毒性鉴别程序研究

选取2种代表性垃圾焚烧飞灰,通过常规酸中和容量浸出实验和多级浸取实验,研究了酸中和容量消耗和浸出液pH值的变化规律.结果表明,现有的单批次浸出毒性鉴别程序对飞灰的酸中和容量消耗程度低,浸出液pH值高,不利于评价飞灰中重金属的潜在危险性.对比常规酸中和容量浸取实验和多级浸取实验结果,得出在垃圾焚烧飞灰与生活垃圾共处置情景（过流系统）下,中和过程与洗出过程同时发生,飞灰中有1/3左右的碱性物质参与了中和反应.在合理设定卫生填埋场参数的基础上,通过模拟计算,提出了适用于我国卫生填埋场飞灰共处置情景的浸出程序,其主要参数为：浸取液为乙酸溶液,酸度（以H⁺计）为0.3　mol·L^-1（pH=2.64）,液固比（L/S）为20.该浸出毒性鉴别程序可为我国垃圾焚烧飞灰的安全处置提供有效管理和可靠保障.     

填埋垃圾初始含水率对渗滤液产量的影响及修正渗滤液产量计算公式

我国填埋场设计阶段,渗滤液产量计算结果往往偏小.参照山谷型填埋场,建立了一个长400 m,宽500 m的水量平衡计算模型,模型中垃圾体高50 m,分5个填埋阶段,每阶段填高10 m,用时2 a,共填埋10 a.利用该模型,分阶段计算填埋垃圾初始含水率对渗滤液来源组成和总产量的影响.渗滤液总产量由降雨入渗量和垃圾自身渗滤液产量组成,初始含水率越高,垃圾自身渗滤液产量和渗滤液总产量越大,垃圾自身渗滤液产量所占渗滤液总产量的比例也越高.当填埋垃圾初始含水率分别为27%、40%、50%和60%时,日平均渗滤液总产量分别为272、583、823和1 063 m3.d-1,垃圾自身渗滤液产量分别为-144、168、408和647 m3.d-1.垃圾初始含水率高于50%时,自身渗滤液产量占渗滤液总产量的比例超过50%,成为渗滤液总产量的主要部分.目前中国规范中采用的渗滤液产量计算方法,未考虑垃圾自身渗滤液产量,当填埋垃圾初始含水率较高时,计算结果偏小.基于上述水量平衡分析结果,进一步提出了包括垃圾自身渗滤液产量的修正计算公式,并通过2个大型中国南方填埋场的现场实测数据进行了验证.     

贵州乌江渡水库沉积速率及碳氮埋藏通量估算

我国西南地区峡谷型梯级水库沉积物的碳汇效应对全球碳循环有着重要意义。为了探明该区域水库的碳汇强度,本研究选择乌江流域的乌江渡水库作为研究对象,于2015年5月对水库沉积物进行采样,并利用210Pbex核素计年技术,结合沉积物碳氮分析,估算乌江渡水库的碳埋藏量。结果表明:乌江渡水库沉积物平均沉积速率为0.155g/(cm~2·a),TOC沉降通量为70.85g/(m~2·a),堆积通量为29.14g/(m~2·a);TN沉降通量为8.22g/(m~2·a),堆积通量为2.79g/(m~2·a)。乌江渡水库沉积物年均TOC总埋藏通量为1.39×10~9g/a,其中82%来自水库内部光合作用形成的有机质。因此,依据保守的估算,乌江渡水库沉积物的净碳汇通量为23.9g/(m~2·a),保存的净碳汇量为1.1×10~9g/a。研究结果表明水库沉积物是一个重要的碳汇。     

汲取液对正渗透微生物燃料电池处理垃圾渗滤液的影响

以垃圾渗滤液为阳极液,系统研究了汲取液种类和浓度对正渗透微生物燃料电池(OsMFC)工艺处理垃圾渗滤液性能的影响.结果表明,在汲取液为氯化钠的情况下,OsMFC工艺的最大功率密度可达0.44 W·m~(-2),表观内阻为236.75Ω,水通量为0.98 L·m~(-2)·h~(-1),TOC、NH_4~+-N、TN和TP的去除率分别达到89.51%、93.27%、94.01%和96.95%,均好于碳酸氢钠和碳酸氢铵作为汲取液时的处理效果.此外,氯化钠汲取液浓度越大,产电性能越好,表观内阻越小,水通量越大.产电性能随汲取液浓度的增大变化不大,在汲取液浓度为1 mol·L~(-1)的情况下,水通量和盐返混量的比值最大,处理效果最好.     

