曾韵敏，王里奥，胥腾屯，宋 雪，胡超超，李 彤



生物反应器模拟生活垃圾填埋降解产甲烷性能

曾韵敏1,2，王里奥1,2※，胥腾屯2，宋 雪2，胡超超2，李 彤2

（1. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044； 2. 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400044）

该文采用生物反应器模拟生活垃圾填埋降解过程，跟踪测试了垃圾在厌氧消化过程中产甲烷进程及渗滤液特性，并探索两者之间的关系，旨在筛选出可以预测垃圾厌氧消化产甲烷进程的指标。结果表明渗滤液pH值、TOC/TN (total organic carbon/total nitrogen)、乙酸/戊酸（HAc/HVa）的变化对系统产甲烷进程及稳定性有一定的指示作用。消化系统产甲烷初期，渗滤液pH值稳定在5.77～5.91。产甲烷高峰期，渗滤液pH值会迅速升高达到峰值。渗滤液中TOC/TN≥11时，垃圾厌氧发酵系统稳定，产甲烷正常。而当渗滤液中TOC/TN<11时，发酵系统因氨积累失稳，产气量小。戊酸在垃圾厌氧消化过程中生成与转化较为活跃，HAc/HVa变化较大且有明显的拐点，拐点处可预测消化系统进入产甲烷期。此外，采用16S rRNA基因标记技术对反应器中3个阶段的垃圾渗滤液样品（水解酸化期A、产甲烷高峰期B、产甲烷末期C）以及试验结束时垃圾样品和覆盖土样品进行群落评估。聚类树分析得出生活垃圾（municipal solid wastes，MSW）样品与渗滤液样品其微生物种类及丰度都较为接近，有较近的亲缘关系，且反应期越长相似度越高。测定渗滤液样品的微生物群落组成可一定程度反映出系统内垃圾的群落结构。覆盖层是系统进行硝化反应的主要场所。垃圾厌氧消化末期，系统中氨积累抑制产甲烷菌活性，是导致系统产甲烷能力下降的主要原因。

垃圾；甲烷；降解；生物反应器填埋场；厌氧消化；渗滤液；微生物群落

0 引 言

城市生活垃圾中含有较多的有机组分，具有潜在的能源价值[1-3]，厌氧消化是一种常用的处理生活垃圾以及实现能源回收的生物处理技术[4]。生物反应器填埋场技术通常采用渗滤液回灌[5-8]、营养添加、pH值调节、温度调节、供氧[9]和微生物接种等手段强化厌氧消化中微生物过程，从而加速垃圾中易降解、中等易降解有机组分转化和稳定[10]。厌氧消化是一系列复杂的微生物催化降解过程，为保障生物反应器系统稳定运行，提升废物处理效率及资源化水平，理想条件是对系统进行在线监测、实时调节。由于垃圾自身性质不均匀、监测点布设成本较高以及取样困难代表性不足等原因，针对填埋场垃圾体的在线监测较难实施。……