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.     

厌氧-准好氧运行加速生物反应器填埋场垃圾稳定的研究

通过厌氧型、好氧型和准好氧型生物反应器填埋场的比较,提出了厌氧-准好氧联合运行加速生物反应器填埋场垃圾降解和稳定的填埋场运行方法,并通过模拟试验进行了研究.结果表明,按厌氧方式运行710 d的模拟垃圾柱改为按准好氧方式运行360 d后,每天回灌1次的D1柱和每周回灌2次的D4柱渗滤液COD浓度分别由705 mg/L和669 mg/L下降到135mg/L和178 mg/L,氨氮浓度由650 mg/L和877 mg/L降到不能检出水平;而继续按厌氧方式运行的垃圾柱D2和D3的渗滤液COD浓度仅分别由435mg/L和852 mg/L下降到295 mg/L和596 mg/L,氨氮浓度由654 mg/L和1 107 mg/L下降到469mg/L和783 mg/L.模拟厌氧型生物反应器填埋场垃圾柱稳定后期改为按准好氧方式运行,能加快渗滤液COD和氨氮浓度的衰减速率,而较高的渗滤液回灌频率更能强化这一优势.     

厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场产气规律的研究

通过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）,研究其产气速率、产气量以及产气组分的变化规律,以期为填埋气体的收集、利用和处理提供理论依据.实验表明,AN-SABL中的厌氧填埋单元的产气受到了抑制,其中ANBL2号单元和ANBL3号单元的产气率分别为49 L.kg-1和39 L.kg-1,仅占ANBL1号的94.2%和75.0%,但提高回灌频率,能促进厌氧填埋单元的产气,其甲烷含量最大值可达到62.67%;ANBL夏季产气速率和产气量明显高于冬季,并以12 h为周期交替出现产气高峰;此外,AN-SABL能够促进其厌氧单元的硝化和反硝化作用,N2O的含量受季节和填埋场类型影响显著,其变化范围在0.001 7%～4.017 9%之间.ANBL的累积产气量在初始调整阶段呈对数增长,过渡酸化阶段呈线性增长,酸化产甲烷阶段呈指数增长.     

模拟新型联合生物反应器填埋场产气速率规律的研究

为了有效利用和管理生物反应器填埋场的填埋气体,减少其稳定过程中温室气体的排放,将厌氧型生物反应器填埋场和准好氧矿化垃圾生物反应床相结合,探索了厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场中厌氧生物反应器填埋场单元的产气规律。研究表明：在产酸阶段,ANBL单元的产气速率在填埋2d后快速达到峰值（1#ANBL为188L/d,2号ANBL为192L/d,3号ANBL为216L/d）,随后迅速下降,并稳定在0-12L/d之间,其变化主要受外界温度和回灌频率的影响。     

回灌型准好氧填埋场脱氮特性及加速稳定化研究

采用2个模拟填埋生物反应器,1号柱渗滤液简单回灌,2号柱为渗滤液回灌准好氧联合运行方式,研究了渗滤液回灌准好氧生物反应器填埋场的脱氮特性及加速垃圾稳定化特性。研究结果表明：渗滤液回灌准好氧填埋场具有很强的脱氮能力,2号柱由厌氧运行方式改为准好氧条件下,渗滤液中的氨氮和凯式氮浓度分别由最大值的3198mg／L和3345mg／L降低到第160d的73mg／L和81mg／L,去除率分别为97．7％和97．6％,pH快速升高到8．0左右,COD浓度快速降低。渗滤液中溶解性有机物（DOM）分级结果表明,2号柱HA和FA含量的增加明显快于1号柱。2号柱DOM的三维荧光光谱特性发生了较大变化,荧光基团从60d结构简单的类蛋白物质转变为95d结构复杂的类胡敏酸和富里酸物质,而1号柱渗滤液DOM荧光基团一直是结构简单的类蛋白物质。结果表明回灌准好氧生物反应器填埋场的稳定化速度远快于简单回灌的生物反应器填埋场。     

