陈垃圾反应器处理垃圾渗滤液过程中的化学反应

李斐斐

武警工程大学理学院（陕西西安 710086）

环境保护

陈垃圾反应器处理垃圾渗滤液过程中的化学反应

李斐斐

武警工程大学理学院（陕西西安 710086）

垃圾渗滤液作为一种难处理的有机废水，主要通过生物法对其进行处理。利用陈垃圾反应器对渗滤液进行处理，稳定运行的反应器中存在厌氧氨氧化菌、好氧硝化菌和反硝化菌，其中进行的反应包括好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应。

陈垃圾 垃圾渗滤液 硝化反应 反硝化反应

0 前言

垃圾渗滤液作为一种含高氨氮的有机废水，处理一直是一个难点。传统的脱氮处理工艺如氨吹脱、化学沉淀等，会造成二次污染或需要投加较大量的化学药品，成本较高。垃圾填埋场填埋数年的陈垃圾已基本生物稳定化，具有独特的物理化学和生物性质，利用陈垃圾作为填料可以为脱氮微生物提供生长附着点，提高脱氮微生物的数量，在渗滤液处理中取得了很好的脱氮效果，并已有实际应用。

根据我国垃圾处理“无害化、减量化、资源化”的原则，将有一大批生活垃圾卫生填埋场得到新建。而垃圾渗滤液处理后能否达标排放是衡量一个填埋场是否为卫生填埋场的重要指标之一。作为一种高浓度有机废水，渗滤液的处理近几年得到了广大研究人员的关注，进行了大量的试验研究，取得了不少成果，并有一批渗滤液处理厂已经或正在兴建。

本文对我国渗滤液处理现状进行了总结，并对现存各种反应器中发生的化学反应进行了研究。

1 垃圾渗滤液研究现状

目前我国大多数城市处理生活垃圾的最主要方法是垃圾填埋，2011年，我国城市生活垃圾当年产量高达1.9亿t，几乎与中等发达国家水平相当。垃圾填埋处理技术有许多优点，如费用低、投资少、处理量大、工艺简单等，但这种处理方法带来的危害却是不容忽视的。垃圾经过填埋处理后并没有进行后续的无害化处理，其中残留着大量的细菌、病毒，同时也存在着沼气爆炸和重金属污染土壤、水体等隐患。而垃圾填埋后会产生渗滤液，渗滤液中氨氮浓度较高，有机物很难降解，对环境也具有很大威胁。垃圾填埋场中产生的渗滤液的处理一直是个棘手的问题，渗滤液的主要来源是垃圾本身的含水和降水，随着渗滤液的流动，其性质可能受到很多因素的影响，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，因此渗滤液的性质会在一个相当大的范围内发生变动。城市垃圾填埋场产生的渗滤液是一种高浓度有机废水，而且成分相当复杂，若对其不加处理而直接排入水体，会引起严重的环境污染，其中含有的高浓度氮对水体的危害不容小觑，水体中氮浓度增高会引起水体富营养化，进而导致水生动物死亡、水质破坏等现象，因此，渗滤液脱氮成为急需解决的一大难题。

渗滤液脱氮的方法主要包括物理法、化学法和生物法三种，其中生物法脱氮具有经济、高效等优点，成为公认的最具发展前景的脱氮技术。污水生物脱氮技术已经发展了几十年，并逐渐走向成熟，但人们仍不断致力于研究与开发，希望发现更加高效、低耗的新型生物脱氮技术，而利用填埋场填埋数年的陈垃圾对垃圾渗滤液进行处理正是一种简便、经济而且高效的处理方法。

