有效微生物菌剂对垃圾渗透液的处理研究文档格式.docx
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Abstract
Thepurposeofthispaperthroughstudyofgarbageleachatetreatmentprocessofpollutantremovalefficiencytobetterprocessingconditions.Throughthesinglefactorexperiment,Todeterminethescopeoftheeachinfluencefactors,then,Todeterminetheoptimalprocessingconditionsbytheorthogonalexperiment.Theexperimentalresultsshowthat：
（1）BacteriumagentofwasteleachatepollutantsremovaleffectisbestwhentheEMbacteriaagentontheproportionbetween5/10000and1/1000.TheremovalrateofCODandBODisbigger.Theprocessingtimeofinfluencewasteleachatepollutantsremovaleffectisevidentintheprophaseoftheofprocessing.Twodayslater,thedifferenceisnotobvious.Whenthephvalueatstrongacidoralkali,thepollutantsremovalrateisnotobvious.Whenthephvalueataround8,thetreatmenteffectisgood.intherangeof20℃to30℃,thetreatmenteffectisbest.
（2）thebestoperatingconditions:
5/10000inoculationquantity,48hreactiontime，waterpHvalueof8.5,reactiontemperature30℃.
Theresultsshowthattheapplicationofmicrobialagentscansignificantlyreducetheorganicpollutantsinlandfillleachate,achievebetterremovaleffect.
Keywords:
effectivemicrobialagentsgarbageleachateCODBOD
目录
摘要I
AbstractII
目录III
第一章文献综述1
1.1渗滤液的产生、危害及存在问题1
1.1.1研究背景、目的和意义1
1.1.2渗滤液的产生及组成2
1.1.3渗滤液的危害及主要问题3
1.2微生物菌剂的发展状况4
1.2.1微生物菌剂国外的发展状况4
1.2.2微生物菌剂的国内研究5
1.2.3微生物菌剂存在的问题6
1.2.4微生物菌剂的应用6
1.3渗滤液处理技术的现状及发展趋势9
1.3.1渗滤液处理技术的现状9
1.3.2渗滤液处理技术的发展趋势12
1.4EM菌剂13
1.4.1EM菌剂的概念、提出背景13
1.4.2EM菌剂的主要成分13
1.5实验的目的和意义15
第二章实验部分16
2.1实验材料和方法16
2.1.1实验材料16
2.1.2实验方法17
2.2EM菌剂处理渗滤液条件的优化18
2.2.1单因素实验和实验数据18
2.2.1.1接种量的影响18
2.2.1.2反应时间的影响19
2.2.1.3pH的影响19
2.2.1.4反应温度的影响20
2.2.2正交实验的设计和操作20
2.2.2.1正交实验的设计20
2.2.2.2正交实验的操作21
第三章结果分析与讨论22
3.1单因素实验结果分析与讨论22
3.2正交实验结果分析与讨论26
3.3处理效果的验证实验28
3.4实验结论29
致谢30
参考文献31
第一章文献综述
1.1渗滤液的产生、危害及存在问题
1.1.1研究背景、目的和意义
我国城市化进程随经济的高速发展而不断加快。
据国家统计局的统计数字，中国的城市化率已从1999年的30.90%递增至2013年的53.37%，约7.3亿人居住在城镇中。
