陳垃圾反應(yīng)器處理垃圾滲濾液過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)

李斐斐

武警工程大學(xué)理學(xué)院（陜西西安 710086）

環(huán)境保護(hù)

陳垃圾反應(yīng)器處理垃圾滲濾液過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)

李斐斐

武警工程大學(xué)理學(xué)院（陜西西安 710086）

垃圾滲濾液作為一種難處理的有機(jī)廢水，主要通過(guò)生物法對(duì)其進(jìn)行處理。利用陳垃圾反應(yīng)器對(duì)滲濾液進(jìn)行處理，穩(wěn)定運(yùn)行的反應(yīng)器中存在厭氧氨氧化菌、好氧硝化菌和反硝化菌，其中進(jìn)行的反應(yīng)包括好氧硝化反應(yīng)、厭氧氨氧化反應(yīng)和異養(yǎng)反硝化反應(yīng)。

陳垃圾 垃圾滲濾液 硝化反應(yīng) 反硝化反應(yīng)

0 前言

垃圾滲濾液作為一種含高氨氮的有機(jī)廢水，處理一直是一個(gè)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的脫氮處理工藝如氨吹脫、化學(xué)沉淀等，會(huì)造成二次污染或需要投加較大量的化學(xué)藥品，成本較高。垃圾填埋場(chǎng)填埋數(shù)年的陳垃圾已基本生物穩(wěn)定化，具有獨(dú)特的物理化學(xué)和生物性質(zhì)，利用陳垃圾作為填料可以為脫氮微生物提供生長(zhǎng)附著點(diǎn)，提高脫氮微生物的數(shù)量，在滲濾液處理中取得了很好的脫氮效果，并已有實(shí)際應(yīng)用。

根據(jù)我國(guó)垃圾處理“無(wú)害化、減量化、資源化”的原則，將有一大批生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)得到新建。而垃圾滲濾液處理后能否達(dá)標(biāo)排放是衡量一個(gè)填埋場(chǎng)是否為衛(wèi)生填埋場(chǎng)的重要指標(biāo)之一。作為一種高濃度有機(jī)廢水，滲濾液的處理近幾年得到了廣大研究人員的關(guān)注，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，取得了不少成果，并有一批滲濾液處理廠已經(jīng)或正在興建。

本文對(duì)我國(guó)滲濾液處理現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)現(xiàn)存各種反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了研究。

1 垃圾滲濾液研究現(xiàn)狀

目前我國(guó)大多數(shù)城市處理生活垃圾的最主要方法是垃圾填埋，2011年，我國(guó)城市生活垃圾當(dāng)年產(chǎn)量高達(dá)1.9億t，幾乎與中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平相當(dāng)。垃圾填埋處理技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，如費(fèi)用低、投資少、處理量大、工藝簡(jiǎn)單等，但這種處理方法帶來(lái)的危害卻是不容忽視的。垃圾經(jīng)過(guò)填埋處理后并沒(méi)有進(jìn)行后續(xù)的無(wú)害化處理，其中殘留著大量的細(xì)菌、病毒，同時(shí)也存在著沼氣爆炸和重金屬污染土壤、水體等隱患。而垃圾填埋后會(huì)產(chǎn)生滲濾液，滲濾液中氨氮濃度較高，有機(jī)物很難降解，對(duì)環(huán)境也具有很大威脅。垃圾填埋場(chǎng)中產(chǎn)生的滲濾液的處理一直是個(gè)棘手的問(wèn)題，滲濾液的主要來(lái)源是垃圾本身的含水和降水，隨著滲濾液的流動(dòng)，其性質(zhì)可能受到很多因素的影響，包括物理因素、化學(xué)因素以及生物因素等，因此滲濾液的性質(zhì)會(huì)在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)發(fā)生變動(dòng)。城市垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液是一種高濃度有機(jī)廢水，而且成分相當(dāng)復(fù)雜，若對(duì)其不加處理而直接排入水體，會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，其中含有的高濃度氮對(duì)水體的危害不容小覷，水體中氮濃度增高會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而導(dǎo)致水生動(dòng)物死亡、水質(zhì)破壞等現(xiàn)象，因此，滲濾液脫氮成為急需解決的一大難題。

