营养物添加对生活垃圾降解及渗滤液水质影响

路文圣，李俊生，蒋宝军

(1. 哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨 150076；2. 哈尔滨商业大学 食品科学与工程学院，哈尔滨 150076；3. 吉林建筑大学 松辽流域水环境教育部重点实验室，长春 130118)



营养物添加对生活垃圾降解及渗滤液水质影响

路文圣1，李俊生2，蒋宝军3

(1. 哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨 150076；2. 哈尔滨商业大学 食品科学与工程学院，哈尔滨 150076；3. 吉林建筑大学 松辽流域水环境教育部重点实验室，长春 130118)

摘要：为研究微生物营养物质添加对生活垃圾降解及渗滤液水质的影响，在厌氧填埋的生活垃圾中分别加入维生素C、氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵及氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵的混合物，考察各垃圾层的沉降高度和渗滤液COD、氨氮的质量浓度.实验结果表明：维生素C、氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵及氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵的混合物均能够加速生活垃圾降解，其中维生素C加速垃圾降解的效果最好.同时，生活垃圾降解速率越快，产生渗滤液的COD和氨氮质量浓度越高.

关键词：生活垃圾；降解；渗滤液；营养物质

生活垃圾的降解速率，直接关系到填埋场稳定化进程和对土地的占用时间[1].在生活垃圾卫生填埋场的设计中，需要根据垃圾的降解速率估算垃圾渗滤液中污染物质的质量浓度、生活垃圾产气速率以及地表沉降的程度[2-4]；在设计填埋场的容量和使用年限时，降解速率也有一定的影响，因而垃圾降解速率是很重要的参数[5-7].通过向厌氧填埋的生活垃圾中添加氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵和维生素C等营养物质加速垃圾降解，可以增加垃圾填埋的库容量、延长填埋场的使用年限、减少填埋土地的使用量，在填埋土地日益减少、垃圾运输成本过高的今天，开发此项技术无疑具有重要的经济意义和社会意义.

1实验装置和方法

1.1实验装置

实验装置为七个内径为0.10 m，高为2.00 m的圆柱形有机玻璃柱，用作垃圾厌氧填埋反应器，反应器中添加的垃圾主要取自吉林建筑大学一食堂的新鲜厨余垃圾，此外添加了一些废纸、废塑料、废金属和碎陶瓷，按一定的质量百分比混合均匀，组成见表1.厨余垃圾的主要成分为豆角、蛋壳、地瓜、调料包、剩菜(青椒和鸡蛋)、面包片、青菜叶、海螺丝壳、茄子、大蒜等.七个反应器中加入的垃圾均经过破碎和均匀混合，成分几乎完全相同.七个反应器中二个为对比反应器，不添加任何营养盐或维生素，其余五个反应器分别加入1.0 mol/L的氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵和维生素C.在垃圾层顶部按与填埋垃圾体积比1∶4进行覆土(国家标准).每个反应器的填埋垃圾质量为10 kg，反应器中垃圾的压实密度为750 kg/m3.实验中通过向顶部喷洒蒸馏水的方法产生垃圾渗滤液，垃圾渗滤液通过底部的烧杯收集，实验中所用有机玻璃柱与垃圾渗滤液不发生任何反应，反应器底部设有阀门.反应器内部中间位置设置直径为10 mm的穿孔导气管，用于导出填埋气体.由于穿孔管的体积仅为78.5 mL，故忽略其体积.为了更好地模拟厌氧填埋，除测量时间外，每个反应器均用黑布完全覆盖，以防止光照对垃圾堆体内微生物相的影响.本研究采用的实验装置如图1所示.