城市垃圾的增长同城市化率呈正相关关系，目前我国城市垃圾年产生量已超过2.06亿t，今后还将以每年8%-10%的速度递增，估计2015年将达到2.5亿t。
少数城市（如北京）的垃圾增长率甚至可达15%-25%。
当前，我国城市生活垃圾采用填埋、堆肥和焚烧等方式处置，总处理率不高，未能处理垃圾的堆存量依然庞大。
据统计，全国有400多座城市（占全国城市总数2/3）处于垃圾的包围中，严重威胁着城市及城郊居民的生活环境和健康。
表1-1部分欧美国家垃圾处理方法所占的比例（%）[1]
处理方法英国法国荷兰瑞士意大利美国▲奥地利
卫生填埋法85706134869565
焚烧法1520235313524
堆肥法101613111
▲摘自《国外城市固体废弃物》
卫生填埋法是目前应用最普遍的垃圾处理技术，它是在古老的垃圾简易填埋技术基础上发展起来的，与其它方法相比较，卫生填埋具有技术可靠、工艺简单、管理方便、投资省、运行费用低、适用范围广、对垃圾成分无严格要求、可作最终处置等一系列优点，能较有效地达到垃圾无害化处理的目的。
缺点是占地面积大、垃圾渗滤液容易造成二次污染。
因而它已成为许多国家最主要的一种垃圾处置手段[2]。
以美国为例，尽管填埋场数量有所减少，但填埋量仍保持在相当高的水平（2000年用于填埋1.283亿t，占垃圾总产量的55.3%），并且大多数州都以卫生填埋作为主要的垃圾处置方式[3]。
我国早期的垃圾填埋场多为简易堆场，没有良好的防渗设施、清污分流设施、沼气导出设施和压实、灭菌设施等，产生的渗滤液对周围环境造成了很大污染。
大约从上世纪80年代开始，卫生填埋法被国内外广泛采用，因它构筑简单、建设和运行费用低、环境保护措施比较完善，很快成为我国垃圾填埋的首选方式。
20世纪90年代初建成的一些垃圾填埋场，如广州大田山、杭州天子岭、上海老港等基本达到了卫生填埋的技术要求。
在今后相当长的时间内，卫生填埋技术依然是我国垃圾处理的主流技术。
然而，无论是早期的简易填埋还是现在的卫生填埋，垃圾渗滤液的产生和处理仍是困扰人们的一个难题[4]。
据统计，全世界有70%的城市生活垃圾采用填埋处置。
尽管填埋技术已由过去开放的、无控制的、随意的垃圾场向运用高工程技术，以减少或消除废物对周围环境存在的不利影响方向发展，但仍然不可避免的会产生污染性很强的渗滤液[5]。
因此，填埋场渗滤液处理技术的研究就显得非常必要和迫切。
重庆市及三峡库区已经修建了十余座垃圾填埋场，大多数填埋场的渗滤液依托污水处理厂处理，单独处理渗滤液的问题一直未能得到很好的解决，同时可生化性较差的渗滤液对城市污水厂的正常运行也有不利影响。
如重庆长生桥垃圾填埋场、云阳垃圾填埋场等，需高昂代价部分运输至污水厂处理，部分用膜技术处理。
库区尚有众多已关闭的老垃圾场，但渗滤液一直存在继续污染现象。
因此，重庆市垃圾渗滤液污染问题亟待解决。
微生物技术应用于生活污水、有机废水等方面的已有较多研究，而将其应用于填埋场的渗滤液，尤其是对高氨氮渗滤液的处理并还鲜见报道。
本论文旨在复合微生物处理垃圾渗滤液的技术研究，探讨处理渗滤液的控制条件、处理效果，为复合微生物的实践应用提供理论支持。
1.1.2渗滤液的产生及组成
垃圾渗滤液，又称渗沥水或浸出液，是指垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水的淋溶、冲刷，以及地表水和地下水的浸泡而过滤出来的污水[12]。
在垃圾填埋过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋等产生多种代谢物质，形成高浓度的有机废液，即垃圾渗滤液。
它是垃圾填埋过程中产生二次污染的主要因素之一[6]。
若渗滤液处理不当，不仅会污染土壤和地表水源，甚至会污染地下水，但渗滤液水质水量变化的复杂性使得现有技术对渗滤液的治理具有相当大的难度[7]。
渗滤液是经过一系列复杂的生物、化学及物理过程产生的，其产生的主要来源[8]：
（1）降水的渗入。
降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源；
（2）外部地表水的流入，包括地表径流和地表灌溉；
（3）地下水的渗入；
（4）垃圾本身含有的水分；
（5）垃圾中有机物经微生物的降解作用转化而产生的水分。