餐厨垃圾渗滤液强化城市污泥消化作用研究

针对城市污水厂污泥热值低、C/N比低,厌氧消化效率低的问题,结合餐厨垃圾渗滤液中有机物含量高、C/N比高的特点,研究了城市污泥、餐厨垃圾渗滤液共消化过程.结果表明:垃圾渗滤液的添加促进了污泥厌氧消化甲烷气的产生,添加生、熟垃圾渗滤液的消化污泥累计产甲烷量分别为542 mL、2102 mL,是未添加渗滤液(参照样)的污泥消化产气量的1.2倍、4.6倍,甲烷单位产量分别为261(参照样)、675.8、971.0L·kg-1(以VS计);同污泥单独厌氧消化相比,添加生、熟垃圾渗滤液能强化污泥VS/TS的去除,其去除率分别为15.3%和26.3%;通过共消化,污泥上清液的SCOD去除率均高于90%,出水COD也基本一致,并未因垃圾渗滤液的添加而发生大的波动.污泥与餐厨垃圾渗滤液的共消化能够促进有机物的去除,强化甲烷气的产生,实现了污泥与渗滤液的稳定化、无害化和资源化.     

地下水氮污染原位修复缓释碳源材料的研发与物化-生境协同特性

地下水流速及物质间反应均处于缓慢状态,因此向地下水环境中投加的修复材料应具有缓释性.本研究针对浅层地下水特性及氮赋存特征,以农业废弃物和零价铁(Fe0)为基料,耦合生物、化学反应,开展具有物化-生境协同作用的缓释碳源材料的研发和性能研究.所研发材料具有内核和外壳双层结构.内核为修复基质层,由农业废弃物与Fe0等原料组成.其中,农业废弃物提供微生物所需碳源,Fe0还原水体中硝酸盐氮及DO,快速脱氮并促进厌氧环境形成.外壳为溶质运移渗透层,由原生矿物等组成,可包覆内核材料,减缓内核碳源释放、吸附二次污染物.材料物理测试显示,其内核均匀交联,外壳呈明显均匀孔隙结构(SEM),颗粒强度高达每颗80~105 N,具有良好的机械抗压性;材料密度最低可达1.1 g·cm~(-3),无水中漂浮现象;缓释实验表明,该材料具有良好的碳源缓释性,其总有机碳(TOC)释放量[Max:21~25 mg·(g·L)~(-1)]和速率[Max:0.185 mg·(g·L·d)~(-1)]始终呈现平稳状态,而农业废弃物释碳量[Max:53~75 mg·(g·L)~(-1)]及速率[Max:0.455mg·(g·L·d)~(-1)]波动较大.进一步功能基因丰度分析,材料浸出液有利于反硝化细菌代谢活动.脱氮和捕氧实验初期,该材料体系以Fe0化学脱氮为主,并降低水体DO,有利于反硝化进行;随后,生物反硝化占主导地位,材料脱氮率与其Fe0含量相关性变小,体系形成物化-生境协同脱氮途径.     

Characterization of refuse landfill leachates of three di erent stages in landfill stabilization process

Landfill leachates with di erent ages (mature leachate, 11 years; semi-mature leachate, 5 years; fresh leachate, under operation) were collected from Laogang Refuse Landfill, Shanghai to characterize the colloid size distribution and variations of leachate. These leachates were separated using micro-filtration and ultra-filtration into specific size fractions, i.e., suspended particles (SP) (> 1.2 m), coarse colloids (CC) (1.2–0.45 m), fine colloids (FC) (0.45 m, 5 kDa/1 kDa molecular weight (MW)), and dissolved organic matters (DM, < 5 kDa/1 kDa MW). The specific colloids in each size fraction were quantified and characterized through chemical oxygen demands (COD), total solid (TS), pH, NH4 +-N, total organic carbon (TOC) and fixed solid (FS). It was found that COD, NH4 +-N and TS in leachate decreased significantly over ages, while pH increased. The dissolved fractions (< 5 kDa/1 kDa) dominated (over 50%) in three leachates in terms of COD, and the organic matter content in dissolved fraction of leachates decreased and the inorganic matter increased as the disposal time extended, with the TOC/COD ratio 30%–7%. Dissolved fractions decreased from 82% to 40% in terms of TOC as the disposal time extended, suggested that the organic matter remained in leachate would form into middle molecular weight substances during the degradation process.     

