随着城市生活垃圾产量的日益增长,垃圾焚烧发电作为一种能源回收手段得到了越来越广泛的应用。随之而来的是在焚烧前垃圾堆放过程中产生大量的有机物浓度极高的垃圾焚烧厂渗沥液,需要集中处理,与老龄垃圾填埋场渗滤液不同,它是一种新鲜渗沥液,具有良好的可生化性(B/C>0.5)。因此,通常采用厌氧产甲烷生物处理技术对其进行处理以去除高浓度的COD。垃圾焚烧厂渗沥液组成成分非常复杂,含有多种溶解性有机质(DOM),而富里酸(FA)是其中的一种典型的难降解有机物,对于垃圾焚烧厂渗沥液的有效处理影响较大。因此,本文以垃圾焚烧厂渗沥液中的FA为研究对象,研究FA对垃圾焚烧厂渗沥液生物处理过程中厌氧产甲烷的影响,以及FA自身在垃圾焚烧厂渗沥液生物处理过程中的降解特征和转化规律。本文首先采用实验室小试的膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器对北方某垃圾焚烧厂渗沥液进行处理,发现在进水COD为55,000 mg/L、有机负荷(OLR)在23.0kgCOD/(m3d)及以下时,反应器稳定运行,COD去除率高达91%以上,86%的去除COD转化为甲烷,可实现能源的高效回收。进一步提升EGSB反应器的OLR,反应器酸化,丙酸大量积累,COD去除率急剧降低,表明EGSB反应器处理该垃圾焚烧厂渗沥液的OLR上限为23.0 kgCOD/(m3 d)。对EGSB反应器的出水DOM分析发现,EGSB出水中残留的有机物的芳香化程度、腐殖化程度均较进水有明显的提高,其中主要以FA、芳香类物质、长链烷烃等难降解有机物为主,作为EGSB反应器出水中一种典型的有机组分,FA在厌氧产甲烷过程中的降解和转化特征需要进一步研究。本文接下来研究了FA对EGSB反应器处理垃圾焚烧厂渗沥液的处理效能的影响。研究发现FA会影响EGSB的COD去除率和甲烷产率。在维持进水总COD稳定的情况下,进水中FA的浓度从1,500 mg/L提升到8,000 mg/L时,COD去除率从96%逐渐降低至81%,产生的生物气中甲烷的含量从72%逐渐降低至60%。甲烷产量计算、微生物群落结构及FA分子结构的分析结果表明,FA是通过与反应器内的产甲烷菌竞争电子来影响EGSB反应器的处理效果的。因此,虽然EGSB反应器COD去除率降低,但整个运行过程EGSB反应器运行稳定且没有酸化的风险,同时当进水FA浓度降低以后,反应器的处理效果可以在较短的时间内(25天)完全恢复至初始水平。同时,研究发现FA进水浓度为4,000 mg/L起,EGSB反应器的COD去除率明显下降且在长期运行后无法恢复,因此为保证EGSB反应器的处理效率,应控制进水FA浓度小于4,000 mg/L。EGSB反应器可以较有效的部分降解垃圾焚烧厂渗沥液中的FA,但FA去除率随着进水FA浓度升高而降低,进水中FA浓度逐渐从1,500 mg/L梯度提升至8,000 mg/LFA的去除率逐渐从86%降低至72%,且未被降解的剩余FA主要分布在分子量>20 kDa的范围,这部分FA在8,000 mg/L进水条件下,去除率仅为46%。同时,EGSB出水DOM的非腐殖质类产物也受到了进水FA浓度的影响。细菌群落结构分析表明,EGSB反应器中的优势菌群Anaerolinaceae可在高浓度FA的环境下富集生长,实验证实Anaerolinaceae可能通过胞外电子传递的方式将其他有机物降解过程中产生的电子传递给FA,进而使FA得到降解和转化；由于FA的降解和转化消耗了大量电子,导致EGSB反应器的甲烷产率明显降低,影响了产甲烷菌的产甲烷过程。EGSB反应器出水中剩余FA的分子量明显比原始FA的分子量进一步增大,且芳香化程度和腐殖化程度均有显著提升。但这些更大分子量的有机物仍属于FA,而没有转化为腐殖酸或腐殖素等其他形式的腐殖质。不同进水FA浓度的EGSB出水中残余的FA的化学结构和元素组成有较大差异,主要是由于不同进水FA浓度条件下FA分子结构的支链降解情况不同导致的。渗沥液中的原始FA可以作为电子穿梭体加速Geobacter sulfurreducens向FeO(OH)传递电子的效率,以及促进Geobacter metallireducens和Geobacter sulfurreducens之间的电子传递；而EGSB反应器出水中残余的FA则失去了这种促进电子传递的能力,反而产生了抑制效果。这主要是由于FA分子结构中为电子传递能力起到关键作用的醌结构在厌氧产甲烷过程中被完全的不可逆的破坏所导致的。这部分出水FA若直接排放会对自然环境造成不良影响。