表1实验中所用生活垃圾的组成

垃圾成分厨余垃圾废纸废塑料废金属陶瓷质量百分比/%7585210

图1　加速生活垃圾降解实验装置

1.2实验方法

在每个反应器中装入同样成分、同样量的生活垃圾.其中二个反应器的垃圾中不添加营养物质，用作对比反应器.其余反应器中分别在填埋垃圾顶部用喷壶喷洒的方式加入配制的相同体积的1.0 mol/L氯化钾、1.0 mol/L氯化铵、1.0 mol/L磷酸二氢钾、1.0 mol/L维生素C、1.5 mol/L氯化钾+磷酸二氢钾+氯化铵溶液(氯化钾、磷酸二氢钾和氯化铵各0.5 mol)，每七天测定一次个反应器的垃圾堆体高度，经过180 d实验，确定能够加速垃圾降解速率的营养混合溶液种类及营养物质加速生活垃圾降解的最佳效果.

每七天通过向垃圾堆体顶部喷洒蒸馏水500 mL的方法模拟降雨，以产生垃圾渗滤液.通过烧杯收集产生的垃圾渗滤液，测定其COD和氨氮，根据实验数据分析营养物质添加对垃圾渗滤液COD和氨氮质量浓度的影响.

2实验结果和讨论

2.1营养物质加速生活垃圾降解的效果

实验中获得的各反应器中垃圾层沉降高度随填埋时间的变化情况如图2中曲线所示.由图2可知，二个对比反应器中垃圾层在180 d的实验过程中，降解速率几乎完全相同，有效说明了对比的有效性,和其他反应器与对比反应器中垃圾降解速率的不同是由于添加营养物质的原因.由图2还可知，添加维生素C的垃圾降解速率最快，其次是添加KCl的垃圾、再次是添加氯化钾、磷酸二氢钾和氯化铵混合营养物的垃圾，之后是添加KH2PO4的垃圾、添加氯化铵的垃圾，最后是两个没有添加营养物质的对比反应器中的垃圾.此实验结果表明，维生素C、氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵均能够加速生活垃圾降解速率，是降解生活垃圾微生物所需的生长因子(微生物不能自身合成而又为微生物生长繁殖所必需的物质).实验中所用的营养元素加速垃圾降解的效果由好到坏依次为：维生素C>KCl>复合营养盐>KH2PO4>NH4Cl.

图2　垃圾沉降高度随垃圾降解时间变化曲线

从本实验研究的结果看，维生素C、KCl、KH2PO4、NH4Cl和KCl+KH2PO4+NH4Cl的混合加入均能加速生活垃圾的降解速率，证明了氮、磷、钾和维生素C是厌氧微生物自身生长所需的营养元素.从加速生活垃圾降解的实际效果来看，厌氧微生物在降解生活垃圾过程中对维生素C的需求最为迫切，对钾元素的需求也很迫切，大于对氮、磷元素的需求.这主要是因为生活垃圾中有机物(特别是含氮有机物)含量较高，随着生活垃圾厌氧填埋过程的进行，含氮有机物的分解能够给厌氧微生物提供一定量的氮元素和磷元素，因而微生物不缺乏氮、磷元素或者只缺乏少量的氮、磷元素.而从生活垃圾的成分上看，其厌氧分解基本上不能给微生物提供钾元素，从而导致厌氧垃圾填埋堆体中微生物钾元素缺乏，因而添加KCl、混合添加氯化钾、磷酸二氢钾和氯化铵的垃圾降解速率要相对快于添加氯化铵的垃圾堆体.混合添加氯化钾、磷酸二氢钾和氯化铵的垃圾降解速率低于添加氯化钾的垃圾降解速率，进一步印证了微生物对钾元素的需求大于对氮、磷元素的需求.可能是KH2PO4加入的磷元素超出微生物对磷元素的需求，因而其加速垃圾降解的效果不如氯化钾和混合营养盐.

