准好氧生物反应器填埋场N2O产生特性与机理研究

The semi-aerobic bioreactor landfill has such technical and environmental advantages as accelerating landfill stabilization, reducing concentration of pollutants in leachate, emission reduction of methane, and in-situ removal of nitrogen, which made it the leading edge of sustainable landfill.But during the process of biological nitrogen removal, nitrification and denitrification lead to production of Nitrous Oxide, an important greenhouse gas, which makes the semi-aerobic bioreactor landfill an important emssion resource of greenhouse gas. An experimental device modeling semi-aerobic bioreactor landfill will be used in the project. The dynamic variation pattern of Nitrous Oxide produced in a semi-aerobic bioreactor landfill will be studied. The key factors that influence the porduction of Nitrous Oxide will be ascertained. Base on the 15N stable isotope trace method, the producing pathway of Nitrous Oxide will be ascertained.Based on the Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (PCR-DGGE) technology,the community structure succession of the microorganism in the process of the stabalization of refuse and its relationship with Nitrous Oxide varation will be discussed to reveal the production mechnism of Nitrous Oxide. The research results can provide theory basis and technical supports for Nitrous Oxide emission reduction and control of semi-aerobic bioreactor landfill.

准好氧生物反应器填埋场因具有加速填埋场稳定化、降低渗滤液污染物浓度、减少甲烷气体排放及实现原位脱氮等技术环境优势而成为可持续填埋的前沿。但脱氮过程中微生物硝化与反硝化作用会导致温室气体氧化亚氮的产生，使其成为氧化亚氮的重要排放源。本项目拟采用准好氧生物反应器填埋场模拟实验装置，研究准好氧生物反应器填埋场垃圾稳定化过程中氧化亚氮的动态变化规律及影响氧化亚氮产生的关键因素；通过15N稳定同位素示踪技术研究氧化亚氮的产生途径；采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析垃圾降解过程中微生物群落结构的变化及其与氧化亚氮变化之间的关系，初步揭示氧化亚氮的产生机理。项目研究成果将为准好氧生物反应器填埋场氧化亚氮的减排与控制提供理论基础和技术支撑。

准好氧生物反应器填埋场能够加速垃圾的稳定化，并创造了去除渗滤液中氨氮的完整脱氮途径—硝化和反硝化作用，但脱氮过程中存在温室气体氧化亚氮大量产生的潜势。针对这一关键问题，本项目模拟研究了准好氧生物反应器填埋场垃圾稳定化过程中氧化亚氮的变化规律、影响因素、产生途径以及微生物学机理。.研究表明，准好氧生物反应器填埋场稳定化进程中，初期氧化亚氮产生量整体处于较低水平，但后期产生量增加了1-2个数量级。分析表明氧化亚氮产生量大量增加的原因是反硝化过程所需碳源不足。影响因素实验表明，采用较小回灌水力负荷和回灌频率有助于降低氧化亚氮的产生；就曝气频率而言，低频率间歇曝气有助于减少累积氧化亚氮的排放。15N稳定性同位素示踪实验表明，垃圾稳定化进程中微生物的反硝化作用是氧化亚氮产生的主要途径，其贡献率达79%-92%；其次为硝化作用（8%-21%），其中以自养硝化为主；甲烷共氧化作用贡献最小（小于1%）。微生物群落多样性分析结果表明，垃圾稳定化前期微生物多样性高于后期，且柱体中微生物多样性呈现上下两端高、中间低的分布规律；垃圾稳定化进程中的脱氮菌群均以反硝化微生物为主，且后期比例大于前期。脱氮功能基因（amoA、nosZ）定量实验表明，后期碳源不足时，反应器内以控制反硝化作用的nosZ基因为主，这与15N稳定性同位素示踪实验结果相一致。.分析表明准好氧生物反应器填埋场中氧化亚氮的产生与垃圾自身理化性质的变化及硝化和反硝化微生物群落结构的变化密切相关，且主要在后期产生，主要原因为碳源不足。因此在填埋场的运营管理中，应结合垃圾理化性质和渗滤液水质，选择适宜的曝气和回灌方式，在保证加速垃圾稳定化的同时，后期应采取补充新鲜垃圾渗滤液或表层覆盖新鲜垃圾等措施以提供反硝化过程所需的碳源、同时延长回灌周期以增加反硝化作用的时间等措施，减少氧化亚氮的产生。