异位同步硝化反硝化原位反硝化生物反应器填埋技术加速垃圾甲烷化的机理研究

Bioreactor landfills for nitrogen removal become research fronts because it can remove ammonia nitrogen at source. And ex situ nitrification and in situ denitrification is superior to in situ nitrification and denitrification. But high concentration ammonia nitrogen can inhibit methane production in ex situ nitrification phase. For settle the discordance between nitrogen removal and methane production, the project proposes the bioreactor landfill approach of accelerating methane production by ex situ simultaneous nitrification/denitrification and in situ denitrification. The mechanism and the optimal operation of reducing nitrate are explored by researching the main influencing factors and molecular microbiology of simultaneous nitrification/denitrification in aged refuse bioreactor. The mechanism of nitrate inhibiting methane production is determined and the optimal nitrate concentration is obtained by researching the effect of nitrate on methane production. On the base of the above research, by the dynamic control of the optimal operation in the simulated bioreactor landfill, nitrogen removal efficiently and maximizing methane production are realized. The implementation of the project will provide technical support for methane production and nitrogen removal efficiently.

脱氮型生物反应器填埋因可从源头上解决渗滤液氨氮问题而成为填埋技术的研究前沿，异位硝化原位反硝化优于原位硝化反硝化。但异位硝化阶段高浓度硝酸盐会抑制反硝化阶段垃圾甲烷化进程。针对该技术脱氮和产甲烷化过程不协同这一关键问题，本项目提出异位同步硝化反硝化原位反硝化脱氮型生物反应器填埋技术。通过异位矿化垃圾反应器同步硝化反硝化的影响因素和分子微生物学研究，阐明同步硝化反硝化在保证总氮去除率的基础上降低硝酸盐浓度的机理，获得最佳操作条件；通过硝酸盐影响垃圾甲烷化进程的研究，阐明硝酸盐对产甲烷微生物的抑制机理，获得最佳操作条件和最佳硝酸盐浓度。通过模拟异位同步硝化反硝化矿化垃圾反应器+原位反硝化新鲜垃圾反应器脱氮型生物反应器填埋场的最佳操作参数动态控制，实现全程高效脱氮并最大程度加速垃圾甲烷化和稳定化进程。项目的研究将为填埋场的快速甲烷化和脱氮提供技术支撑，具有重要的理论和应用价值。

异位硝化原位反硝化生物反应器填埋技术因异位硝化阶段高浓度硝酸盐会抑制反硝化阶段垃圾甲烷化进程。针对该技术脱氮和产甲烷化过程不协同这一关键问题，本项目提出了异位同步硝化反硝化原位反硝化脱氮型生物反应器填埋技术。通过异位矿化垃圾反应器同步硝化反硝化，在保证总氮去除率的基础上降低硝酸盐浓度，获得最佳操作条件。研究表明，曝气量是实现同步硝化反硝化的主要因素。在在水力负荷1.5 L/次，进水频率1次/d的条件下，曝气量为0.1 L/min（即1.4 L/m3矿化垃圾min）的矿化垃圾反应床处理渗滤液的效果最好，其渗滤液出水中COD、氨氮、总氮的平均去除率分别能达到85%、99%和55%。通过硝酸盐影响垃圾甲烷化进程的研究，获得最佳操作条件和最佳硝酸盐浓度。结果表明：硝酸盐负荷对新鲜垃圾稳定化和产甲烷进程有一定的抑制作用。无硝酸盐负荷时，垃圾填埋柱渗滤液COD和氨氮浓度更低。当硝酸盐负荷为5.00 mg/(kg·d)、15.00 mg/(kg·d)、25.00 mg/(kg·d)、35.00 mg/(kg·d)和50.00 mg/(kg·d)时，均未检出甲烷产生。通过模拟异位同步硝化反硝化矿化垃圾反应器+原位反硝化新鲜垃圾反应器脱氮型生物反应器填埋场的最佳操作参数动态控制，实现全程高效脱氮并最大程度加速垃圾甲烷化和稳定化进程。SNDD、re-SNDD和ND中厌氧填埋场产生的渗滤液的COD分别为306.9、308.7和537.6 mg/L，NH3-N分别为41.6、67.4和148.6 mg/L，TN分别为57.3、72.8和194.8 mg/L，生活垃圾的有机质降解率分别为44.35%、48.12%和41.72%，全氮降解率分别为72.42%、66.18%和63.82%。SNDD、re-SNDD比ND能更快达到稳定化，其中又以SNDD效果最好。SNDD和re-SNDD的产甲烷效果优于ND。产甲烷滞后时间（CH4达到5%）分别为11、12和15周；前两者的甲烷化稳定时间（CH4由5%上升至50%）分别为7周和6周，而ND的甲烷含量却一直低于50%。说明SNDD、re-SNDD操作可减轻反硝化阶段垃圾甲烷化受到的抑制程度。厌氧生物反应器填埋场中古菌的优势菌属为甲酸甲烷杆菌属，矿化垃圾反应器中细菌的优势菌属为具有反硝化功能的陶厄氏菌属。