垃圾在堆放、填埋处理过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋及地下水的浸泡，会产生多种代谢产物和水分，形成渗滤液。
垃圾渗滤液性质的变化受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾体内温度、垃圾填埋时间、填埋规律、填埋工艺、降雨渗透量、填埋场的气候条件、水文地质条件[9]等因素的影响，尤其是降雨量和填埋时间的影响[10]。
渗滤液组分相当复杂（表1-2），且在一个相对大的范围内变动[11]。
虽然渗滤液的水质因填埋垃圾的种类、成分、填埋规模、填埋工艺、填埋时间以及季节的不同而异，但一般都属于含有高浓度悬浮物和高浓度有机物的废水，成分复杂，对填埋场周围的地面水、地下水构成了潜在的威胁。
因此，控制污染物的污染对治理垃圾渗滤液是至关重要的[12]。
表1-2渗滤液中部分污染物的组成及浓度变化
组分变化范围组分变化范围
（mg/L）（mg/L）
COD100-90000NH4+-N6-10000
BOD40-73000VFA10-1702
TOC265-8280NO3—,NO2—0.2-124
TS0-59200TP0-125
SS10-7000pH5-8.6
1.1.3渗滤液的危害及主要问题
垃圾渗滤液含有大量难生化降解的有机物，是世界公认的最难处理的高浓度有机废水之一，其特点是污染物成分繁多且极其复杂、浓度高及性质变化大，且含有大量具有难生物降解性、金属含量高、生物累积性和三致效应的有毒有机污染物，其处理的难度很大[13]，已成为严重污染土壤、地表水和地下水的重要因素之一[14]。
若不妥善处理，会对周围环境和地下水造成严重污染[15]，污染将持续几十年甚至上百年之久。
垃圾渗滤液主要存在以下危害[16]：
1重金属的危害
垃圾渗滤液中重金属污染物主要有Cd、Hg、Cr、As和Pb。
它们对人体危害表现为：
Cd能引起人“骨痛病”；
Hg能损害人体神经系统、肾脏等；
Cr主要有Cr6+和Cr3+，其中Cr6+毒性是Cr3+的100多倍，对中枢神经有毒害作用；
As中毒则表现为肝、胃炎症，指甲病变等；
Pb在人体组织中积聚，会影响神经的正常功能。
2有机化合物污染
由于垃圾的成分复杂，产生的渗滤液中含有种类繁多的高浓度有机污染物，它们当中许多属于“三致”物质，严重威胁人类的健康。
③微生物污染
垃圾渗滤液中的蛋白质、碳水化合物、油脂等有机物为各种病菌、细菌、病毒等的繁殖创造了有利条件，造成地下水微生物数量严重超标，从而使水质进一步恶化。
④阴离子污染
垃圾渗滤液中含有一定量的NO2-和NO3-。
NO2-对人体的最大危害在于引发癌症，NO3-虽对人体无直接危害，但可通过其它方式转化为NO2-，进而间接对人体产生危害。
渗滤液一旦进入外部环境，就会对周围水体、土壤、大气等多方面造成严重污染和巨大危害，而且污染持续时间长，易引起二次污染[17]。
因此，垃圾渗滤液的无害化处理迫在眉睫，已成为制约垃圾卫生填埋处理的关键因素之一。
根据张兰英[18]等人的研究结果，在几十种检测到的有机物中，被我国和美国EPA列入优先控制污染物黑名单中的就有22种。
因而，渗滤液污染的控制成为填埋场运行的关键问题。
渗滤液是世界上公认的污染威胁大、性质复杂、难于处理的高浓度有机废水，具有COD和氨氮含量高、色度高且恶臭、C/N比例失调等特点[19]，任意排放会严重污染地下水和地表水体。
因此，从填埋场的运行到封场后管理，都需要对渗滤液的产生进行有效控制，对排出的渗滤液进行妥善处理。
由于许多因素的影响，不同的填埋场的水质存在很大的不同，适合某一种渗滤液处理方法不一定适合别的渗滤液处理。
目前，我国垃圾填埋场渗滤液处理存在如下问题[20]：
（1）进填埋场填埋的垃圾没进行分类或分类不充分、不系统；
（2）填埋场不具备完善的渗滤液收排系统；
（3）处理渗滤液投资大、运行费用高；
（4）渗滤液的水质和水量在不同季节、不同填埋时段波动很大，经常需要随季节以及填埋阶段的不同对处理工艺进行改建或调整运行参数[21]。
1.2微生物菌剂的发展状况
1.2.1微生物菌剂国外的发展状况
在过去很长一段时间里，根瘤菌是微生物肥料使用的主要菌剂，直到现在，根瘤菌依然是最重要的接种剂。
世界上最早的微生物肥料是1895年德国推出的“Nitragin”根瘤菌接种剂，在此之后微生物肥料发展很快，到20世纪30、40年代美国、澳大利亚、英国等国家都有了根瘤菌接种剂产业，目前至少有70多个国家有自己的微生物肥料生产企业、产品技术标准和质量监督体系。
