生物反应器填埋条件下垃圾生物质组分的初期降解规律

在经甲烷化填埋层渗滤后的渗滤液循环回灌的新鲜垃圾填埋层内,以生物质分类表征为基础,分析了新鲜垃圾填埋层内固相各生物质组分（总糖、蛋白质、脂肪、纤维素和木质素）的初期降解规律.结果表明,垃圾中原有总糖组分和蛋白质的快速水解发酵是新鲜垃圾填埋后产生高有机质浓度渗滤液的主要机制;脂肪和纤维素的降解产物不是填埋初期高有机质浓度渗滤液的主要来源;纤维素是填埋层稳定产甲烷阶段的主要碳源,其水解速率可能是甲烷化过程的限速步骤;纤维素/木质素之质量比可作为指示填埋垃圾稳定化的指标.各生物质组分的初期降解速率常数均在0.01至0.1之间,而填埋气体中甲烷体积分数在60d内达到45%.食品垃圾组分富集的生活垃圾,应用生物反应器填埋技术时,必须具备足够的降解容量以代谢填埋初期固相中总糖和蛋白质快速水解产生的酸性液相产物.     

产物接种对生活垃圾水解/好氧复合生物预处理的影响——微生物及水解酶活性变化

以高含水率混合收集生活垃圾为处理对象,研究了接种和不接种(对照)情况下,水解/好氧复合生物预处理过程中微生物数量及水解酶活性的变化.结果表明,在复合生物预处理过程中,产物接种加剧了水解阶嚣的酸化抑制效应(水解阶段结束时.接种组和对照组的pH分别为5.2和5.9),减少了细菌数量和降低了相关水解酶活性;产物接种可促进纤维素分解菌的生长繁殖,提高CMC酶、滤纸纤维素酶的活性,从而有利于难降解生物质的分解;接种组和对照组总水分去除率分别为63.7%和77.7%,产物接种并没有提高复合生物预处理过程的水分去除效率.     

Methanogenesis acceleration of fresh landfilled waste by micro-aeration

Introduction The key technology of bioreactor landfill ( Pohland,1995) and ecologically based landfill ( Bramryd, 2001 )consists in the initiative regulating of microbial activities inlandfill layers, so as to accelerate waste degradatio…     

中间覆盖层对厌氧生物反应器填埋场中有机物降解的作用

建立了3组模拟厌氧生物反应器填埋场——R1、R2和R3,其中R1反应器无中间覆盖层,R2和R3反应器分别以矿化垃圾+重质碳酸钙、矿化垃圾+天然沸石为中间覆盖层,以研究不同中间覆盖层对厌氧生物反应器填埋场中有机物降解的作用. 结果表明:以矿化垃圾+重质碳酸钙、矿化垃圾+天然沸石为中间覆盖层时,均能维持反应器中良好的内环境,可促进垃圾和渗滤液中有机物的降解. R1、R2和R3反应器中垃圾的w(VS)(VS为挥发性固体))分别比初始值下降了69.81%、75.06%、73.86%,w(BDM)(BDM为生物可降解组分)分别下降了66.87%、82.86%、75.38%,w(纤维素)分别下降了67.96%、75.41%、72.90%;R1、R2和R3反应器中垃圾渗滤液的ρ(COD_Cr)比最大值分别降低了25.45%、29.72%、23.01%,ρ(BOD₅)分别降低了39.28%、45.66%、46.74%. 表明矿化垃圾+重质碳酸钙为中间覆盖层时,既能接种可降解有机物的微生物,又能提供微生物生长所需的碱度,因此更具优势.      

好氧填埋技术对渗滤液水质变化的影响

垃圾填埋场产生大量渗滤液,而一般厌氧型填埋场产生渗滤液中含有很高浓度的有机物。因此,渗滤液成为填埋场的难题。通过试验模拟垃圾的好氧填埋过程,并在此过程中对垃圾产生渗滤液中的COD、BOD5和NH 4+-N进行连续监测,通过试验初步得出:在好氧填埋条件下,垃圾堆体产生渗滤液中有机物和NH 4+-N浓度得到较大程度降低。渗滤液中COD、BOD5和NH 4+-N的降解率分别高达98.99%、99.94%和99.78%。     