不同类型生物反应器处理农村生活垃圾试验研究

根据厌氧、好氧以及准好氧生物反应器填埋场的各自特点,结合我国农村生活垃圾处理现状,开展了厌氧(R3-I)-准好氧(R3-II)联合生物反应器与厌氧(R1)、准好氧(R2)生物反应器的室内模拟对比试验。结果表明,厌氧单元(R1、R3-I)累积沉降量与时间成对数关系,而准好氧单元(R2、R3-II)的累积沉降量与时间成线性关系;联合生物反应器中的厌氧单元未出现酸累积现象;联合反应器中各单元对COD的降解趋势与准好氧生物反应器高度一致,在第350天,R3-II渗滤液COD降至7.67 g/L;联合生物反应器对以UV254表征的有机物的去除效果优于厌氧生物反应器和准好氧生物反应器;厌氧-准好氧联合型生物反应器能够有效抑制氨氮的积累,使体系内的氨氮处于一个相对稳定的水平。     

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.     

序批式生物反应器填埋场的脱氮特性

采用3个填埋柱模拟序批式生物反应器填埋场: 1号柱装填新鲜垃圾,为对照柱,渗滤液简单回灌;2号和3号柱分别装填新鲜垃圾和腐熟垃圾,渗滤液交叉回灌.探讨了序批式生物反应器填埋场的氨氮去除率、反硝化能力以及厌氧氨氧化能力.结果表明:1号柱渗滤液的氨氮质量浓度在40 d内升高并趋于稳定;3号柱的氨氮去除率随时间的延续逐渐降低,从垃圾装填开始的100%降到90 d后的0,2号柱氨氮的累积去除率为40%左右.试验进行90 d后,分别将一定质量浓度的硝酸盐溶液添加到3个填埋柱内,结果表明,所使用的硝酸盐氮在2 d内几乎全部被去除, 证明3个填埋柱都具有很强的反硝化能力.3号柱在添加硝酸盐过程中硫酸根质量浓度升高,表明发生了自养反硝化反应.通过向填埋柱添加亚硝酸盐发现, 3号柱有一定的厌氧氨氧化能力,氨氮质量浓度下降10%～32%.      

生物反应器填埋场场内脱氮机理小试研究

虽然相对于传统的填埋场而言,渗滤液回灌型生物反应器填埋场系统有利于促进填埋层微生物的生长,但并不能促进垃圾有机污染物的彻底厌氧降解,甚至会导致高浓度氨氮的积累而增加场外处理难度;为此,通过实验室动态模拟试验,进行了渗滤液回灌型生物反应器填埋场系统和脱氮型生物反应器填埋场系统对填埋垃圾的脱氮性能及脱氮机理的初步研究.结果表明,脱氮型生物反应器填埋场系统所提供的生物空间环境更有利于反硝化细菌的生长与繁殖,其反硝化细菌的数量始终比常规的渗滤液回灌型生物反应器填埋场系统高1～3个数量级;其氨氮去除效果达到90%左右,远远优于渗滤液回灌型生物反应器填埋场系统.     

准好氧生物反应器填埋系统的渗滤液变化特性研究

针对传统卫生填埋过程中存在的不足,开展了准好氧生物反应器填埋场的室内模拟试验,以导气管管径为参照变量,设计两组准好氧生物反应器填埋场并对其进行连续监测。研究表明:在填埋处理的300 d内,垃圾沉降比例接近40%,固相垃圾的有机质含量可降至24%,渗滤液的COD、BOD5、TOC、氨氮与总氮等污染物指标可得到高效去除,分别降至3 643,73,1 284,67,109 mg/L,VFA物质可降至20 mmol/L,B/C降至0.02~0.03,渗滤液的可生化性大大降低,填埋垃圾减量化、无害化、稳定化效果显著。     

准好氧矿化垃圾生物反应床的最佳工况研究

准好氧矿化垃圾生物反应床是一种新型、高效的渗滤液处理技术,为了确定准好氧矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的最佳运行工况,设计了按L(934)运行的正交实验。研究表明,温度(A)、回灌频率(B)、水力负荷(C)、进水COD浓度(D)4个因素对COD、氨氮和总氮去除率3个指标项的影响程度各有不同,其中对COD的影响由大到小依次为C→D→A→B,氨氮为D→B→A→C,总氮为B→D→C→A。运用"综合平衡法"分析得其最佳运行工况为:温度30℃、回灌频率3 d/次、回灌量2 L/次、进水COD浓度50 000 mg/L,其水力负荷为30 L(/m3.次)、有机负荷约550 g(/m3.d)。结果表明,该技术不但操作运行简单,而且能有效去除渗滤液中的污染物,尤其是对TN的去除优势十分明显,是一种具有良好应用前景的渗滤液处理技术。     

