(垃圾渗滤液外文翻译)海洋细菌对垃圾渗滤液的处理研究

海洋细菌处理垃圾渗滤液CODor 和N NH -+4的性能研究

Yali Feng, Aifei Yi, Haoran Li, Weida Wang and Yunlong Du

摘要：本实验研究从海洋沉积物中提取的复合海洋细菌对垃圾渗滤液的处理工艺，在此处理过程中，海洋细菌是唯一用来去除有机物和氨氮的物质，本研究主要参照的重要因素有营养液、初始PH 、处理时间、曝气时间，上述因素会直接

影响到本实验。本实验研究表明：CODor 和N NH -+4 处理效果可以分别达到

94.45%和67.87%，同时，本次试验条件为处理时间3天，PH 为6.3和曝气处理，细菌的伏安特性曲线证明了海洋细菌氧化还原垃圾渗滤液的能力。 关键词：去除COD;垃圾渗滤液;去除N NH -+4;海洋细菌;伏安特性曲线

引言：垃圾渗滤液是目前垃圾填埋的主要问题之一，它正快速的从中国每年大量增长的固体垃圾中产生 (Bing et al.2008)。作为高浓度的废水，它的特点为极高的CODcr 、无机盐含量，重金属和毒性。渗滤液的构成受到填埋时间，当地降雨，固体废物的压缩以及垃圾的物化特性(Gotvajn et al.2009）。然而，产生时间短的渗滤液在试验过程中表现出与产生时间长的渗滤液显著的区别，因为垃圾渗滤液中含有许多不同的无机和有机混合物，它们可能会分解或者保持稳定不分解 (Bing et al.2008)。如果不采取安全处理的措施，垃圾渗滤液会成为水体污染的主要原因，因为它可以通过渗透到的表层和深层土壤去导致水体的重度污染 (Oman & Junestedt 2008)。所以，为了避免水体被严重污染达到最小化影响，垃圾渗滤液在排放前需要进过严格的处理。

为了减轻垃圾渗滤液对环境的负面影响，目前已经有几种主流的处理方式被报道(Renou et al.2008)，它们包括生物处理工艺(Lim et al.2012:；Capodici et al.2014)，物理处理工艺有吹脱法(Zouboulis et al.2003）和吸附法 (Wang et al.2002)，化学处理工艺有絮凝法 (Kim et al. 2007)，新工艺有膜处理技术(Piatkie-wicz et al.2001)。生物处理工艺在废水处理工艺中是一种很绿色的工艺，奥拉博得（Orupoaldet al.2009)在氧化塘中处理垃圾渗滤液采用10日间歇曝气的方式，达到了CODcr 去除率70.45%的水平，这表明渗滤液可以在曝气池塘中处理，及时在PH 不被调节的情况下也可行。

本次试验采用有氧生物处理技术，针对海洋沉积物中含有多种海洋细菌，并且这些细菌可以存活在极其恶劣的深海环境中，因此它们被本次试验选为独创性

的接种物去处理渗滤液，接种液被加入装满垃圾渗滤液的瓶反应器中，放置在数字生化培养箱里，此研究的目的是为了对比在没有加入任何物质的过程中对垃圾渗滤液的中物质去除的效果。

表一、渗滤液在处理前各组分含量： 成分名称 N NH -+4 CODcr TP

TN TKN BOD5 含量（mg/l ） 168.45 6.636

77.2 256.34 183.67 2948

1.材料与方法

1.1垃圾渗滤液

垃圾渗滤液被存放在一个塑料容器中，取自辽宁省大连市的垃圾填埋场，其未添加任何有效细菌。研究分析表明，垃圾渗滤液在处理前PH 值为6.3，同时它的各项成分含量被列入到表一中，数据显示CODcr/BOD5=0.44,表明此为产生时间短的渗滤液，同时表明渗滤液在本次试验中有较高的可生化性。