加速填埋场稳定化进程复合菌系的构建

针对传统的填埋场稳定化时间长等问题,采用生物强化技术以加速填埋场的稳定化进程.以反复筛选与多次传代培养的性能稳定的功能菌群为基础,通过研究不同组合的功能菌群对填埋场所产渗滤液及填埋垃圾稳定过程的影响,构建了一组能加速填埋场稳定化进程的复合菌系.结果表明,该复合菌系较其他组合功能菌群对渗滤液指标影响最大,渗滤液的产量、COD和氨氮影响最大,使各指标在填埋初期达到峰值后明显消减,分别在49,30和44d后持续低于其他各组,且氨氮浓度130d后低于10mg/L,达到国家生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)规定的渗滤液氨氮排放标准.渗滤液累计产量、COD和氨氮总量在整个填埋周期较对照组分别减少了26.66%、26.59%和25.40%,降低了填埋场的污染负荷.该复合菌系对垃圾稳定化指标影响最大,至填埋结束时,填埋垃圾TOC 、TN和C/N较对照组分别低39.6%、18.95%和25.48%,垃圾沉降率和总有机质生物降解率分别较对照组提高了9.99%和26.23%.     

蔬菜类废物两相厌氧消化水解酸化相颗粒降解规律

研究蔬菜类废物两相厌氧消化过程中水解酸化液物化性质随水解时间的变化情况,结合总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒粒径和溶解性有机物(DOM)分子量的分析,探讨了蔬菜类废物水解酸化过程中TOC溶出和颗粒降解之间的关系,分析了水解酸化相颗粒物降解规律.实验结果表明,蔬菜类废物水解过程可以分成两个阶段:易水解的颗粒物在前5d迅速水解,TOC浓度迅速升高,在第5d达到最大值4920mg/L,水解产生颗粒态物质的二次平均直径从第1d的58.38μm降至第5d的4.64μm,有机物快速溶出,DOC/TOC比值在第4d达到最大值85%,该水解过程可用Contois模型模拟;第5d后,难水解颗粒物质的缓慢水解起主导作用,颗粒态物质的二次平均直径从4.64μm开始逐渐增大,并稳定在8.97~10.68μm范围内,TOC和DOC溶出率逐渐降低,且DOC溶出率小于TOC溶出率.大分子溶解性有机物的降解也主要集中在水解过程的前5d,水解第1d产生的大分子DOM(1.6×109~1.9×109Da)到第5d已经全部降解成分子量在5×104~4×106Da的DOM;第5d过后,DOM的分子量分布情况并未发生较大变化.表明蔬菜类废物两相厌氧消化工艺过程中水解时间可缩短为5d.     

生物反应器-填埋场处理渗滤液的试验

采用生物反应器-填埋场系统处理垃圾渗滤液.结果表明:该系统有助于渗滤液中有机污染物进行分相降解,产酸作用主要集中在填埋场,酸化率为40%～50%,产甲烷作用集中在UASB生物反应器中;系统对渗滤液的处理效果明显优于普通的卫生填埋场和渗滤液单独处理系统,并且有利于甲烷气体的收集和利用.同时该系统也加速了垃圾的降解和填埋场的稳定化过程     

双酚A降解菌的分离鉴定及其降解特性

从好氧堆肥反应器的渗滤液中分离到1株降解内分泌干扰物双酚A的细菌B-16.经过对其形态特征、生理生化以及16S rDNA序列分析,该菌株初步鉴定为Achromobacter xylosoxidans.通过摇瓶实验考察了生长条件对双酚A降解的影响,得出该菌株降解双酚A的最佳条件是接种量为0.6%,初始pH值为7.0,温度为30℃.在该条件下,对菌株B-16对不同初始浓度双酚A的降解反应过程进行动力学分析,该降解反应在低浓度(3、5、10mg/L)时符合一级反应动力学特征,而在较高底物浓度(20 mg/L5、0 mg/L)下不能用一级反应动力学描述,双酚A的降解率在初始浓度为10 mg/L时达到最大值46.93%.     