不同DN与PN-ANAMMOX耦合工艺处理中晚期垃圾渗滤液的微生物群落分析

为了推进厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX）脱氮工艺在垃圾渗滤液处理方面的应用,在某垃圾填埋场建立了不同反硝化（denitrification,DN）与短程硝化-厌氧氨氧化（partial nitrification-ANAMMOX,PN-ANAMMOX）耦合模式的中试反应器处理垃圾渗滤液,探讨其耦合模式对脱氮及微生物群落结构的影响.结果表明DN+（PN-ANAMMOX）工艺可以将DN耦合入PN-ANAMMOX进行脱氮,但随着渗滤液中有机物浓度的增加,DN+（PN-ANAMMOX）工艺的PN区的需氧量增加,Nitrosomonadaceae科菌的富集受到限制.而NO₂^--N的供给不足进一步导致ANAMMOX区Brocadiaceae科微生物的富集也受到限制,总氮去除速率（total nitrogen removal rate,TNRR）停留在0.44 kg ·（m³ ·d）^-1.而在DN-（PN-ANAMMOX）工艺中,具有反硝化能力的Saprospiraceae科菌在DN区富集,有机物主要在DN区被降解去除,为后续PN-ANAMMOX提供了良好的低碳环境.Nitrosomonadaceae科及Brocadiaceae科菌在相应的PN区及ANAMMOX区得到富集,反应器的TNRR和总氮去除率（total nitrogen removal efficiency,TNRE）也进一步提升至0.55 kg ·（m³ ·d）^-1和94.65%,实现了对NH₄⁺-N和有机物浓度分别为2233 mg ·L^-1和2712 mg ·L^-1渗滤液的直接处理.其中Candidatus Kuenenia菌更能适应高基质浓度的渗滤液水质,成为ANAMMOX区的优势菌属.     

不同施磷量(KH2PO4)作用对Cu、Zn在红壤中的迁移转化

为了比较不同施磷量对土壤中重金属Cu、Zn迁移转化的影响,采用土壤柱进行室内淋溶实验,研究常见的磷肥磷酸二氢钾在少量5 mg·kg-1,适量15 mg·kg-1以及过量25 mg·kg-1条件下对Cu、Zn在红壤中的淋溶效应.结果表明土壤施用磷酸二氢钾降低了土壤渗滤液的pH,不同施磷量对土壤渗滤液pH影响不大,在整个淋滤过程,渗滤液pH呈现上升的趋势.磷酸盐作用下重金属Cu在土壤中的迁移主要集中表层土壤中,而Zn逐渐向深层土壤中迁移.土壤深层渗滤液中Cu、Zn浓度均比较低,对浅层地下水的危害性不大.淋滤结束后,重金属主要以残渣态存在土壤中,重金属Cu残渣态的比例为60%左右,重金属Zn残渣态比例为40%左右.高浓度磷酸二氢钾作用下有利于重金属Zn从残渣态及有机结合态向交换态转化.     

水力负荷对生物沉淀池污染物净化性能的影响特性

本研究将生物转盘和平流式沉淀池设计理念相结合,开发出对水中致浊物质、有机组分、氨氮和总磷具有同步去除性能的一体式生物净化-沉淀池,考察了进水水力负荷对其污染物净化性能的影响规律.结果表明,在特定转盘转速和水质条件下,浊度、有机组分和氨氮的平均去除率随水力负荷的增大均呈先相对稳定后下降趋势,浊度和有机组分与氨氮平均去除率分别在0.036 g·(m~2·d)~(-1)与0.064 g·(m~2·d)~(-1)时达到最大.与浊度、有机组分和氨氮不同,水力负荷对总磷的去除效果影响较大,进水水力负荷在0.064 m~3·(m~2·d)~(-1)时,总磷平均去除率最差,适当减小或增大水力负荷,均有助于除磷过程的进行.进一步研究发现,硝化和除磷过程对水相中的有限碳源及溶解氧存在竞争关系.沿水流方向,盘片表面的微生物具有良好的种群配合和沿程分布特点,保证了在不利水力负荷条件下,工艺仍具有一定的去污效果,在微污染水体的强化净化处理中具有一定的应用前景.     

