上世紀90年代以前，由于我國城市垃圾處理能力有限，生活垃圾直接采用傾倒或簡單填埋。目前全國范圍內(nèi)規(guī)模性的非正規(guī)垃圾填埋場已超3000座，不僅占用大量土地資源，而且垃圾中的有害成分易被滲濾液浸出，并隨著滲濾液在堆體內(nèi)發(fā)生遷移，造成周邊土壤及地下水污染。因此，對其進行穩(wěn)定化無害處理恢復綠色健康的城市環(huán)境迫在眉睫。

目前，常見的非正規(guī)垃圾填埋場治理技術(shù)包括：原位封場技術(shù)、整體搬遷減量技術(shù)、好氧穩(wěn)定化技術(shù)及開采篩分技術(shù)。其中好氧穩(wěn)定化治理技術(shù)由于可以加速微生物對垃圾中可生物降解有機物的分解，并且實現(xiàn)溫室氣體減排，因此在非正規(guī)垃圾場治理中備受關(guān)注。生物強化技術(shù)是在好氧穩(wěn)定化技術(shù)的基礎(chǔ)上向自然菌群中投加單一優(yōu)勢菌種或復合高效菌種，由于復合過程中微生物之間相互作用，充分發(fā)揮協(xié)同增效作用，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能更強的微生物菌群，因此可以提高傳統(tǒng)處理系統(tǒng)的降解能力。

微生物絮凝劑可降低滲濾液中有機物的濃度，COD去除率可以達到80%以上。纖維素降解菌群、滲濾液COD降解菌群、絮凝劑產(chǎn)生菌群構(gòu)成的復合菌系協(xié)同作用明顯，能有效激活原填埋體系中土著微生物的活性，對減少滲濾液產(chǎn)量、降低COD和氨氮濃度效果較好。目前對于復合菌劑的研究大多集中在滲濾液污染物處理方面，對其促進填埋垃圾穩(wěn)定化進程的研究較少，尤其是在實際的工程應用中。本研究在溫州市某非正規(guī)填埋場中引入纖維素降解菌、高效木質(zhì)素降解菌、COD降解菌、微生物絮凝劑產(chǎn)生菌和脫氨除臭菌等功能菌菌株混合培養(yǎng)后得到復合功能菌劑，進行原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)的中試研究，定期評價該技術(shù)對填埋場穩(wěn)定化的處理效果，并與好氧穩(wěn)定化治理的結(jié)果進行對比。研究成果可為非正規(guī)填埋場治理方案的優(yōu)化提供技術(shù)支持，對非正規(guī)填埋場的治理具有重要意義。

1、材料與方法

1.1 溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場研究區(qū)概況

溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場經(jīng)現(xiàn)場勘察及取樣檢測，填埋場占地面積約100612.93m2，南北長200m，東西寬430m，填埋垃圾約1.7×106m3，最高堆填深度24m，平均填埋深度15m；垃圾堆體內(nèi)有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為30%~52%，CH4體積分數(shù)為15.00%~31.14%。在堆體填埋較為平整的區(qū)域選取1000m2作為中試區(qū)域，該區(qū)域填埋垃圾均為生活垃圾，填埋時間大于10年，填埋深度均在13~18m內(nèi)。在填埋場中采取阻隔技術(shù)，對照區(qū)域為500m2好氧穩(wěn)定化治理區(qū)域，實驗區(qū)域為500m2添加復合菌劑結(jié)合好氧穩(wěn)定化治理區(qū)域。

1.2 復合菌劑的制備

本研究供試菌種來源于溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場的滲濾液樣品，經(jīng)進一步篩選后得到功能菌。具體過程先分離菌種，將滲濾液用無菌水稀釋成稀釋倍數(shù)分別為10、102、103、104、105、106的系列菌懸液后，各取0.2mL分別接種到20mL的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基中，于30℃、200r·min−1的搖床上進行培養(yǎng)，第2、4、6d時得到混合菌液。采用形態(tài)學和生理生化實驗，參照《伯杰細菌手冊》(第八版)進行鑒定，經(jīng)菌株基因組提取、提取基因組的PCR擴增、PCR產(chǎn)物的測序的分子鑒定方法鑒定出高效木質(zhì)素降解菌及脫氨除臭菌菌種；剛果紅鑒定培養(yǎng)基進行纖維素降解菌的識別；通過采用重鉻酸鉀法測定COD，選取降解能力強的優(yōu)勢COD降解菌；根據(jù)發(fā)酵液的絮凝活性確定高產(chǎn)絮凝菌株。

1)功能菌的拮抗研究。

將篩選出的纖維素降解菌、高效木質(zhì)素降解菌、COD降解菌、高產(chǎn)絮凝菌、脫氨除臭菌兩兩進行拮抗實驗，以接種針挑取少量菌懸液，接種至固體LB培養(yǎng)基平板中，同時將另一種以同樣的方法點接至該菌種相鄰位置，設(shè)置3個平行試驗，于37℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)12~24h，觀察2株菌種是否存在明顯的無菌帶，若存在則表明2菌種之間存在拮抗作用，否則無拮抗作用。

