生物炭和C/N对准好氧矿化垃圾床处理老龄渗滤液的影响

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老龄垃圾渗滤液是一种成分复杂的难处理废水,具有氨氮浓度高、C/N低、可生化性差等特点。采用传统的物化法、生物法等处理时存在处理工艺复杂、成本高、出水不能稳定达标等缺点。准好氧矿化垃圾床是一种“以废治废”的技术,具有微生物种群丰富、比表面积大等优点,但仍存在NO2--N积累、TN去除率效率低下、出水不稳定的缺点。生物炭具有较大的孔隙率和有机碳含量,能影响氮素转化,促进硝化、反硝化过程;另外,提高C/N有利于微生物生长繁殖,促进反硝化过程,提高出水的稳定性。但少有研究关注添加生物炭和改变C/N对准好氧矿化垃圾床处理老龄渗滤液的影响。基于此,实验共设计3组准好氧矿化垃圾床(SAARB 1#、2#、3#),分别调节生物炭添加量和老龄渗滤液C/N,通过对老龄渗滤液尾水碳氮类污染物以及体系产生的N2O、CO2进行分析,探究生物炭、C/N对老龄渗滤液污染物去除及转化的影响,以期为生物炭、C/N在SAARB处理老龄渗滤液的应用提供可行性技术支撑。为提高SAARB处理老龄渗滤液的效率,采用混合培养法对SAARB进行28 d活性恢复,结果表明,活性恢复可提高SAARB内微生物对老龄渗滤液的适应能力,尾水中CODCr、VFA、UV254、色度、NH4+-N和NO2--N浓度受进水渗滤液比例的影响较小,其去除率随着活性恢复时间的增加呈先上升后趋于稳定趋势,末期均超过80%;NO3--N、TN的尾水浓度随活性恢复时间的增加而逐渐上升,TN的去除率呈先下降后上升趋势,最终去除率仅为30%左右。另外,SAARB的N2O、CO2排放通量均随活性恢复时间的增加而增加;以上表明SAARB的活性恢复效果较好。SAARB 1#、2#、3#处于运营期时,尾水的CODCr、UV254、色度、NH4+-N、NO2--N和溶解性有机物去除率均存在“SAARB 1#<SAARB 2#<SAARB 3#”的规律;当SAARB进水C/N升高时,尾水CODCr、UV254、色度、NH4+-N、NO2--N的去除率升高,C/N为12时,去除率最高,分别为97%、70%、90%、98%和90%;表明增大生物炭比例及提高C/N有利于碳类污染物、NH4+-N、NO2--N的去除;尾水NO3--N、TN浓度受生物炭及C/N的影响较小,但添加生物炭及提高C/N可在一定程度上增大尾水NO3--N、TN浓度;N2O、CO2排放通量与生物炭比例和C/N呈正相关,表明生物炭比例增加和C/N升高会导致温室气体排放量增加。当生物炭添加比例为3%、C/N=12时,老龄渗滤液处理效果最佳。CODCr、UV254、色度、NH4+-N、NO2--N、TN去除率分别为97.81%、74.84%、92.57%、99.54%、87.54%和53.54%,NO3--N的尾水平均浓度为768.29 mg·L-1,CO2、N2O排放通量分别为733.01和112.44 mg·m-2·h-1,低分子量有机物、芳香类有机物及色氨酸类蛋白质去除率分别为46.5%、57.5%和100%。采用高通量测序分析3个SAARB内微生物的群落结构和相对丰度,发现3个反应床内的优势菌种均为变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),各反应床变形菌门相对丰度大小为:SAARB 3#(23.31%)>SAARB 2#(22.79%)>SAARB 1#(20.22%);SAARB1#、2#、3#内拟杆菌门(Bacteroidetes)与厚壁菌门(Firmicutes)的比值分别为:0.20、0.12和0.13,这说明添加生物炭对微生物的硝化反硝化及有机物去除有一定的积极影响。
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