滲濾液脫氮的方法主要包括物理法、化學(xué)法和生物法三種，其中生物法脫氮具有經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)點(diǎn)，成為公認(rèn)的最具發(fā)展前景的脫氮技術(shù)。污水生物脫氮技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，并逐漸走向成熟，但人們?nèi)圆粩嘀铝τ谘芯颗c開發(fā)，希望發(fā)現(xiàn)更加高效、低耗的新型生物脫氮技術(shù)，而利用填埋場(chǎng)填埋數(shù)年的陳垃圾對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理正是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)而且高效的處理方法。

2 垃圾滲濾液處理過(guò)程

生物法處理滲濾液是指依靠微生物的新陳代謝作用與微生物絮體對(duì)污染物的吸附作用去除滲濾液中污染物的處理方法[1]。與其他方法的脫氮技術(shù)相比，生物脫氮技術(shù)有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此當(dāng)前研究的熱點(diǎn)就是生物脫氮技術(shù)。傳統(tǒng)生物脫氮途徑包括兩個(gè)階段：硝化階段和反硝化階段，分別由硝化菌和反硝化菌完成。硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)好氧菌，硝化反應(yīng)分兩個(gè)步驟完成：第一步稱為亞硝化過(guò)程，由亞硝酸菌完成，將NH4+-N轉(zhuǎn)化成為亞硝氮；第二步稱為硝化過(guò)程，該過(guò)程由硝酸菌完成，將亞硝氮轉(zhuǎn)化為硝氮。反硝化作用則是把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦?，該過(guò)程由反硝化菌完成，在厭氧或缺氧條件下發(fā)生。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多中間產(chǎn)物，如HNO2、NO2和N2O。反硝化菌多數(shù)是兼性厭氧菌，其反應(yīng)機(jī)理是：在無(wú)分子態(tài)氧存在的環(huán)境下，利用硝酸鹽作為電子受體，有機(jī)物作為碳源和電子供體提供能量并將其轉(zhuǎn)化成CO2、H2O。隨著對(duì)生物脫氮技術(shù)研究的不斷進(jìn)行，生物脫氮過(guò)程又有了一些新發(fā)現(xiàn)，超出了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，如厭氧氨氧化反應(yīng)，該反應(yīng)是指在嚴(yán)格厭氧條件下，微生物直接以NH4+為電子供體，以NO3-或NO2-為電子受體，將NH4+、NO3-或NO2-轉(zhuǎn)變?yōu)镹2的生物化學(xué)過(guò)程。

穩(wěn)定運(yùn)行的厭氧序批式（ASBR）反應(yīng)器處于厭氧氨氧化狀態(tài)中，其中存在著厭氧氨氧化菌、好氧硝化菌和反硝化菌。但由于反應(yīng)器的進(jìn)水沒(méi)有經(jīng)過(guò)除氧處理，反應(yīng)器中存在著少量溶解氧，反應(yīng)器中的好氧硝化菌可消耗溶解氧，為厭氧氨氧化菌解除氧毒。又由于反應(yīng)器污泥中存在反硝化菌，因此在反應(yīng)器中，好氧硝化反應(yīng)（式1、2）、厭氧氨氧化反應(yīng)（式3）和異養(yǎng)反硝化反應(yīng)（式4、5）均可能發(fā)生。