进水渗滤液总氮和BOD5/TN对填埋场反应器反硝化和厌氧氨氧化协同脱氮的影响

晚期垃圾渗滤液具有氨氮浓度较高、碳氮比(C/N)较低和可生化性差的特点,生物脱氮较困难.本文研究了改变进水总氮负荷和BOD5/TN比值对填埋场生物反应器处理垃圾渗滤液的脱氮效果的影响.结果表明,总氮负荷为15~25g·(m3·d)-1的范围内时,总氮去除负荷稳定为10~12 g·(m3·d)-1,但是总氮去除率随着负荷的增加从67.7%下降至60.2%,说明在一定范围总氮负荷的增加会降低总氮去除率,但不会影响去除负荷.当改变进水的BOD5/TN从0.3提高到0.4后,总氮负荷为9 g·(m3·d)-1时的厌氧、准好氧反应器,总氮去除率可从79.9%分别提高到89.9%和86.2%,表明提高BOD5/TN能够有效促进填埋场生物反应器对总氮污染物的去除,并且厌氧条件下效果更好.脱氮途径分析表明,填埋场生物反应器中厌氧氨氧化和反硝化作用可以协同脱氮.     

生活垃圾堆肥渗滤液污染物组成与演化规律研究

为阐明堆肥渗滤液的组成和演化规律,寻找合适的处理技术,研究了某堆肥厂不同堆肥时期渗滤液中无机阴离子、氨氮、重金属及有机物等的组成和演化特性.结果显示,随着堆肥的进行,EC及F-、Cl-、SO24-、NH4+-N的浓度呈下降趋势,而NO2--N、NO3--N及Org-N的含量与渗滤液的氧化还原氛围有关;渗滤液中重金属Pb、Cd、Cu、Zn及类金属As随堆肥进行浓度呈下降趋势,而重金属Cr、Ni、Fe、Mn随堆肥进行浓度上升;堆肥渗滤液有机物主要为类蛋白物质,但也含有类腐殖质物质,适合先生化后物化处理依次去除;堆肥过程中类蛋白物质相对含量先增加后减少,而类腐殖质相对含量先减少后增加.堆肥渗滤液盐分和重金属含量较高,不宜堆肥回流利用,应先生化后物化处理达标后排放.     

不同有机物料中的磷形态特征研究

采用DOU的磷形态分级方法,研究了猪粪沼渣(ZZ)、牛粪沼渣(NZ)、牛粪秸秆堆肥(NJD)、污泥堆肥(WD)、农村生活垃圾堆肥(NSLD)等7种有机物料中的磷形态及其比例.结果表明,有机物料中全磷及各形态总磷存在较大差异,以猪粪沼渣全磷含量最高,为23.59 g·kg-1,以牛粪沼渣全磷含量最低,仅3.61 g·kg-1.猪粪沼渣、牛粪沼渣、牛粪秸秆堆肥、污泥堆肥中各形态总磷(Pt)大小顺序为HCl-P残留态-PNa HCO3-PNa OH-PH2O-P,而3种农村生活垃圾堆肥中各形态磷含量则为HCl-P残留态-PH2O-PNa HCO3-PNa OH-P.7种有机物料中HCl提取态磷占回收全磷(Ptt)比例达47.75%~84.96%,表明有机物料中的大部分磷更容易被如HCl等强浸提剂提取,而这部分磷不易被植物吸收利用.各有机物料中磷以无机态磷为主,无机磷占全磷比例在53.18%~87.33%之间.各形态中的无机磷以Na HCO3-Pi占形态总磷比例最高(79.72%~94.76%),且在回收全磷中主要分布于HCl提取态,各形态中的有机磷则主要分布于HCl-P和残留态-P.经堆腐后的牛粪秸秆堆肥各形态无机磷占全磷比例较牛粪沼渣均有所增加,表明好氧堆肥有助于有机物料中磷的矿化,提高有机物料中磷的有效性.     

模型化研究pH对垃圾焚烧飞灰金属浸出的影响机制

浸出液pH是影响城市生活垃圾焚烧飞灰金属浸出的主要因素.通过比较pH变化浸出测试和Visual MINTEQ模拟结果,研究了浸出液pH对飞灰金属浸出特性的影响机制.结果发现,酸性条件下(Cd、Zn、Ni:pH＜8;Pb、Cu、Cr:pH＜6;Al:pH＜4),金属会随pH降低而大量溶出;两性金属Pb和Zn,在强碱性条件时浸出浓度亦会增加,pH=12.5时可分别达42和2.4 mg·L-1.飞灰中金属的pH相关浸出行为可通过Visual MINTEQ模型很好地模拟.模拟计算结果表明,浸出液pH的变化会改变金属在浸出体系中的化学形态,从而影响金属的浸出浓度;不同pH下Pb、Zn、Cu、Ca和Al的化学形态和浸出行为主要由溶解/沉淀平衡决定,吸附作用对其影响不大;在酸性至中性pH条件下,飞灰中HFO会吸附Cd、Cr和Ni而降低其溶解度,但在碱性条件下这些重金属的浸出又转而由溶解/沉淀平衡控制.     

