准好氧生物反应器填埋场微生物群落多样性及N2O产生途径研究

摘要

准好氧生物反应器填埋场相比传统垃圾填埋场，能够在快速降解有机物的同时，解决渗滤液中氨氮浓度累积问题，在实际工程应用中具有明显的优势。其有机物的消耗及氨氮的去除主要依赖于微生物的代谢作用，其中氨氮的去除主要是经过微生物的硝化与反硝化作用。然而，微生物的硝化与反硝化作用过程中均会释放 N2O温室气体，对环境造成严重的威胁。但目前对准好氧生物反应器填埋场中，N2O产生的主要途径及贡献率尚不十分明确，因此，本实验通过高通量测序、15N稳定同位素标记等技术对准好氧生物反应器填埋场N2O产生途径及其贡献率进行研究，实验得出主要结论如下：
　　（1）在渗滤液水质分析方面，准好氧生物反应器填埋场具备快速降解有机物、同时解决高浓度氨氮累积问题的技术优势，实验运行至第255d时渗滤液出水指标已达基本稳定状态。在整个实验期间中，不同时期的渗滤液水质波动较大，渗滤液中高浓度CODcr和高浓度氨氮等污染物具有相似的变化规律，且去除效果较好。
　　（2）在微生物群落结构多样性研究方面，垃圾稳定化前期的微生物多样性较后期高，前期 Simpson指数为0.1-0.2，后期为0.3-0.6，其柱体中多样性呈现两端高、中间低的分布规律。实验运行期间硝化微生物所占比例极低，具有反硝化特性的微生物相对比例后期大于前期。
　　（3）在N2O产生变化规律方面，整个实验过程中除初始阶段N2O产生量较高外，大部分时间内产量较低，后期出现 N2O累积现象。实验初始阶段为适应期，该时期微生物处于适应阶段，受初始条件的影响 N2O产量较大；随着微生物的逐渐适应，微生物菌群基本稳定，硝化作用与反硝化作用强度处于均衡状态， N2O产生相对稳定；后期受碳源的短缺的影响，N2O产生量迅速增加出现累积现象，当 NH4+-N浓度的逐渐降低，硝化菌体系与反硝化菌体系达到新的平衡， NOx-N累积现象消失，N2O产生减少。
　　（4）在N2O产生途径方面，反硝化作用过程成为准好氧生物反应器填埋场N2O的主要来源，所占比例为79~92%；其次为硝化反应过程，所占比例为8~21%，其中以自养硝化为主。不同垃圾稳定化时期，硝化作用和反硝化作用对 N2O产生与释放的贡献率有所不同，后期 N2O产量增高的主要原因可能是渗滤液出现NOx--N的积累，微生物群落结构随着垃圾的降解而发生了改变，且反硝化微生物所占比重升高，最终导致N2O产量增加。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的及意义

1.2 国内外文献综述

1.2.1 生物反应器垃圾填埋技术研究现状

1.2.2 生活垃圾填埋场微生物群落多样性研究进展

1.2.3 N2O产生的来源及影响因素

1.2.4 N2O产生途径区分技术

1.3 研究内容及研究路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究路线

第二章 研究内容及方法

2.1 实验设计

2.1.1 实验装置

2.1.2 实验材料

2.1.3 实验运行安排

2.2 主要分析项目及方法

2.2.1 渗滤液基础指标的测定

2.2.2 微生物群落多样性的测定

2.2.3 N2O浓度及 15N丰度的测定

2.3 数据分析

2.3.1 15N的数据分析

2.3.2 微生物多样性数据分析

第三章 准好氧生物反应器填埋场渗滤液水质及N2O产生变化研究

3.1 准好氧生物反应器填埋场渗滤液水质变化特性分析

3.1.1 pH和CODcr变化趋势

3.1.2 DO和ORP变化趋势

3.1.3 NH4+-N及NOx--N变化趋势

3.2 准好氧生物反应器填埋场N2O产生规律

3.3 本章小结

第四章 微生物群落多样性及N2O产生途径研究

4.1 细菌多样性分析

4.1.1 微生物群落结构的差异

4.2 前期N2O产生途径及贡献率

4.2.1 实验运行背景

4.2.2 N2O产生途径及贡献率

4.3 后期N2O产生途径及贡献率

4.3.1 实验运行背景

4.3.2 N2O产生途径及贡献率

4.4 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