2.2营养物质对垃圾渗滤液COD的影响

图3　各垃圾层产生渗滤液COD质量浓度随填埋时间变化曲线

实验中获得的各反应器中垃圾层产生渗滤液COD质量浓度随填埋时间的变化情况如图3中曲线所示.由图3中曲线可知，两个对比反应器垃圾层产生的渗滤液COD质量浓度在180 d内始终基本相同，说明了对比的有效性.添加维生素C的垃圾层渗滤液COD质量浓度最高，其次是添加氯化钾的垃圾层、混合添加三种营养盐的垃圾层、添加磷酸二氢钾的垃圾层、添加氯化铵的垃圾层，对比垃圾层的COD质量浓度最低.对比图2、3可以发现，垃圾降解速率越快，产生渗滤液的COD质量浓度越高.这是因为微生物对垃圾降解得越充分，降解的有机物数量越多，就会有越多的分解后的小分子有机物进入垃圾渗滤液中，从而导致渗滤液COD质量浓度升高.实验结果证明了这一推断.

2.3营养物质对垃圾渗滤液NH3—N的影响

实验中获得的各反应器中垃圾层产生渗滤液NH3—N质量浓度随填埋时间的变化情况如图4中曲线所示.对比图3、4中各曲线可知，各垃圾层产生渗滤液氨氮的变化规律和COD的变化规律相同，即垃圾降解速率越快的垃圾层，其产生的渗滤液氨氮和COD质量浓度越高，两对比垃圾层氨氮质量浓度变化基本相同.本实验选用的生活垃圾中以厨余垃圾为主，厨余中含氮有机物居多，在分解时有机氮大部分会转化为氨氮，而氨氮在水中的溶解度很高，因而降解越快越彻底的垃圾层，其产生的渗滤液氨氮质量浓度也就越高.本实验中，添加营养物质的垃圾层产生的氨氮质量浓度在1 005～1 456 mg/L的范围内，与实际垃圾填埋场渗滤液的氨氮大致相当.

图4

3结论

1)在厌氧填埋的生活垃圾中添加维生素C、氯化钾、磷酸二氢钾、氯化铵以及混合添加氯化钾+磷酸二氢钾+氯化铵均能够加速生活垃圾降解，这几种营养物质加速垃圾降解的效果为：维生素C>氯化钾>混合添加氯化钾+磷酸二氢钾+氯化铵>磷酸二氢钾>氯化铵.

2)垃圾降解速率越快，其产生的渗滤液COD和氨氮质量浓度越高.

参考文献：

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[3]赵苗, 任连海, 王攀. 我国城市生活垃圾处理技术应用现状分析[J]. 绿色科技, 2013, 12: 146-149.

[4]宾晓蓓, 李倩. 国内外城市生活垃圾现状与处理技术[J].北方环境, 2011, 23(10): 42-44.

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[6]侯云峰. 我国城市生活垃圾处理技术现状[J]. 中国资源综合利用, 2012, 30(2): 50-52.

[7]田文德，宿程远，冉治霖，等.新型E-D反应器处理餐厨垃圾效能及微生态研究[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2015，31(5)：549-553.

Effect of microorganism nutrients adding on rubbish degradation and leachate quality

LU Wen-sheng1，LI Jun-sheng2，JIANG Bao-jun3

(1. Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce,Harbin 150076 ; 2. School of Food Science and Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China; 3. Key Laboratory of Songliao Aquatic Environment, Ministry of Education, Jilin Jianzhu University, Changchun 130118, China)

Abstract：In order to research the effect of microorganism nutrients adding on rubbish degradation and leachate quality, vitamin C, KCl, KH2PO4, NH4Cl and KCl+KH2PO4+NH4Cl were added into rubbish anaerobic landfilled, the settlement height of every rubbish cell and COD, NH3—N of leachate were monitored. The experimental results indicate that vitamin C, KCl, KH2PO4, NH4Cl and KCl+KH2PO4+NH4Cl all can accelerate rubbish degradation, and vitamin C has best effect on accelerating rubbish degradation in the nutrients. Furthermore, the more rapidly rubbish degraded, the higher concentration of COD and NH3—N in leachate is.

Key words：rubbish; degradation; leachate; nutrients

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1672-0946(2016)01-0021-04

作者简介：路文圣(1989-)，男，硕士，研究方向：生活垃圾降解及渗滤液处理技术.

收稿日期：2015-09-03.