2 垃圾渗滤液处理过程

生物法处理渗滤液是指依靠微生物的新陈代谢作用与微生物絮体对污染物的吸附作用去除渗滤液中污染物的处理方法[1]。与其他方法的脱氮技术相比，生物脱氮技术有着很强的优势，因此当前研究的热点就是生物脱氮技术。传统生物脱氮途径包括两个阶段：硝化阶段和反硝化阶段，分别由硝化菌和反硝化菌完成。硝化细菌是化能自养好氧菌，硝化反应分两个步骤完成：第一步称为亚硝化过程，由亚硝酸菌完成，将NH4+-N转化成为亚硝氮；第二步称为硝化过程，该过程由硝酸菌完成，将亚硝氮转化为硝氮。反硝化作用则是把硝酸盐转化为氮气排出，该过程由反硝化菌完成，在厌氧或缺氧条件下发生。在这个转化过程中会产生许多中间产物，如HNO2、NO2和N2O。反硝化菌多数是兼性厌氧菌，其反应机理是：在无分子态氧存在的环境下，利用硝酸盐作为电子受体，有机物作为碳源和电子供体提供能量并将其转化成CO2、H2O。随着对生物脱氮技术研究的不断进行，生物脱氮过程又有了一些新发现，超出了人们的传统认识，如厌氧氨氧化反应，该反应是指在严格厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变为N2的生物化学过程。

稳定运行的厌氧序批式（ASBR）反应器处于厌氧氨氧化状态中，其中存在着厌氧氨氧化菌、好氧硝化菌和反硝化菌。但由于反应器的进水没有经过除氧处理，反应器中存在着少量溶解氧，反应器中的好氧硝化菌可消耗溶解氧，为厌氧氨氧化菌解除氧毒。又由于反应器污泥中存在反硝化菌，因此在反应器中，好氧硝化反应（式1、2）、厌氧氨氧化反应（式3）和异养反硝化反应（式4、5）均可能发生。

考虑细胞生长在内的厌氧氨氧化反应如式3所示：

以葡萄糖为有机物的异养反硝化反应如式4、式5所示：

葡萄糖在30～35℃、厌氧条件下，易发生酸化反应，在本文的异养反硝化反应中暂不考虑。

3 陈垃圾反应器处理方法

陈垃圾是指在垃圾填埋场中经过多年填埋基本已达到稳定化，可以开采利用的垃圾。与一般土壤相比，陈垃圾密度较小、孔隙率高、有机质含量高、阳离子交换容量大、吸附和交换能力强，陈垃圾自身几乎已经不再产生渗滤液、填埋气和异味，其在形成过程中经历了好氧、兼氧和厌氧过程，发生了种种生物化学作用，以多阶段降解性生物反应为主，渗滤液的长期产生和洗沥也使陈垃圾成为一个微生物种类数量繁多、水力渗透性能优良、多相多孔的生物活体[2-3]。陈垃圾反应器是指用筛分陈垃圾中的细料装填于反应器中用以处理各种废水的反应装置[4]，分为厌氧陈垃圾反应器和好氧陈垃圾反应器等。

厌氧陈垃圾反应器采用较小颗粒的陈垃圾，反应器呈封闭状态，内部不设通气管，整个反应器在厌氧条件下反应，其优点为吸附效果好、污染物去除率高、抗冲击能力强、净化出水水质稳定等；缺点为水力负荷低、占地面积大、总氮去除率低等[5]。

4 结论

垃圾渗滤液是一种较难处理的有机废水，主要通过生物法进行处理，其中利用陈垃圾反应器对渗滤液进行处理是一种经济、简便而且高效的处理方法。稳定运行的ASBR反应器中存在厌氧氨氧化菌、好氧硝化菌和反硝化菌，其中进行的反应包括好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应。

[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] 唐锦学,囫宣霖,易海洋,等.垃圾填埋沼气的液化处理与利用[J] .中国化工装备,2011,13(6):21-24,32.

[3] 吕宝一,谢冰,戴淑萍,等.不同载体生物滤池对渗滤液污染物处理效果[J] .中国环境科学,2010，30(6): 328-332.

[4] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M] .北京:中国环境科学出版社,2002.

[5] 吕宝一.陈垃圾反应器处理晚年期渗滤液的强化调控研究[D] .华东师范大学,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 助教华东师范大学 2012年毕业研究方向：环境微生物 曾发表论文2篇