准好氧填埋工艺氮的动态变化特征研究

摘要

填埋是目前生活垃圾主要处置方式之一，现行的填埋处置技术仅把填埋场作为一个被动接受垃圾的系统，填埋场内的垃圾与外界的水气隔绝，填埋场内湿度低，无法为微生物生长提供一个适宜的条件，垃圾的生物降解受到了限制，填埋场稳定化时间长，渗滤液在长时间内仍会污染地表水和地下水。填埋场具有处理功能，通过改善填埋层内的空气和水分状况，利用微生物加速填埋层中有机物的降解，实现填埋场的稳定化，同时，垃圾填埋层对产生的渗滤液也会产生一系列的物理、化学和生物作用，降低渗滤液中污染物浓度，改善渗滤液的水质。 准好氧填埋是一种新型的垃圾填埋方式，它利用渗滤液收集管的不满流设计，使得外界空气进入垃圾体，从而使填埋场内存在一定的好氧区域，加速了垃圾的降解，大大降低渗滤液中氮浓度。但目前对准好氧填埋工艺中垃圾降解的机理研究较少，尤其以氮转化研究更为不足。为了更好的设计准好氧填埋工艺，从源头上控制渗滤液氮污染，开展准好氧填埋工艺中氮转化机理的研究具有重要意义。本文通过对准好氧与厌氧填埋模拟实验对比研究，探讨了准好氧填埋与厌氧填埋渗滤液中含氮物质的时空变化特性，初步揭示了准好氧填埋结构中氮类物质迁移转化的基本规律。 依据准好氧与厌氧填埋设计原理，分别构建了准好氧与厌氧填埋小型实验装置。沿着模拟填埋箱竖直方向设置3个剖面，在每个剖面设置渗滤液采样点。定期对各渗滤液采样点进行水质分析(CODcr、BOD5、TN、NH3-N、NO3-N、NO2-N、pH)，研究了准好氧与厌氧填埋结构渗滤液中氮素的时间动态变化和空间动态变化特征。结果表明，准好氧填埋场垃圾填埋后CODcr值在前8周快速下降，分别从10358 mg/L、34183 mg/L.47809 mg/L下降到740.5 mg/L、3557.3mg/L、13043.5 mg/L，其下降率分别为92.9％、88.6％、72.7％，8周后三层CODcr浓度下降趋于缓慢。三层CODer浓度层次差异明显，呈现出下层>中层>上层的规律。厌氧填埋上中下三层CODcr浓度下降缓慢且三层浓度差异不明显，并且三层CODcr浓度一直高于准好氧填埋。 准好氧填埋结构上层渗滤液中总氮浓度呈稳定下降的趋势，试验37周时，降幅为97.2％；中层和下层总氮浓度下降幅度较缓慢，降幅分别为80.3％和70.8％：厌氧填埋结构三层渗滤液中总氮下降幅度均缓慢，并且各时间段总氮浓度波动性较大。准好氧填埋结构三层氨氮也呈不断稳定下降的趋势，37周时上层、中层和下层渗滤液中氨氮浓度分别从填埋初的462.7mg/L、2154.8mg/L和3018.8mg/L下降到31.3mg/L、85.4mg/L和468.5mg/L；厌氧填埋结构三层渗滤液中氨氮浓度下降趋势不明显且波动性较大。准好氧填埋上层渗滤液中硝态氮在8周前低于中层和下层，8周后硝态氮含量快速上升，到18周时最高达到了145.7mg/L，超过了此时上层渗滤液中氨氮的浓度(53.1mg/L)，上层大部分氨氮转化成了硝态氮。而中层和下层渗滤液中硝态氮浓度变化不显著。厌氧填埋结构上层渗滤液中硝态氮基本呈稳定下降的趋势，中层和下层渗滤液中硝态氮变化趋势基本一致，没有呈下降的趋势。准好氧填埋与厌氧填埋各层渗滤液中均出现了亚硝态氮的累积，且准好氧填埋比厌氧填埋对亚硝态氮的累积量稍大。准好氧填埋上层由于处于有氧环境，氨氮硝化作用强，氨氮与硝态氮含量相关性较显著(r=-0.76，p<0.01)；中层和下层处于兼氧和厌氧状态，硝化作用较弱，氨氮与硝态氮含量相关性不显著。准好氧填埋上层、中层和下层氨氮与总氮相关性极显著(r=0.81，P<0.01；r<0.94，p<0.01；r=0.92，p<0.01)。表明准好氧填埋结构渗滤液中氨氮变化趋势主导了总氮含量的变化趋势。 准好氧填埋与厌氧填埋结构渗滤液中总氮与氨氮表现出明显的空间层次效应，为下层>中层>上层。准好氧填埋与厌氧填埋结构中亚硝态氮空间层次差异均较小，两种填埋结构中总氮和氨氮变异系数较低，准好氧填埋结构上层、中层和下层渗滤液中硝态氮层次差异明显，上层硝态氮浓度远大于中下层；厌氧填埋结构硝态氮空间层次差异较小。两种填埋结构中硝态氮与亚硝态氮变异系数均较高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1前言

1.2垃圾填埋技术

1.2.1卫生填埋

1.2.2生物反应器填埋

1.2.3准好氧填埋技术

1.3渗滤液中氮的处理

1.3.1传统生物处理方法

1.3.2物理化学处理方法

1.3.3新型生物脱氮技术

1.4研究的目的和意义

1.5研究的内容和技术路线

1.5.1研究内容

1.5.2技术路线

第二章试验材料与方法

2.1试验装置的建立

2.2垃圾填埋方式

2.3样品的采集与检测

第三章试验结果与分析

3.1降雨在填埋场内水力停留时间及其水质变化

3.2两种填埋结构渗滤液中有机污染物时间动态变化特征

3.2.1准好氧填埋和厌氧填埋CODcr变化特征

3.2.2准好氧填埋和厌氧填埋BOD5及其可生化性动态变化

3.3两种填埋结构渗滤液中氮素的时间动态变化特征

3.3.1氨氮随时间变化趋势

3.3.2硝态氮随时间变化趋势

3.3.3亚硝态氮随时间变化趋势

3.3.4总氮随时间变化趋势

3.4两种填埋结构渗滤液中氮素的空间动态变化特征

3.4.1渗滤液中氨氮空间变化特征

3.4.2渗滤液中硝态氮空间变化特征

3.4.3渗滤液中亚硝态氮空间变化特征

3.4.4渗滤液中总氮空间变化特征

3.5各个形态氮之间的相互关系分析

3.5.1准好氧填埋上层渗滤液中各形态氮相互关系

3.5.2准好氧填埋结构中层渗滤液中各形态氮相互关系

3.5.3准好氧填埋下层渗滤液中各形态氮相互关系

第四章结论与建议

4.1结论

4.2建议

参考文献

致谢

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