考慮細(xì)胞生長(zhǎng)在內(nèi)的厭氧氨氧化反應(yīng)如式3所示：

以葡萄糖為有機(jī)物的異養(yǎng)反硝化反應(yīng)如式4、式5所示：

葡萄糖在30～35℃、厭氧條件下，易發(fā)生酸化反應(yīng)，在本文的異養(yǎng)反硝化反應(yīng)中暫不考慮。

3 陳垃圾反應(yīng)器處理方法

陳垃圾是指在垃圾填埋場(chǎng)中經(jīng)過(guò)多年填埋基本已達(dá)到穩(wěn)定化，可以開采利用的垃圾。與一般土壤相比，陳垃圾密度較小、孔隙率高、有機(jī)質(zhì)含量高、陽(yáng)離子交換容量大、吸附和交換能力強(qiáng)，陳垃圾自身幾乎已經(jīng)不再產(chǎn)生滲濾液、填埋氣和異味，其在形成過(guò)程中經(jīng)歷了好氧、兼氧和厭氧過(guò)程，發(fā)生了種種生物化學(xué)作用，以多階段降解性生物反應(yīng)為主，滲濾液的長(zhǎng)期產(chǎn)生和洗瀝也使陳垃圾成為一個(gè)微生物種類數(shù)量繁多、水力滲透性能優(yōu)良、多相多孔的生物活體[2-3]。陳垃圾反應(yīng)器是指用篩分陳垃圾中的細(xì)料裝填于反應(yīng)器中用以處理各種廢水的反應(yīng)裝置[4]，分為厭氧陳垃圾反應(yīng)器和好氧陳垃圾反應(yīng)器等。

厭氧陳垃圾反應(yīng)器采用較小顆粒的陳垃圾，反應(yīng)器呈封閉狀態(tài)，內(nèi)部不設(shè)通氣管，整個(gè)反應(yīng)器在厭氧條件下反應(yīng)，其優(yōu)點(diǎn)為吸附效果好、污染物去除率高、抗沖擊能力強(qiáng)、凈化出水水質(zhì)穩(wěn)定等；缺點(diǎn)為水力負(fù)荷低、占地面積大、總氮去除率低等[5]。

4 結(jié)論

垃圾滲濾液是一種較難處理的有機(jī)廢水，主要通過(guò)生物法進(jìn)行處理，其中利用陳垃圾反應(yīng)器對(duì)滲濾液進(jìn)行處理是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便而且高效的處理方法。穩(wěn)定運(yùn)行的ASBR反應(yīng)器中存在厭氧氨氧化菌、好氧硝化菌和反硝化菌，其中進(jìn)行的反應(yīng)包括好氧硝化反應(yīng)、厭氧氨氧化反應(yīng)和異養(yǎng)反硝化反應(yīng)。

[1] Frank Persson,Torsten Wik,Fred Sorensson,etal.Distribution and activity of ammonia oxidizing bacteria in a large full-scale trickling filter[J] .Warter Research,2002, 36(6):1 439-1 448.

[2] 唐錦學(xué),囫宣霖,易海洋,等.垃圾填埋沼氣的液化處理與利用[J] .中國(guó)化工裝備,2011,13(6):21-24,32.

[3] 呂寶一,謝冰,戴淑萍,等.不同載體生物濾池對(duì)滲濾液污染物處理效果[J] .中國(guó)環(huán)境科學(xué),2010，30(6): 328-332.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M] .北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[5] 呂寶一.陳垃圾反應(yīng)器處理晚年期滲濾液的強(qiáng)化調(diào)控研究[D] .華東師范大學(xué),2010.

Chemical Reactions in Aged Refuse Bioreactor while Treating Landfill Leachate

Li Feifei

As a kind of organic wastewater that difficult to treat,landfill leachate is mainly treated by biological method.Using aged refuse bioreactor to treat the landfill leachate,ANAMMOX bacteria,aerobic nitrifying bacteria and denitrifying bacteria coexisted in the ABSR bioreactor in steady state,and the chemical reactions occurred in the reactor included aerobic nitration reaction,ANAMMOX reaction and heterotrophic denitrification reaction.

Aged refuse;Landfill leachate;Nitration;Denitrification

X703

2014年1月

李斐斐 女 1987年生 助教華東師范大學(xué) 2012年畢業(yè)研究方向：環(huán)境微生物 曾發(fā)表論文2篇