生活填埋場(chǎng)滲濾液原位脫氮是利用填埋場(chǎng)本身可看作大型生物反應(yīng)器特點(diǎn)而進(jìn)行的脫氮，其主要是指對(duì)氨氮的脫除。本文闡述了滲濾液中氨氮的特點(diǎn)、生物毒性，填埋場(chǎng)內(nèi)氮的轉(zhuǎn)化、衰減過程，目前滲濾液中氮去除原位處理研究現(xiàn)狀，并分析了研究中存在問題，提出了滲濾液原位脫氮的發(fā)展方向。
生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液（以下簡(jiǎn)稱滲濾液）中氮的脫除已引起了人們的高度關(guān)注。當(dāng)前填埋場(chǎng)垃圾主要進(jìn)行厭氧填埋，滲濾液中氮主要以NH3-N形式存在，因此滲濾液中脫氮即指對(duì)氨氮的脫除。目前滲濾液氨氮脫除主要通過滲濾液后處理，方法有吹脫、化學(xué)沉淀法、氧化、膜過濾、蒸發(fā)[1]和生物脫氮等，其中生物脫氮是最具有發(fā)展前途的方法之一[2]?；跐B濾液后處理脫氮成本高、處理效果欠佳的缺點(diǎn)和填埋場(chǎng)本身可看作大型生物反應(yīng)器的特點(diǎn)，人們開展了填埋場(chǎng)滲濾液原位脫氮的研究。
1滲濾液中氨氮特點(diǎn)及其生物毒性
滲濾液中的氨氮主要來自垃圾中蛋白質(zhì)等含氮物質(zhì)的降解，具有濃度高（質(zhì)量濃度可達(dá)幾千甚至上萬mg/L）、時(shí)空變化大（在整個(gè)填埋周期內(nèi)可以從低于100 mg/L到幾千mg/L）、C/N比低，生物處理困難等特點(diǎn)。尤其是近年來發(fā)展了滲濾液回灌的滲濾液原位處理技術(shù)，滲濾液循環(huán)中氨氮不斷積累，使其濃度最終高于傳統(tǒng)填埋場(chǎng)滲濾液[3],而且由于滲濾液原位處理主要在于脫碳，不能有效去除氨氮[4]，由此導(dǎo)致滲濾液中C/N比更低，微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)，同時(shí)滲濾液中氨氮濃度過高，抑制活性污泥微生物活性，影響后續(xù)生物處理效率，使得后處理困難。當(dāng)水中總的氨氮濃度大于200 mg/L ，在溫度為15℃，pH 8時(shí)，水中游離氨含量高于6%，即相當(dāng)于存在120 mg/L的NH3，能破壞生物氧化；X.Z.Li等通過測(cè)定脫氫酶和SOUR（氧呼吸速率）等參數(shù)研究了滲濾液中高氨氮濃度對(duì)活性污泥中微生物的抑制作用，其結(jié)果表明[5]：當(dāng)進(jìn)水中氨氮濃度由50 mg/L 增加到800 mg/L時(shí)，脫氫酶活性由11.04μg/ mgMLSS依次降低到4.22μg/ mgMLSS，SOUR也從68 mgO2/ mgMLSS下降到45 mgO2/ mgMLSS，COD去除率從95.1%相應(yīng)下降至79.1%，出水中氨氮濃度由0.58 mg/L上升到649 mg/L。
2 填埋場(chǎng)內(nèi)氮轉(zhuǎn)化及自然衰減
填埋場(chǎng)中的氮的轉(zhuǎn)化包括氨化、同化、硝化和反硝化作用。首先，蛋白質(zhì)在微生物產(chǎn)生的蛋白酶作用下進(jìn)行水解成多肽和二肽，然后由肽酶進(jìn)一步水解成氨基酸，氨基酸通過降解釋出NH4+。釋出的一部分NH4+可被同化為細(xì)胞的組成部分；另一部分NH4+在有氧存在時(shí)經(jīng)硝化細(xì)菌作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，硝酸鹽在隨后的兼氧/厭氧環(huán)境中可以H2為電子供體，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，NO3-－N轉(zhuǎn)化為N2；也可以被異養(yǎng)反硝化細(xì)菌作為最終電子受體，通過生物異化還原成N2，硝酸鹽還能通過自養(yǎng)反硝化細(xì)菌如反硝化硫桿菌（Thiobacillus denitrificans）的作用，利用硫的化合物（HS－、S2O32- 、S4O62-、SO32-）和無機(jī)碳源（CO2、HCO32-）作為能源進(jìn)行反硝化，將硝酸鹽氮還原成氮?dú)狻Ｆ錂C(jī)理可用以下方程式表示：
厭氧條件下，厭氧氨氧化細(xì)菌能以NH3取代有機(jī)物作為電子供體，NO2-取代O2作為最終電子受體，進(jìn)行厭氧氨氧化作用，將NH4+轉(zhuǎn)化為N2。如NH4+在亞硝化桿菌（Nitrosomonas）作用下發(fā)生厭氧氨氧化，轉(zhuǎn)化成N2[6]：
3 填埋場(chǎng)滲濾液氨氮原位處理研究現(xiàn)狀
傳統(tǒng)滲濾液后處理生物脫氮一般按兩個(gè)階段進(jìn)行：
第一階段：NH4+在好氧狀況下被氧化成硝酸鹽：
第二階段：硝酸鹽在兼氧狀態(tài)下被還原成 N2O、N2：
填埋場(chǎng)是一個(gè)復(fù)雜的異質(zhì)系統(tǒng)，固體廢物中硝化－反硝化的機(jī)理相對(duì)于廢水處理的更為復(fù)雜[7]。但同時(shí)填埋場(chǎng)可看作一座大型的生物反應(yīng)器，