回流对陈垃圾生物反应器处理老年渗滤液污染物影响

为了研究回流对陈垃圾反应器处理老年渗滤液污染物的影响,构建了回流的陈垃圾生物反应器,试验了不同温度、负荷和回流比条件下反应器对污染物的去除效果。结果表明,在较低水力负荷12.8~25.5 L/(d.m2)的情况下,陈垃圾反应器对NH3-N、BOD5和COD等污染物的去除率分别达到90%、95%和70%以上。在不同温度下提高水力负荷,回流会抑制氨氮和COD的去除,但可显著提高TN的去除率,表明回流可作为提高老年渗滤液TN去除率的途径之一。利用氮同位素示踪技术发现反应器中有Anammox脱氮途径存在。但是可利用碳源的缺乏仍是提高老年渗滤液脱氮效率的限制因子。     

渗滤液回灌对厌氧生物反应器产甲烷影响的研究

在不同温度下,通过对3个已进入产甲烷期的厌氧型生物反应器实施不同的回灌操作,并对渗滤液的pH值、TDS、COD、氨氮浓度和产气量的监测数据进行对比分析表明:在温度较高时,高回灌频率1d/次有利于促进产甲烷速率的提高;在温度较低时,适当的低回灌频率5d/次更加有利。同时保持较高的温度(35℃左右)也有利于提高厌氧型生物反应器的产甲烷速率,其中在恒温下的D2柱的平均产甲烷速率高达2314mL/d,而在室温下的D1柱仅为D2柱的40%。     

填埋结构对渗滤液回流效果影响研究

依据准好氧填埋和厌氧填埋的原理,构建了四个大型模拟填埋场,其中两个进行渗滤液回流,研究了填埋结构对渗滤液回流效果的影响。结果表明,准好氧填埋渗滤液回流有利于渗滤液中COD、NH3-N浓度的下降,其下降率分别为95.8%和89.8%,下降率高于厌氧填埋,且下降较为平稳;厌氧填埋渗滤液回流虽有利于渗滤液中COD浓度的下降,下降率为82.2%,但在回流初期浓度有升高的现象,NH3-N却持续累积;增加渗滤液在填埋层中的停留时间能提高回流的效果。     

生物反应器填埋场系统中城市生活垃圾原位脱氮研究

采用填埋垃圾上层间歇曝气充氧或渗滤液回流前经好氧、硝化反应器处理的方式,营造生物反应器填埋场系统内生物脱氮环境,研究了其中生活垃圾原位脱氮的性能.结果表明,在填埋垃圾稳定化过程中,88%以上的含氮化合物以渗滤液的形式溶出.填埋垃圾上层间歇曝气充氧或渗滤液经好氧、硝化反应器处理后回流的生物反应器填埋场系统对渗滤液总氮的处理效果较好,实验结束时,渗滤液总氮量仅为对照填埋场的28.7%和14.3%.     

上层曝气式生物反应器填埋工艺特性的研究

通过实验室模拟填埋柱,将厌氧生物反应器与上层曝气式生物反应器进行对比研究,以探究好氧预处理-厌氧运行方式下生物反应器内固体垃圾、渗滤液性质以及填埋气回收率的变化特征.结果表明,厌氧生物反应器A1受酸抑制影响,实验过程中几乎无甲烷气体产生,垃圾层沉降高度5.4 cm,且主要归结于垃圾自身重力下的压实作用,渗滤液COD、VFA浓度高达70 000 mg·L-1和30000 mg·L-1,尚未出现降低趋势.好氧预处理则有效缓解了填埋柱内酸抑制现象,垃圾降解速度明显加快,产甲烷环境于曝气60 d内建立.至反应器运行结束,垃圾层沉降高度11.5 cm,渗滤液COD、VFA浓度分别降低至14000mg·L-1和8900 mg·L-1,甲烷累积产量61976 mL,回收利用率高达95%以上.然而,上层曝气式生物反应器操作模式相对比较复杂,其反应器运行效果还受到回灌操作和曝气条件等多方面因素的影响和制约.因此,需调节渗滤液回灌操作与曝气条件以实现反应器的高效运行.