陈垃圾生物反应器对渗滤液脱氮的分子解析和强化调控研究

城市垃圾渗滤液中氮的去除，一直是污染控制领域研究的热点和难点。新国标（GB16889-2008）也对渗滤液氮的排放提出了更严格的要求。在垃圾渗滤液处理的各种脱氮技术中，采用基本生物稳定化的陈垃圾构建的生物反应器（aged refuse bioreactor）技术具有污染物去除效率高和成本低廉等特点，在实际应用中显示出诸多优越性。但是该技术对反应器中具有脱氮功能的微生物群落还缺乏研究，以致对其脱氮机理尚未充分解明，并因此限制了反应器脱氮效率的进一步提高和技术的完善。本课题针对上述问题，将进行如下研究：1）陈垃圾生物反应器中脱氮微生物群落结构、分布和组成与系统脱氮效率之间的内在关系研究；2）陈垃圾生物反应器脱氮途径的稳定同位素示踪；3）陈垃圾生物反应器强化脱氮的优化调控。期望通过研究，从微生物分子生物学角度解析陈垃圾生物反应器脱氮机理，提出实现高效脱氮的调控策略。

生活垃圾的卫生填埋是目前许多国家处理垃圾的主要方式。填埋产生的高氮污染物的垃圾渗滤液对传统的脱氮技术提出了严峻的挑战。本课题采用陈垃圾生物反应器技术，通过实验在不同填料类型和运行条件下，反应器对成熟渗滤液中污染物特别是总氮的去除效果，结合分子生物技术对反应器中微生物群落的分析，以及脱氮途径的示踪，探讨脱氮微生物群落结构与系统脱氮效率之间的内在关系，为陈垃圾生物反应器高效脱氮提供依据。 .研究结果表明：填料中多孔滤料的加入有助于陈垃圾反应器对COD和氨氮的去除，同时对于污染物负荷和低温变化具有较好的耐受能力。填料粒径组成对于反应器通透性能以及污染物去除有重要影响。在陈垃圾反应器中适当通气，对渗滤液污染物的去除率有较明显的提高，其中COD、氨氮和总氮的去除率比未通气分别高出10、30和10个百分点。微生物计数结果表明，通气的生物滤池上部的异样细菌和硝化细菌数量明显增多，PCR-DGGE检测结果显示通气改变了反应器中的微生物群落结构。回流有利于提高总氮的去除率，但使得氨氮和COD的去除率下降，提高回流比和水力负荷对于成熟渗滤液总氮去除率增加有限。将成熟渗滤液进行短程硝化预处理后（氨氮和亚硝氮为等摩尔比）进入陈垃圾反应器，在总氮负荷为0.74 g/kg (vs).d时，反应器对渗滤液总氮的去除率可以达到90％以上，但总氮去除率随负荷增加而降低。荧光原位杂交检测到反应器中有厌氧氨氧化细菌的存在，定量PCR的结果显示厌氧氨氧化细菌占总细菌的0.27%。氮稳定同位素示踪结果显示通过厌氧氨氧化途径脱除的氮约占总氮去除的10%。高通量454测序结果表明，该反应器中的优势菌群为Proteobacteria, Chloroflexi, Actinobacteria, Bacteroidetes 和 Gemmatimonadetes。厌氧氨氧化均为Candidatus Kuenenia stuttgartiensis，多样性较低。在反应器不同部位均存在厌氧反硝化、好氧反硝化以及厌氧氨氧化微生物，这些菌共同作用对总氮进行着去除。 .研究表明，陈垃圾生物反应器处理渗滤液过程中，由于存在不同的脱氮微生物，通过采取适当的预处理及运行工艺，能够提高陈垃圾反应器对渗滤液的脱氮效果。本课题研究可为优化垃圾生物反应器及强化脱氮提供依据，具有理论价值和潜在的应用前景。