序批式脱氮型生物反应器填埋场N2O的产生规律与影响因素研究

脱氮型生物反应器填埋场因具有加速填埋场稳定化、降低渗滤液中有机污染物以及含氮污染物含量而成为可持续填埋的前沿。但该过程的硝化与反硝化作用会导致温室气体氧化亚氮的产生与排放，从而使填埋场成为氧化亚氮的重要排放源。如何在不降低脱氮效率前提下，减少氧化亚氮产生量成为脱氮型生物反应器填埋场的关键问题。本项目针对这一关键问题，采用序批式生物反应器填埋场模拟实验装置，研究序批式生物反应器填埋场运行过程中，氧化亚氮随垃圾稳定化进程的动态变化规律；采用多元（非）线性回归分析方法，进行渗滤液、填埋气体、垃圾中相关指标与氧化亚氮产生的相关性及显著性分析，确定影响氧化亚氮产生的主要因素；采用PCR-DGGE技术分析硝化反硝化微生物群落结构随氧化亚氮的变化规律，初步揭示氧化亚氮产生的微生物学机理。为脱氮型生物反应器填埋场氧化亚氮控制提供理论基础和技术指导。

填埋场已成为温室气体氧化亚氮的重要排放源之一。序批式生物反应器填埋场具有加速填埋场稳定化、降低渗滤液污染负荷的优势，但存在因硝化反硝化作用导致的氧化亚氮大量产生的潜势。. 本项目针对这一关键问题，构建了序批式生物反应器填埋场模拟装置，主要研究了序批式生物反应器填埋场稳定化过程中氧化亚氮的变化规律和影响因素，以及氧化亚 氮产生的微生物学机理。. 研究表明：序批式生物反应器填埋场稳定化全过程均产生氧化亚氮，初始氧化亚氮产生量均较高，随后迅速下降到较低水平，后期均出现氧化亚氮产生量上升现象。总体上，以硝化为主的矿化垃圾单元比以反硝化为主的新鲜垃圾单元氧化亚氮产生量更高。初始由于微生物调整适应新环境，硝化反硝化作用的不均衡导致氧化亚氮大量产生；后期因反硝化所需碳源不足出现亚硝酸盐和硝酸盐积累，导致氧化亚氮产生量增加。相关性分析表明，氧化亚氮产生的主要影响因素是亚硝酸盐和硝酸盐。分析认为，亚硝酸盐和硝酸盐的浓度变化，主要与垃圾中可生物降解有机物含量有关，伴随着溶解氧和氧化还原电位的变化。运行操作实验表明，进水水质、回灌水力负荷和复氧方式均对氧化亚氮产生有一定影响。序批式生物反应器填埋场稳定化不同时期矿化垃圾单元微生物多样性变化较大，新鲜垃圾单元基本没有变化。脱氮功能基因克隆文库分析表明运行后期矿化垃圾单元检测到的氨氧化菌大部分为未知菌群，推测以Nitrosomonas属为主；新鲜垃圾单元反硝化菌种群丰富，以Thauera属和Thiobacillus属为主。分析表明矿化垃圾单元存在氨氧化、亚硝化、异养硝化、好氧反硝化等脱氮途径，可能存在潜在的厌氧氨氧化；新鲜垃圾单元中存在异养反硝化、自养反硝化等脱氮途径。实际上，序批式生物反应器填埋场中氧化亚氮的产生与渗滤液水质和负荷变化以及填埋体微生物群落结构及多样性密切相关。在填埋场的运营管理中，应避免渗滤液水质和负荷的较大波动，运行后期可在填埋体表层补填新鲜垃圾以补充反硝化所需碳源，减少氧化亚氮的产生。