UV-Fenton体系处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

采用紫外(UV)耦合Fenton反应产生活性氧物种降解准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中的难降解污染物.考察了初始pH值、双氧水和二价铁(Fe~(2+))投加量对污染物去除效能的影响,并采用醇类猝灭实验和三维荧光技术解析了体系产生的主要活性氧物种及其腐殖质的降解机制.结果表明,UV-Fenton体系可协同、有效地处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中的污染物.增大双氧水和二价铁投加量可提高体系降解有机物的能力与反应速率,初始pH值为3.0时有机物降解效果最佳,中性与碱性环境均会显著抑制体系对有机物的降解.在H_2O_2投加量为0.084 mol·L~(-1),Fe~(2+)投加量为0.056 mol·L~(-1),初始pH值为3.0的条件下,渗滤液尾水COD去除率与反应速率常数最终分别为77.22%和0.04679.经UV-Fenton体系处理后,得益于体系主要的活性氧物种·OH与O■对渗滤液尾水中芳香类有机物质的有效降解,同时,可见区荧光峰值降低了51.00%,紫外区荧光峰值先增大后减小.因此,渗滤液中大分子物质大幅减少,小分子物质相对增多.     

含水层介质对垃圾渗滤液污染缓冲性研究

通过土柱模拟实验研究含水层介质对垃圾渗滤液污染的pH缓冲和氧化还原缓冲性能.结果表明,碳酸钙对pH缓冲起重要作用,随着污染程度的加重,碳酸钙缓冲体系的缓冲容量逐渐增大,从背景值的1.62·pH^-1 mmol/kg增加到41.3·pH^-1 mmol/kg.随着污染程度的加重,含水层介质的氧化容量（OXC）减小,而还原容量（RDC）升高.在未受污染的介质中,Fe³⁺是OXC的主要组成,约占OXC的70.5％;TOC是RDC的主要组成,约占RDC的98.7％.物质的存在形态也与污染程度有关,在污染源附近大部分无定型态和部分晶体态Fe³⁺被还原,而且还原产物主要以FeCO₃和FeS形式沉淀;生成Fe²⁺的沉积使得可离子交换态Fe²⁺含量由未受污染的介质中的0.5％升高至3％.因此,Fe³⁺是含水层介质中主要的氧化还原缓冲剂.     

Fenton氧化法预处理并提高垃圾渗沥液可生化性的研究

采用Fenton氧化法对垃圾渗沥液进行预处理.基于响应面法研究了Fenton氧化法对垃圾渗沥液的处理效能,考察了初始pH值、H_2O_2投加量和[H_2O_2]/[Fe~(2+)]摩尔比对TOC去除率的影响,并拟合了TOC去除率与三因素之间的回归方程.同时,通过三维荧光和凝胶色谱比较了Fenton处理前后渗沥液的可生化性.结果发现,渗沥液中类富里酸等难降解有机物得到有效去除,B/C比从0.1左右升至0.25.研究表明,Fenton氧化法可有效改善垃圾渗沥液的可生化性,为后续生物处理创造了条件.     

北京市2009-2011年垃圾渗滤液处理电能消耗特征与节能减排潜力研究

对北京市2009-2011年垃圾渗滤液处理中电能消耗进行研究,通过对现行几种渗滤液处理技术的对比和现场调查,采用逐层分析法,将电能消耗从处理设施上分为三大层次:单元-工艺-场站.结果表明,2009-2011年北京市各垃圾处理场处理渗滤液的耗电量基本不变.对于同一场站来说,生化处理单元的电能消耗一般高于其他3个单元,反渗透单元的电能消耗高于纳滤单元.填埋场和粪便消纳站中垃圾总量与渗滤液产量有很好的线性关系,且单位垃圾产生的渗滤液量为:消纳站＞填埋场;填埋场和粪便消纳站中渗滤液产量与电能消耗也有很好的线性关系,且单位渗滤液耗电量为:填埋场＞消纳站.北京市垃圾渗滤液处理全过程中节水潜力约为165.94万t·a-1(近3年北京市垃圾处理年度中水回用量均值为31.22万1·a-1),粪便消纳站存在最大节水潜力,填埋场次之,分别占总节水潜力的89.58％、6.69％.粪便消纳站单位垃圾的节水量最高,平均值为0.02575 t·t-1.