垃圾填埋场覆土中厌氧甲烷氧化耦合反硝化及苯系物协同代谢研究

【摘要】：垃圾填埋场释放的填埋气中,CH4和恶臭气体给环境带来了严重危害。目前,利用生物技术控制垃圾填埋场CH4和有机恶臭气体排放污染是最为经济有效的方式。鉴于填埋气主要通过填埋场覆土层释放进入环境中,而填埋覆土主要为兼/厌氧环境,结合CH4和有机恶臭污染物(以苯系物为代表)都能以NO3-、SO42-等为电子受体进行厌氧氧化而降解的最新科学研究进展,本研究以填埋覆土作为介质,首先通过运行模拟填埋覆土反应柱试验、同位素示踪试验和微生物多样性分析试验,考察了填埋覆土中的厌氧甲烷氧化耦合反硝化的特性及效能,评估填埋覆土中的厌氧甲烷氧化耦合反硝化去除甲烷的潜力,并初步探索其反应过程和机理;其次通过小瓶静态批式培养试验考察了厌氧甲烷氧化耦合反硝化协同代谢苯系物的特性和潜能,并以二甲苯作为代表物,初步探索其可能的协同代谢降解途径。试验结果表明:(1)垃圾填埋场覆土中可进行厌氧甲烷氧化耦合反硝化(DAOM)。无论是回灌NO3--N溶液还是渗滤液,试验组(R2)和对照组2(R3)反应柱中CH4去除,对照组1(R1)、R2和R3中N2和CO2的产生都符合零级动力学方程。渗滤液短期回灌对填埋覆土中DAOM起促进作用,渗滤液长期回灌会对覆土中DAOM产生一定的负面影响。NO3--N溶液回灌时R2中甲烷氧化速率为(27.99±1.14)mg CH4·kg-1覆土干重·d-1,对照组R3中甲烷氧化速率为11.25 mg CH4·kg-1覆土干重·d-1;短期回灌NO3--N渗滤液时,R2中甲烷氧化速率为(25.40±3.26)mg CH4·kg-1覆土干重·d-1,对照组R3中甲烷氧化速率为(14.30±4.74)mg CH4·kg-1覆土干重·d-1;长期回灌NO3--N渗滤液时,R2中甲烷氧化速率为(19.42±6.69)mg CH4·kg-1覆土干重·d-1,对照组R3中甲烷氧化速率为(7.18±1.20)mg CH4·kg-1覆土干重·d-1;(2)同位素示踪试验表明填埋覆土中NO3--N在反硝化与甲烷厌氧氧化耦合过程中,CH4更多的被转化成了无机碳,而细胞积累较少;微生物在利用氮元素的过程中更多的是将N还原为N2或转化为有机氮;随着覆土反应柱运行,模拟柱中土壤微生物结构较原始土样发生变化;处理柱R2反应柱和对照柱R3内的微生物结构类似,且各个反应柱(尤其是R2)中出现优势菌群;从FAM、HEX荧光标记测定谱图来看,R2和R3反应器中峰高、峰面积增大的波峰点位一致,因此可以推测R2反应器中起主导作用的微生物主要源自于具有厌氧甲烷氧化功能的细菌;(3)覆土对苯系物的去除是先吸附后降解。单独添加NO3-或CH4都能促进填埋覆土中苯系物的降解;同时添加NO3-和CH4能更好的促进苯系物的去除,且不降低CH4去除率;甲苯、二甲苯和异丙苯的去除率最高可达65%、88%和82%,远高于不添加NO3-和CH4对照处理的53%、76%和31%;厌氧甲烷氧化耦合反硝化过程可以促进苯系物的降解,表明在垃圾填埋覆土中厌氧甲烷氧化耦合反硝化协同代谢苯系物有一定的可行性。 【关键词】：填埋覆土 厌氧甲烷氧化 硝酸盐 耦合 苯系物 协同代谢
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X705
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究进展9-14
• 1.3 论文研究的内容和目的14-15
• 1.4 技术路线15
• 1.5 创新点15-16
• 技术路线图16-17
• 第二章 填埋覆土中厌氧甲烷氧化耦合反硝化特性研究17-37
• 2.1 试验材料与方法17-20
• 2.2 试验结果与讨论20-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 厌氧甲烷氧化耦合反硝化过程及微生物机理初探37-48
• 3.1 试验材料与方法37-39
• 3.2 试验结果与讨论39-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 厌氧甲烷氧化耦合反硝化协同代谢苯系物的特性研究48-66
• 4.1 试验材料与方法48-51
• 4.2 试验结果与讨论51-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 结论66-68
• 参考文献68-76
• 在校期间发表论文76-77
• 致谢77

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