Effect of leachate recycling and inoculation on the biochemical characteristics of municipal refuse in landfill bioreactors

Activity development of key groups of enzymes involved in municipal refuse decomposition was measured in laboratory landfill bioreactors with and without leachate recycling and inoculation for about 210 days.The results showed that the enzymes(amylase,protease,cellulase,lipase and pectinase)were present in fresh refuse but at low values and positively affected by leachate recycling and refuse inoculation.The total average of cellulase activity in digesters D3 operated with leachate recycling but no inoculation,D4 and D5 operated with leachate recyling and inoculation was much higher than that in digesters D1 and D2 without leachate recycling and inoculation by 88%-127%,117%-162%and 64%-98%.The total average of protease activity was higher in digester D4 than that in digesters D1,D2,D3and D5 by 63%,39%,24%and 24%,respectively,and the positive effect of leachate recycling and inoculation on protease activity of landfilled refuse mainly was at the first two months.The total average of amylase activity was higher in digesters D3,D4 and D5 than that in digesters D1 and D2 by 83%-132%,96%-148%and 81%-129%.During the early phase of incubation,the stimulatory effect of inoculation on lipase activity was measured,but refuse moisture was the main factor affecting lipase activity of landfilled refuse.The inoculation,initial and continuous inoculation of microorganisms existing in leachate,was the mainly stimulatory factor affecting pectinase activity of landfilled refuse.     

垃圾填埋场生化降解指标测试及液气产量评估

以上海某综合垃圾填埋场作为研究对象,钻取不同龄期的生活垃圾测试固液气生化降解指标,并对全场的渗滤液产量以及填埋气产量进行评估.经过测试和计算,该处区域已开始稳定产甲烷,进入慢速降解阶段.其中,固相垃圾样的C/L（纤维素与木质素的比值）大部分集中在0.72~1.53之间;渗滤液pH值介于7.91~8.92,BOD介于1050~5780mg/L,COD介于2640~15200mg/L,NH₃-N介于2110~4360mg/L.引入固相、液相以及气相归一化指标β₁、β₂、β₃,用于评估填埋场降解阶段.其中,β₁介于0.56~0.83,β₂介于0.65~0.76,β₃介于0.97~1.02.β₁与β₂能够作为判定垃圾场降解阶段的指标,但β₃只能作为判定垃圾场是否处于稳定产甲烷阶段的指标.另外,建立考虑垃圾压缩-渗流耦合作用的渗滤液产量计算方法,垃圾自身渗滤液产率在70%~80%左右;采用垃圾两阶段降解模型计算填埋气产量,随着垃圾停止入场填埋,填埋气可收集量快速降低,至2025a降至峰值的3.88%,至2040a降至峰值的0.08%.     

餐厨垃圾接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性研究

餐厨垃圾可定向发酵产乙醇,但复杂的预处理导致处理时间长、工艺复杂度增加. 本文通过直接接种酵母菌和灭菌后接种酵母菌对比试验,分析发酵系统内乙醇、乙醇前体物还原糖、还原糖前体物淀粉的降解与产生规律,探讨餐厨垃圾直接接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性及规律. 结果表明:酵母菌的添加能够促进餐厨垃圾固体厌氧发酵产生乙醇,接种酵母菌后乙醇浓度为11.86~12.09 g/L,是空白对照的8.41~31.50倍,且高于灭菌预处理后接种的6.88~10.02 g/L;基于修正的Gompertz模型分析也证实了上述结果,接种酵母菌后,系统产乙醇潜力(P_m)和单位最大乙醇产率(R_m)也随之上升,但接种量对餐厨垃圾的P_m和R_m影响不大. 对乙醇前体物还原糖的分析表明,接种酵母菌能够在发酵初期就可以发挥作用,促使系统内还原糖在0~4 h内快速降为43.37~46.55 mg/g,从而加速了餐厨垃圾的稳定化进程,但在4~24 h内,由于次生代谢物的抑制作用,系统内还原糖未出现明显的产生和降解. 还原糖前体物淀粉的水解情况分析表明,接种酵母菌可将淀粉的水解率由19.36%提高到27.90%~37.57%,但淀粉含量在274.02~316.51 mg/g之间时已不再发生水解. 研究显示,直接接种酵母菌有助于餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇含量的提高,体系中还原糖、淀粉含量并未成为餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇量的限制性因素.      