1.2细菌悬液

不同的海洋沉积物样品被加入到没有加入任何物质的垃圾渗滤液（海洋沉积物取自山东青岛的中国海洋生物样本库），沉积物中的细菌在震荡条件下培养5天后被加入新鲜的渗滤液中进行另一个5天培养来筛选出具备去除垃圾渗滤液中有机物和氨氮的能力的菌体。具有强去除能力的细菌在新鲜垃圾渗滤液中培养3天增殖，然后渗滤液在离心机中以1200rpm/10min 离心处理，接着再透过一层渗透膜，细菌被无菌生理NaCl （质量分数0.7%）截留下来。此外，细菌需要被无菌磷酸盐缓冲剂稀释（PH=7）,细菌悬液的OD510密度为2.21，并被储存在4C 塑料容器中留待使用。作为一个对照组，同样的方式培养海水3天，水样的细菌培养情况可以详见表二.

表二、垃圾渗滤液对海洋细菌的影响：

水样（g/l ）

垃圾渗滤液 海水 单位体积生物量（OD510）

2.14 2.51

2.试验步骤

试验将会分组进行，首先，大量培养后的细菌悬液被加入到100ml 垃圾渗滤液样本的长颈子瓶中，并将其放入数字生化细菌培养器（HZQ-F160, ETD Co., Ltd ，中国宁波）中。经过适当的时间，取10ml 处理后的垃圾渗滤液样本，离心机（GT16-3, TBL Co., Ltd,中国北京）离心处理，然后取上清液，分析其中的 CODcr, NH4-N, NO2-N ,NO3-N 的浓度。重复试验一式三份，数据偏差在5%以内，垃圾渗滤液的初始PH 通过稀HCl 和NaCl 来调节。

3.分析和计算：

TP,TN, NH4-N, NO2-N ,NO3-N(APHA ，1998)在上一步已经计算了，PH 通过PH 仪（PHXS, REC, 中国上海）测定，光波长选择510nm ，通过分光光度计 (UV-1,750, Mfg Co., Ltd,日本东京)去测定其细菌悬液的浓度，CODcr 被用智能消解器来测定其值，后处理物质去除率通过算式计算（1）

去除率（%）=()()[]10011/2211???-?V C V C V C (1)

--C1，C2分别是是反应前和反应后上清液的CODc 的值（mg/l ）

--V1，V2分别是垃圾渗滤液以及细菌悬液和垃圾渗滤液混合后的体积，分 别是0.1,0.12（L ）

伏安法包括3个电极：一个工作电极，一个参考电极和一个反向电极，PH=7，扫描速率为50mv/min.

4.结果和讨论

4.1接种量

为了研究细菌接种液对垃圾渗滤液的处理效果，我们做了这项研究。从表中可以看到，在实验3天后，接种量的浓度在0-10%，菌体浓度和CODcr 、NH4-N 去除率随着接种量的增加显著升高，当接种量浓度大于10%的时候，CODcr 和NH4-N 的去除率变化非常小。这些结果表明海洋细菌利用渗滤液中的有机碳和NH4-N 来增殖。污染物被不断的去除，高去除效率要归功于那些高效率的海洋细菌 (Shalaby ，2011)。另一个没有接种菌体的渗滤液样本在经过3天处理后得到的结果为CODcr 去除率为30%，这要远低于接种了海洋细菌的样本。

表三、在PH=6.3，曝气三天的条件下，接种量对渗滤液污染物去除率的影响

4.2最适PH

初始PH范围为3-9对实验的影响效果在此也做了研究，表中可以看到，在PH为3-4的范围里OD510和CODor的去除效果很微弱，这表明在强酸环境异养细菌被抑制，而只有化能自养细菌可以去除NH4-N。然而随着PH的增高，海洋细菌开始快速繁殖并且降解污染物，CODcr、NH4-N的去除率分别高达94.45%和63.65%，此外在处理3天，PH为5-10的条件下，我们发现PH=7的情况下是最适的PH条件。污染物去除率在本生物处理工艺处理中发现要远优于渗滤液的絮凝处理工艺(Yangin et al.2002)，随着镁磷酸铵离子的沉降，絮凝处理工艺的最大处理效果在PH为9.3-11.0的条件下实现，NH4-N去除率只有66-85%，这种工艺需要大量的碱，并且在实验前需要调节PH。