其中各種各樣的微生物共存，這些微生物能發(fā)生各種各樣的反應(yīng)，其關(guān)鍵在于占優(yōu)勢(shì)的環(huán)境條件和底物特性。因此參照廢水生物脫氮這種脫氮原理，Pohland首次利用堆肥腐熟物質(zhì)作為模擬成熟垃圾材料，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人為的將填埋場(chǎng)設(shè)置成缺氧、厭氧、好氧三個(gè)區(qū)域（其中缺氧區(qū)為反硝化區(qū)，厭氧區(qū)為產(chǎn)甲烷區(qū)，好氧區(qū)為硝化區(qū)），通過各區(qū)進(jìn)行內(nèi)循環(huán)和不進(jìn)行內(nèi)循環(huán)兩種運(yùn)行方式，比較研究了在滲濾液回灌過程中原兼職位處理滲濾液中氨氮的可能性。試驗(yàn)結(jié)果表明[8]：以內(nèi)循環(huán)方式運(yùn)行條件下氮的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％；而不進(jìn)行內(nèi)循環(huán)時(shí)，每個(gè)循環(huán)硝化轉(zhuǎn)化率為30%-52%，反硝化轉(zhuǎn)化率為16%-25%。繼Pohland之后，Jokela等利用填埋場(chǎng)本身亦可認(rèn)作是一座大型的生物過濾池的原理，以穩(wěn)定后的垃圾作為模擬生物濾池填料對(duì)滲濾液進(jìn)行好氧曝氣，將滲濾液中NH4+轉(zhuǎn)化為NO3-，出水再回流至由兩層不同填埋齡的垃圾（上層為9年填埋垃圾，下層為45年填埋垃圾）組成的模擬垃圾填埋體進(jìn)行反硝化脫氮處理。結(jié)果表明[9]：好氧濾池在氨氮負(fù)荷為100~125 mg/L·d時(shí)，硝化效率在90%以上，且進(jìn)水中有機(jī)物濃度提高時(shí)，對(duì)硝化效率無影響；只是當(dāng)COD去除率提高到80%時(shí)，硝化過程中有10%-30%的氮因以NH3形式揮發(fā)和被同化為生物體部分而損失；反硝化階段，在TON（Total oxidised nitrogen）負(fù)荷為3.8 g/t·TSwaste·d時(shí)，其去除率在35%-71%之間，且不影響滲濾液的產(chǎn)甲烷作用。根據(jù)Burton等報(bào)道[10]，以KNO3形式加入500~1000 mg/L的NO3－到產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，NO3－完全被反硝化，其負(fù)荷甚至可達(dá)3.8g/t·TSwaste·d。何若[11]等通過實(shí)驗(yàn)室模擬兩相垃圾填埋場(chǎng)（即傳統(tǒng)填埋場(chǎng)+產(chǎn)甲烷反應(yīng)器），以對(duì)填埋場(chǎng)上層間歇曝氧，營造填埋場(chǎng)內(nèi)好氧、缺氧、厭氧的生物空間環(huán)境，強(qiáng)化其中的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌生長（NBL）和將產(chǎn)甲烷反應(yīng)器出水再經(jīng)ALSB好氧處理（OBL）后回灌至垃圾填埋場(chǎng)兩種方式對(duì)其脫氮效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：相較于單純的兩相厭氧填埋場(chǎng)，兩種方式都取得了更好的脫氮效果，其中以O(shè)BL運(yùn)行方式脫氮效果最佳。郭東輝等[12]研究了將滲濾液用SBR法好氧處理后再進(jìn)行回灌的滲濾中氨氮的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)：滲濾液中氨氮濃度大大降低，且回灌能顯著加速填埋場(chǎng)內(nèi)含氮物質(zhì)的水解。于曉華等[13]等研究了填埋層空氣狀況對(duì)滲濾液中氨氮成分變化的影響，發(fā)現(xiàn)向填埋場(chǎng)供給少量空氣，可以緩解滲濾液氨氮難以處理的困難，特別是利用填埋層與環(huán)境溫差，可以強(qiáng)化空氣通過集氣管、集水管與外界大氣的對(duì)流，擴(kuò)大填埋層中的好氧區(qū)域，更有利于垃圾和滲濾液中氨氮去除。此外，Pohland等[14]在填埋場(chǎng)的脫氮運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)填埋場(chǎng)中最初的易降解有機(jī)物質(zhì)降解以后，為填埋場(chǎng)中自養(yǎng)反硝化細(xì)菌提供了良好的生存條件，促進(jìn)了自養(yǎng)反硝化細(xì)菌的增長，這些細(xì)菌能利用硫化合物中的氧化態(tài)硫作為電子供體，進(jìn)行反硝化作用，使得自養(yǎng)反硝化速率由15%增加到55%，而NO3-完全轉(zhuǎn)化為N2，該結(jié)果對(duì)于低C/N比的滲濾液在填埋場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行原位脫氮具有重要意義。
4 滲濾液中氨氮原位處理研究中存在的問題
填埋場(chǎng)滲濾液原位脫氮研究還處于起步階段，有許多問題還有待進(jìn)一步研究，主要是 pH值、有機(jī)物濃度對(duì)硝化作用的影響： 硝化作用是在硝化細(xì)菌作用下進(jìn)行的。由于硝化細(xì)菌對(duì)酸性環(huán)境比較敏感，一般在堿性環(huán)境中能良好增長。