随着化肥与环境间问题的出现，以及无公害农业的发展，生物肥料在最近20多年里发展较快，研究领域不断拓宽，溶磷、解钾等微生物肥料新产品不断问世。
尤其PGPR的促生防病研究成为近10年研究热点，在复合菌剂应用方面，加拿大研制出“根瘤菌+PGPR”复合菌剂及巴西的PGPR制剂已广泛应用于小麦、玉米等作物上。
1.2.2微生物菌剂的国内研究
我国微生物肥料的研究、生产和应用已有近50年的历史，发展曾几起几落。
20世纪60、70年代微生物肥料的研究与生产发展较快，60年代“5046”抗生菌肥是具有抗病、促生、营养等复合功能的微生物肥料。
据1975年统计，全国使用“5046”抗生菌肥面积达上亿亩，在粮豆、果蔬等作物上都有应用。
根瘤菌接种剂在70年代曾对我国农业生产起到过非常重要的作用，但之后发展不快。
但近20年来，随着生物技术的不断发展，在利用生物技术构建高效-T程菌、PGPR制剂等方面的研究取得了重要进展，为我国微生物肥料的研究与开发打开了新局面，且微生物肥料的研究与应用也有了很大的发展，主要技术趋势如下：
1）、微生物肥料的品种类型不断增加，PGPR是研究热点。
我们知道根瘤菌肥料已经广泛应用于各类豆科作物和牧草。
随着微生物肥料的进一步发展使用，所用的接种剂种类也在不断扩大，目前所用的菌种已不仅限于根瘤菌，其所用菌种多达80多种，其中包括细菌、真菌、放线菌等；
这也大大拓宽了产品的用途，现在的微生物肥料有溶磷、解钾、促生、防病、秸杆腐熟等各种类型。
其中，PGPR以其具有营养、促生、防病、降解土壤污染物等多项功能，而成为当前微生物肥料研究的热点。
此外，发达国家还重点致力于筛选和利用生物技术构建高效菌株，研制多功能的新型复合微生物肥料。
2）、加强对微生物肥料应用基础的研究。
微生物肥料的作用效果受多种因素和条件制约，如微生物和宿主之间的关系、品种专性和广谱性的作用机制、肥料微生物进入土壤后发挥作用的环境条件和制约因素等，研究这些对微生物肥料发展及应用效果十分重要。
随着微生物肥料应用领域的不断扩大，应用基础的研究显得越来越重要。
3）、生物技术在菌株筛选中发挥重要作用。
利用分子生物学技术，、对微生物肥料资源进行遗传性状分析、基因克隆；
利用基因工程技术改良和构建高效功能菌株，在发达国家研究已有很大进展，这些技术将在以后的发展研究中起关键作用。
4）、构建多功能组合菌群的肥料。
过去，为了适应不同的栽培及应用条件，微生物肥料的剂型除以草炭为载体的粉剂外，还有液体剂型、冻干剂型、矿油封面剂型、颗粒剂型等。
此外，粘着剂、提高接种效果的营养添加剂等技术也在不断发展。
目前，研制多功能菌株联合微生物肥料是今后的一个主要发展趋势，如“根瘤菌”复合菌肥。
但是联合菌群的应用是一个比较复杂的问题，只有在深入了解有关微生物特性的基础上，利用载体、剂型、工艺等多个技术手段，巧妙组合，才能使联合菌群发挥互惠、协同作用。
这需要相当长时间的探索和研究。
1.2.3微生物菌剂存在的问题
特定条件下的营养成分、离子强度、培养温度、ph值等不是对混合菌种都是最适的生长条件，这就导致各种菌种的生长速率不相同。
在不断的生长、繁殖过程中。
混合菌群的种群、菌种配合的比例随生长速率的不相同而发生变化，经多次繁殖后，必定以最适生长的菌种为优势菌种，某些菌种由于生长条件的限制，造成混合菌群各菌种比例失调而影响应用的效果[22].这样，各国在开发和应用复合微生物菌剂都存在一些问题：
（1）菌种问题难以解决，目前还没有一个研究单位或企业报道已解决了菌种的提纯和驯化问题；
（2）单因子实验多，综合研究的少[23]；
（3）应用效果研究多，但对大多混合菌系中菌间相互关系和作用机制的研究不够深入；
（4）复合微生物菌剂的稳定性不强，易受环境影响，菌体结构或因新的微生物的介入导致复合微生物制剂的群体优势被改变。
复合微生物制剂是各种微生物按任一比例混合培养，然后在特定环境条件下，采取优胜劣汰，最终达到一个平衡生态系统，形成最优化比例，能够在整个生态系统中有最优表现的复合微生物群落。
但是实际的应用环境都是复杂多变的，一旦环境发生变化就会导致某些微生物死亡或因新的微生物的介入导致复合微生物制剂的群体优势被改变，从而会降低复合微生物制剂的稳定性，影响应用的效果；
另一方面，不同的应用领域，投加的菌种应有区别即使菌种相同也应有不同的最优化混合比，因此给复合微生物制剂的开发带来一定的难度。