表四：在接种液量达到10%，曝气3天处理条件下，PH对垃圾渗滤液处理效果的影响

4.3处理时间

表格三表示处理时间的长短对CODcr的去除率影响，从表中可以看出，在第一个24h,CODcr的去除率达到76.23%，处理时间到48h时，CODcr的去除率达到93.71%，而在此之后，污染物的去除效果微乎其微，原因可能是因为缺乏碳源或者渗滤液在此时主要由难降解的有机滤渣构成。对比CODcr和NH4-N的去除率，我们发现海洋细菌生物处理法比化学絮凝(Qureshiet al.2002)和吸附法(Kargi & Pamukoglu.2004)的效果好，但是就CODcr和NH4-N的去除速度而言，发现海洋细菌生物处理法远慢于化学絮凝法。

表五：接种剂量10%，曝气三天，处理时间对对垃圾渗滤液处理效果的影响

4.4氧气条件

为了更好的研究海洋细菌，我们对比了曝气处理和不曝气处理的垃圾渗滤液的处理效果，表四表明，在曝气条件下，细菌密度和CODcr和NH4-N的去除率显著提升，但在不曝气的条件下，CODcr和NH4-N的去除率几乎没有变化。这表明混合海洋细菌属于好氧微生物，同时在曝气条件下对偏好垃圾渗滤液中生物降解的有机物污染物和铵态氮(Renou et al.2008)。

表六：接种剂量10%，曝气三天条件下，曝气对细菌活性的影响

4.5氮的处理机制

在表五中可以看到，在曝气条件下，NH4-N的浓度降低，NO2-N的浓度先身高后降低，同时NO3-N浓度随着时间增加而增加，这个现象的原因可能是因为混合海洋细菌包含亚硝酸氧化细菌和硝化细菌，随着亚硝酸氧化细菌在渗滤液中增殖，氨被氧化成亚硝酸盐，亚硝酸盐又被硝化细菌氧化成硝酸盐，因此可以推断氨的处理机制是氨的氧化过程 (Han et al.2015)。

表七：氮的处理机制

4.6海洋细菌的伏安特性曲线

本实验也研究了海洋细菌的伏安特性性质，在表六中观察曲线可以发现，阴极峰的电势为-0.599V，阳极峰的电势为0.148V，Irp(当前阴极峰电势)/Iop（当前阳极峰电势）=1。通过对比，我们发现有海洋细菌和没有海洋细菌的渗滤液两组试验中，前一组试验有一个明显的氧化还原峰，这表明了海洋细菌的电化学活性，可以在垃圾渗滤液处理过程中扮演重要角色。

表八：海洋细菌的伏安特性曲线

五．结论

本次垃圾渗滤液的处理没有加入任何外来碳源，海洋细菌利用渗滤液中的有机物作为唯一碳源去有效去除渗滤液中的碳物质和NH4-N是可行的，在试验中，难降解的氨被去除被归功于混合海洋细菌中菌种的丰富性，这展现了海洋细菌极强的氮去除能力。

利用海洋细菌去处理垃圾渗滤液不仅仅是一个重要的结论，也是一个高效处理废水技术最基础的初级阶段，作为未来先进技术-海洋细菌处理技术的基础，本论文在此领域奠定了基础，并展现了海洋生物资源利用的前景。

六．致谢

感谢中国海洋矿物资源协会，中国国家自然科学基金会，中国高科技技术发展组织的帮组支持，在此表示最真诚的的谢意。