芽孢杆菌B01固态发酵及其对园林废弃物堆肥的影响

菌剂的使用是目前促进园林废弃物堆肥的有效方法,但常用的菌剂往往为液态菌剂,其制作存在无菌操作要求高、产品存在运输不便等问题,拟尝试通过固体菌剂加以克服.以芽孢杆菌（Bacillus sp.）B01为研究对象,对其固态发酵过程中的载体、保护剂、接种量、装瓶量等常见工艺参数进行优化,制成固体菌剂,并与市售常见液体菌剂——EM菌进行对比,探究其对园林废弃物堆肥过程的影响.结果表明:B01固态发酵的最优载体配比为麦麸35%、米糠45%、乳糖6%、黄豆粉6%、硅藻土8%,保护剂为5%海藻糖,接种量为15%,装瓶量为15%,料水比为1:1.在该发酵条件下,B01固态发酵物活菌体数可达到2.62×1010 CFU/g（以干质量计）,存储90 d后,25℃下的存活率为30.19%.与EM菌相比,固体菌剂——B01可使园林废弃物堆肥过程中纤维素降解率提高11.04%、木质素降解率提高15.47%、腐殖质含量提高19.91%.研究显示,通过固态发酵条件的优化成功地将B01制成固体菌剂,该固体菌剂具有较高的活菌数量和较长的保质期,还可促进园林废弃物堆肥过程中木质素、纤维素的降解以及腐殖质的合成,具有显著的应用潜力.      

有机生活垃圾多组分联合厌氧降解产甲烷性能研究

为了阐明生活垃圾多组分的混合对其厌氧降解产气性能的影响,通过在中温（37±1）℃下对餐厨类、纸类和园林类垃圾组分进行单独和联合厌氧降解产甲烷实验,研究接种物来源对单组分和多组分物料厌氧降解产甲烷性能的影响,应用修正的Gompertz模型拟合和分析物料产甲烷过程动力学特征,并借鉴和发展评价混合物料联合厌氧降解性能的量化指标方法.试验与模型拟合结果均表明：接种物来源对各组分及其组合的厌氧生物可降解程度无显著影响,但对其降解速率存在明显影响.此外,尽管物料的混合对试验初期物料降解产甲烷速率存在促进作用,但仅有3组分混合试验组在最终累计甲烷产率方面表现出显著的协同促进,在2种接种物条件下,相比于3组分单独降解的甲烷产率分别增长了16%和14%.     

餐厨垃圾的黑水虻处理中含钙矿物及微生物对油脂转化效率的影响

黑水虻处理是近年来发展起来的一种餐厨垃圾的有效资源化方法,但由于黑水虻的生理特性,油脂类物质经常不能被彻底降解和去除,残渣仍有酸败气味,需堆肥化二次处理.为了提高油脂类成分的降解效率,提升黑水虻富集油脂的资源化能力,本研究拟以含钙矿物和微生物为主要辅助手段,通过向餐厨垃圾中添加湿重比例为0~10%的CaCO₃、0~10%的Ca(OH)₂、5%CaCO₃和菌液的混合物及6种不同菌液,研究含钙矿物和微生物对于油脂减量化和虫油转化效率的影响.结果发现,向餐厨垃圾中添加含钙矿物,能够显著调节和缓冲黑水虻处理过程中的环境pH值,但对增加油脂的去除效率和黑水虻油脂的转化能力没有显著作用.而且添加7%~10% 的CaCO₃对于餐厨垃圾的减量化率和黑水虻的虫产率有负作用,添加5%~10%的Ca(OH)₂会导致显著的幼虫死亡率.同时添加CaCO₃和菌液对于油脂的去除不利.仅添加微生物菌液是提高垃圾油脂减量化率和黑水虻油脂富集率的最有效方法.枯草芽孢杆菌NJZ菌株、地衣芽孢杆菌NY菌株、植物乳酸杆菌RS72菌株和粪肠球菌L102菌株,是提高黑水虻油脂转化效率的有效菌株.添加微生物后,黑水虻的虫油产率由对照组的10.4%提升至12.8%~14.4%,虫油富集率由对照组的93.9%提升至116%~130%.虫油富集率超过100%,说明餐厨垃圾中碳水化合物、蛋白质等非油脂成分的一部分转化为黑水虻的体脂,而微生物的辅助降解可能是强化这一过程的主要因素.但即使在接种微生物以后,虫沙中仍然有29%~44%的油脂在处理结束时剩余,说明餐厨垃圾中的油脂较难被彻底降解和利用.未来研究中,可以继续筛选高效降解油脂的微生物,与黑水虻共同处理餐厨垃圾,实现油脂成分的资源化全利用.     