1.2.4微生物菌剂的应用
（1）微生物菌剂在污水处理中的应用：
随着我国城市化速度的加快，城市生活污水的比例高达70%以上，人们日常生活生产的污水主要含一些无毒有机物，如糖类、淀粉、油脂蛋白和尿素等，其中含氮、磷等植物营养元素较高。
在一定的时间和空间范围内，这些污染物质大量排入天然水体并超过水体的自净能力，导致水体富营养化。
进入水体的各种有机质是需氧菌大量繁殖，消耗溶解氧；
也使得藻类及其他水生植物异常繁殖，引起水体透明度降低，溶解氧减少直至为零。
此时，需氧菌大量繁殖继而分解，产生硫化氢、硫酸等物质，使水质恶化、水体的功能退化、生态结构破坏，这将会对我们所生存的环境产生长远的，无法顾及的影响。
利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动，将污水中的有机物分解，从而达到净化污水的目的。
微生物能从污水中摄取糖，蛋白质，脂肪，淀粉及其他有机化合物作为微生物的营养物质，经过一系列的酶促反应，这些有机物在微生物体内得到分解利用，有些合成微生物自身的结构和功能物质，有些则为微生物提供所需的能量。
微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种，因此，污水处理犯法分为好氧生物处理和厌氧生物处理。
好氧生物处理：
好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下，借好氧和兼性厌氧微生物（其中主要是好氧菌）的作用来进行的。
在处理过程中，绝大多数的有机物都能被相应的微生物氧化分解。
整个好氧分解过程可分为两个阶段。
第一阶段，主要是有机物被转化为CO2、H2O、NH3等；
第二阶段，主要是NH3转化为NO2和NO3。
用好氧法处理污水，基本上没有臭气，处理所需的时间比较短，如果条件适宜，一般可去除BOD580～90%以上。
根据处理构筑物的不同，好氧生物处理的方法可分为活性污泥法、生物膜法、氧化塘等。
其中活性污泥法和生物膜法应用最广泛。
厌氧生物处理：
套氧生物处理是在无氧的条件下，借厌氧和兼性厌氧微生物（其中主要是厌氧菌）的作用来分解污水中有机物的，也称厌氧消化或厌氧发酵。
第一阶段，复杂有机物如纤维素、蛋白质、脂肪等在微生物作用下降解为简单的有机物如粮类、有机酸、醇等，是水解、发酵阶段；
第二阶段，由产氢产乙酸细菌群将有机酸等转化成乙酸、H2及CO2，为产氢产乙酸阶段；
第三阶段，在产甲烷细菌作用下将乙酸（包括甲酸）、CO2、H2转化为CH4，是产甲烷阶段。
厌氧生物处理主要应用于有机污泥和高浓度有机污水的处理。
由于是密闭发酵，所以在处理过程中不影响周围环境；
同时隔绝空气又加以高温发酵，可以钉死寄生虫卵和致病菌；
并且可以产生生物能源甲烷。
因此厌氧消化法近年来渐渐受到重视，但由于所需时间长，对设备要求严格，因而影响其迅速推广。
从目前国内的研究进展我们可以看出，污水中的微生物的研究在很多方面都取得了不错的进展。
同时由于污水环境的多样和复杂性，有造成了微生物的多样性，在污水这一特殊的环境领域微生物的研究还有很大的潜力。
（2）微生物菌剂在生物脱臭方面的应用：
近年来，我国畜禽养殖发展迅猛，但畜牧业产生的排泄废物已经成为重要的环境污染源，产生的大量恶臭气体也成为7种典型的环境公害之一。
恶臭气体不仅污染空气，对生态环境造成影响，而且有毒有害，会导致人畜疾病的传播，影响周围居民的生活和畜禽的健康生长。
臭气的物质种类繁多，影响范围大，长期受到恶臭的持续作用会使人烦躁、忧郁、失眠、注意力不集中、记忆减退，从而使学习和工作效率降低。
微生物除臭原理：
生物除臭法是利用微生物将恶臭气体中的有机污染物降解或转化为无害或低害物质的过程。
已知恶臭气体的成分大都是胺类、醛类、酮类以及脂肪族的、芳香族的氮或硫化物，带有活性基团的这些物质被液体吸收后，特别容易被生物氧化，当活性基团被氧化后，恶臭气味就会消失。
一般认为这就是生物除臭工艺的基本原理。
微生物除臭是多种微生物共同作用的结果。
多种微生物共同作用更有利于吸收、分解产生的SO2、H2S、CH4等具恶臭味的有害气体。
同时,这些微生物又可以产生无机酸,形成不利于腐败微生物生活的酸性环境,并从根本上降解分解时产生恶臭气体
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