生活垃圾渗滤液处理过程中氮的转化机制及其环境影响研究

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填埋是一种被广为采用的固体废弃物(垃圾)处置方法,然而填埋场也对环境安全和公众健康存在严重威胁。部分人为活动所固定的氮以含氮废物的形式进入生活垃圾填埋场,经降解后产生大量含高浓度氨氮的渗滤液,如何对垃圾渗滤液进行合理处置是环境学界研究的焦点之一。以往研究的重点主要在探索如何提高处理效果、提高出水质量上,对这种废水中大量氨氮的转化、归宿问题的研究不多,对渗滤液处理过程中可能产生一些副产物而导致的二次污染问题也未引起足够重视。因此,本研究的目的是研究垃圾渗滤液处理过程中氮的转化情况,对处理过程中NH<,3>、N<,2>O等含氮副产物的产生及其机理、以及渗滤液处理对氮循环的影响程度进行研究和估算,并探索利用耐性微藻对渗滤液进行氨氮去除的可行性。研究中,实地调查了珠江三角洲的五个垃圾填埋场,对各渗滤液处理过程中不同形态氮的变化进行了分析,并结合室内试验对渗滤液处理过程中NH<,3>和N<,2>O的产生、排放进行了研究,估算了通过垃圾渗滤液处理对大气人为来源NH<,3>和N<,2>O排放的贡献。另外,研究了硝化作用抑制剂C<,2>H<,2>对渗滤液中N<,2>O产生的影响,并进一步探讨了渗滤液中N<,2>O的产生机制。然后,运用分离自渗滤液的耐性微藻,比较研究了有无微藻处理对渗滤液中氨氮去除的效果。结果表明: 1.通过对珠江三角洲五个生活垃圾填埋场的野外调查和实验室模拟实验发现,氨吹脱是去除氨氮的有效处理方法,但渗滤液在氨吹脱和曝气处理过程中,大量的氨态氮会以NH<,3>形式向大气排放,根据室内模拟实验结果,以NH<,3>形式散发的氮量可占到总氨氮减少量的40%以上,NH<,3>的排放量与渗滤液中的氨氮浓度、pH和处理时的气流量等因素有关。根据实验和野外调查的结果,对珠江三角洲五座垃圾填埋场因渗滤液处理而导致NH<,3>排放的量进行了估算,结果表明,这五个渗滤液处理厂每年向大气排放的NH3量为9.2-613吨。将各填埋场所服务的人口考虑在内,每人每年通过垃圾渗滤液处理向大气排放的NH<,3>量约为41—320 gN(平均=152 g NH<,3> captita<-1>yr<-1>)。因而,在处理过程中,有必要采用酸吸收等回收手段以减少渗滤液处理过程中NH<,3>的直接排放,减少渗滤液对环境的不良影响。 2.对填埋场渗滤液处理厂的实地调查发现,渗滤液的处理过程,尤其是好氧处理过程可能是温室气体N,,2>O的排放源之一。五个厂各处理步骤的渗滤液中溶解N<,2>O浓度从0到1,309 ng ml<-1>,N<,2>O排放量从0到58.8 ng ml<-1>h<-1>不等;渗滤液新渗出液、渗滤液储存池、氨吹脱和厌氧处理池中的N<,2>O量相对不高,但好氧生物处理池中N<,2>O的量则比较高。以其中的深圳下坪场为例,将填埋场的服务人口考虑在内,每人每年通过垃圾填埋后的渗滤液处理向大气排放的N<,2>O量为0.25 g N<,2>O capita<-1>yr<-1>,这一数值与其他研究者报道的通过生活污水处理而导致的排放N<,2>O量(0.43-1.89 g N<,2>O person<-1> year<-1>)接近。 3.在室内模拟氨吹脱、曝气处理、厌氧处理、氨吹脱后生物曝气处理和氨吹脱后厌氧处理等几种渗滤液的处理方法,对其中N,,2>O产生的影响进行了研究,结果表明,好氧曝气处理可导致N<,2>O产生的增加,而厌氧处理和氨吹脱处理下,渗滤液中N<,2>O的含量和排放均未显著增加。证实好氧处理过程是渗滤液中N<,2>O产生的主要来源。调查和实验的数据表明,N<,2>O的释放量与DO、NO<,3><->。浓度无相关关系,说明好氧反硝化作用可能是N<,2>O产生的主要机制。 4.用C<,2>H,,2>处理渗滤液的实验结果表明在硝化作用受到抑制时,渗滤液中N<,2>O的产量升高,且N<,2>O的释放量与NO<,2><->的浓度呈正相关关系,说明系统中反硝化作用不完全导致了NO<,2><->和N<,2>O的积累,进一步证实了反硝化作用是渗滤液产生N<,2>O的主要途径。 5.将微藻置于不同稀释浓度的渗滤液中,发现高浓度的渗滤液对藻的生长有抑制作用,而在较低浓度的渗滤液(10%)中,尽管氨氮浓度高达135 mgL<-1>,藻细胞仍然可以生长。不同藻种对渗滤液表现出不同的耐性,分离自渗滤液的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa LK)和来自其他正常水体的蛋白核小球藻在渗滤液中表现出较强的耐性,而另一种分离自渗滤液的斯诺衣藻(Chlamydomonas snowiaeLK)则耐性较差;分离自渗滤液中的蛋白核小球藻(LK)比不同来源的蛋白核小球藻对渗滤液及其中高浓度的氨氮有更强的耐性。 6.经过微藻培养处理的渗滤液中,氨氮去除率比无藻类处理渗滤液中的去除率明显提高;藻的细胞密度和氨氮去除率之间存在着正相关关系,说明微藻处理能有效促进渗滤液中氨氮的去除。研究中还发现,微藻在减小渗滤液植物毒性方面也有良好效果。用无藻处理和经过藻生长处理的渗滤液分别对小白菜(Brassicachinensis)种子进行萌发试验,结果表明,小白菜种子在经过微藻处理的10%、30%和50%渗滤液中的萌发率,显著高于无藻处理的相应浓度渗滤液中的萌发率。
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