渗滤液回灌负荷对填埋场垃圾产气效能的影响

以4座有效垃圾量均为30t的模拟厌氧生物反应器填埋柱(R1～R4),每周分别回灌1.6,0.8,0.2m³的渗滤液和0.1m³清水,对比分析渗滤液回灌负荷对垃圾产气效能及稳定化进程的影响.结果表明,回灌比例最大(5.3%)的实验柱R1在回灌5周后开始大量产气,比R2～R4分别提前了7～13周;且垃圾产气速率与系统进水COD、VFA等污染负荷的变化存在正相关关系.回灌至第50周时,R1柱内垃圾更趋于稳定,TOC和COD的累积气相转化率分别为28.96%和14.57%,这表明部分有机质在回灌早期随液相流失,减少了垃圾产气潜能.因此,为提高生物反应器填埋场的垃圾产气效能,应根据垃圾稳定化的不同阶段适时地调整回灌方案.     

渗滤液回灌对填埋垃圾含水率的影响研究

文章通过模拟实验研究了不同的渗滤液回灌频率、回灌量和回灌速率对压实密度不同的垃圾的含水率的影响。研究表明,由于通道流的存在和影响,渗滤液的产生时间提前于填埋垃圾达到其有效贮水率的时间;渗滤液回灌频率越高、回灌量越大、回灌速率越慢、垃圾体温度越低、垃圾压实密度越高,则填埋垃圾的有效贮水率越大、含水率越高。在实施渗滤液回灌操作时,须综合考虑滤液回灌频率、回灌量、回灌速率、垃圾温度和垃圾压实密度等影响因素。     

降解园林废弃物专用固体复合菌的构建及其堆肥效应研究

目前应用于园林废弃物堆肥中的复合菌剂大多为液态菌剂,其制作存在无菌操作要求高、产品存在运输不便等问题,拟尝试通过固体菌剂加以克服.为获得可高效降解园林废弃物的固体复合菌剂,利用前期获得的固体菌剂芽孢杆菌（Bacillus sp.）B01和B02进行混配制成复合菌剂,通过正交试验对复合比例（B01:B02）及复合菌剂接种浓度进行优化,筛选出降解效果最佳的固体复合菌剂SB012,并与其液体复合菌剂LB012进行对比,探究二者对园林废弃物堆肥过程的影响.结果表明:各因素对固体复合菌剂应用效果均有极显著影响,其影响程度表现为复合比例>复合菌剂接种浓度;最佳固体复合菌剂是复合比例（B01:B02）为7.5:2.5,复合菌剂接种浓度为2.5%.与LB012相比,SB012可使木质素降解率提高7.79%,纤维素降解率提高5.30%,腐殖质含量提高6.29%,腐殖化系数（HI）提高23.02%.研究显示,通过对复合比例和复合菌剂接种浓度的优化,成功制得固体复合菌剂SB012,该菌剂可高效降解园林废弃物中的木质素、纤维素,促进腐殖质生成,提高堆肥产品品质.      

回灌渗滤液VFA浓度对填埋层甲烷化代谢的影响

处于稳定产甲烷阶段的填埋层具有降解回灌渗滤液有机物的能力,但高浓度渗滤液的主要组分(挥发性脂肪酸(VFA))可能影响填埋层的甲烷化代谢,导致填埋层对回灌渗滤液有机物降解效率恶化.采用实验室模拟填埋柱回灌不同ρ(VFA)模拟渗滤液的方法,研究不同VFA负荷对稳定产甲烷阶段填埋层甲烷化代谢的影响.结果表明:稳定产甲烷填埋层具有处理高ρ(VFA-C)渗滤液的能力,其有机碳的转化能力小于1.0 g/(kg·d);当回灌渗滤液中的ρ(VFA-C)大于14.8g/L(有机负荷为2.2 g/(kg·d))时可抑制填埋层的甲烷化代谢,但这种抑制可随着回灌渗滤液中ρ(VFA-C)的降低而得到解除;为保证填埋层内垃圾的降解,应控制回灌渗滤液的有机负荷不超过1.0g/(k·d).      

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.