填埋是目前我国生活垃圾处置的主要方式之一。由于我国生活垃圾分类收集进展缓慢,进入填埋场的垃圾具有含水率高(40%~70%)和易降解有机物含量高(>50%)的突出特点,致使传统卫生填埋面临渗滤液与恶臭气体二次污染重、沼气回收效率低、占地面积大等挑战。针对上述问题,本论文提出“短期好氧预处理-厌氧填埋-原位好氧快速稳定化”三段式生物反应器填埋技术理念,旨在通过分段的精细化调控和流程式运营,实现生活垃圾填埋全过程降解加速、污染物与温室气体减排和能源回收效率提升,推动我国生活垃圾填埋向低污染、低风险、低碳的可持续方向转型。论文取得的主要成果如下:短期好氧预处理可实现生活垃圾有机组分的定向改性。不同组分在短期好氧预处理过程不同阶段的降解速率不同,碳水化合物、蛋白质和木质纤维素分别在升温期、高温期、降温期占据好氧降解的主导地位。短期好氧预处理对垃圾的厌氧降解具有显著的促进作用。生活垃圾经过6~8天的好氧预处理后进入厌氧填埋阶段,产甲烷能力可达123.4和108.8 NL/kg干垃圾,填埋气中甲烷的含量可达56%左右,垃圾减重达28.1%,减容达30.3%。蛋白质在高温期的加速代谢产生的氨氮对填埋初期渗滤液高浓度挥发性脂肪酸(VFAs)的中和作用是促进垃圾后续厌氧产甲烷的主要机制;而在高温期之后的降温阶段木质纤维素类物质开始大量降解,从而导致垃圾厌氧产甲烷量显著下降,据此可以确定将高温期结束作为短期好氧预处理向厌氧填埋切换的适宜节点。原位好氧稳定化对不同“填埋龄”垃圾具有不同程度的加速稳定化效果。对于低龄垃圾,好氧操作在短期内对渗滤液溶解性有机碳降解速率可达0.075/d,明显高于老龄渗滤液的情况(0.02/d)。老龄垃圾好氧稳定化后渗滤液胡敏酸(HAs)的荧光效应有所加强,说明好氧稳定化过程进一步促进了老龄垃圾的芳构化程度,起到了强化腐殖化的效果。同时,好氧稳定化对于老龄垃圾渗滤液氨氮的去除率可达99%以上。综合考虑填埋气回收和渗滤液剩余污染物去除效果,可以选择总产气量达到好氧预处理垃圾产气潜能的80%作为原位好氧稳定化单元的启动节点。与传统填埋相比,三段式填埋模式对温室气体减排达89%,垃圾稳定周期缩短76%,填埋空间利用率提高3倍。受控条件下好氧通风过程产生的排气易于控制和处理、厌氧填埋阶段填埋气收集效率提高、好氧预处理阶段产生的大量渗滤液可生化性较好等均有助于三段式填埋实现综合污染减排和温室气体减排的目标。