2)復合菌劑修復效果評估。

各菌種生長穩(wěn)定后，混合得到菌種的復合培養(yǎng)物，調(diào)節(jié)菌懸液的濁度OD600為0.8左右，制成復合微生物菌劑備用，滲濾液回灌量根據(jù)垃圾堆體濕度變化而變化，將活化后的菌懸液按回灌液的2%~4%的量，采用回灌的方式，將其添加至實驗區(qū)域中，回灌頻率為每周2次，以添加等體積自來水至對照區(qū)域。通過復合菌劑對填埋場中填埋垃圾、滲濾液和臭氣去除的效果，最終驗證生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)的治理效果。

1.3 原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)系統(tǒng)組成

原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)處理系統(tǒng)由氣體系統(tǒng)、液體系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)組成。其中氣體系統(tǒng)包括空氣注入系統(tǒng)、填埋氣抽出系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)；液體系統(tǒng)包括滲濾液抽提系統(tǒng)、滲濾液回灌系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)。系統(tǒng)運行過程中氣體系統(tǒng)和液體系統(tǒng)會對垃圾堆體產(chǎn)生主要作用。垃圾堆體的情況主要由監(jiān)測系統(tǒng)通過壓力、流量、堆體沉降、氣體成分、滲濾液成分等指標來體現(xiàn)。溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場原位生物強化好氧穩(wěn)定化治理技術(shù)系統(tǒng)見圖1。

1)氣體與液體系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計。

氣體系統(tǒng)是填埋場好氧穩(wěn)定化治理工藝系統(tǒng)中的重要組成部分，主要包含注氣系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)以及相應的控制系統(tǒng)。根據(jù)填埋場現(xiàn)場情況對照區(qū)域和實驗區(qū)域各設(shè)置2眼注汽井，好氧反應器抽出的氣體量大約為11000m3·h−1，由于氣量波動，實驗區(qū)域與對照區(qū)域各采用1套處理能力為12000m3·h−1的末端除臭設(shè)備，除臭系統(tǒng)采用化學酸洗+化學堿洗+惡臭氣體處理成套設(shè)備(植物液洗滌+植物液氣相吸收+氣霧分離組合)工藝。液體系統(tǒng)主要由滲濾液收集系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)以及相應的控制系統(tǒng)組成，根據(jù)實際情況進行參數(shù)設(shè)置。

2)監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計。

溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場研究區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括地表沉降監(jiān)測、垃圾氣體檢測系統(tǒng)、地下水檢測系統(tǒng)3個部分。通過監(jiān)測好氧穩(wěn)定化治理前、治理過程中垃圾堆體沉降、滲濾液、填埋氣等變化情況，來綜合判斷修復治理效果。

①地表沉降監(jiān)測系統(tǒng)：由沉降觀測點組成，對照區(qū)域和實驗區(qū)域各設(shè)置2處沉降觀測點。

②填埋氣體監(jiān)測：本方案利用抽氣井和綜合監(jiān)測井進行氣體監(jiān)測。每4眼抽氣井設(shè)置1個DN10球閥作為氣體采樣口，共設(shè)置2個。每個綜合監(jiān)測井設(shè)置1個氣體采樣口，共設(shè)置2個。

③地下水監(jiān)測系統(tǒng)：本系統(tǒng)由地下水監(jiān)測井組成。對照區(qū)域和實驗區(qū)域各選擇了1處作為地下水的監(jiān)測點，定期監(jiān)測垃圾滲濾液對地下水的影響情況。

④氣象監(jiān)測站：設(shè)計1套多功能氣象監(jiān)測站，用于記錄天氣條件，包括溫度、風速、雨量等。

1.4 原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)治理監(jiān)測方案

在原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)治理前、治理過程中及治理后監(jiān)測各項指標，并將場地分為對照區(qū)域和實驗區(qū)域進行相關(guān)指標監(jiān)測來評評價原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)的修復效果。

1)監(jiān)測指標與頻率。

溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場治理系統(tǒng)運行12個月，前3個月為試運行期，后9個月為穩(wěn)定運行期。需要監(jiān)測沉降、有機質(zhì)、填埋氣體成分、滲濾液成分等，詳細監(jiān)測參數(shù)、監(jiān)測頻率、監(jiān)測方式和參考標準見表1。

2、結(jié)果與討論

利用復合功能菌劑形成生物強化好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)，應用于溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場，對比好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)治理下的有機質(zhì)、填埋氣體成分、滲濾液成分等指標，驗證原位生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)對非正規(guī)垃圾填埋場的治理效果。

2.1 復合功能菌劑培養(yǎng)結(jié)果

經(jīng)篩選、分離和鑒定后獲得纖維素降解菌、高效木質(zhì)素降解菌、COD降解菌、微生物絮凝劑產(chǎn)生菌和脫氨除臭菌等功能菌的菌株，將各功能菌種兩兩進行拮抗試驗后，得出各功能菌種之間均無拮抗作用。因此，由各株高效功能菌種等體積混合培養(yǎng)后得到復合功能菌劑，各功能菌種具有協(xié)同作用，復合功能菌劑具有綜合治理效果。

2.2 填埋垃圾堆體沉降特征

垃圾堆體的沉降情況是反映好氧穩(wěn)定化治理效果的重要指標，在對照區(qū)域與實驗區(qū)域內(nèi)各設(shè)置了2個沉降監(jiān)測點，根據(jù)監(jiān)測點的測量，運行期對照區(qū)域2個沉降監(jiān)測點位平均沉降11.3cm，最大沉降量達25.7cm。實驗區(qū)域垃圾堆體沉降更為明顯，2個沉降監(jiān)測點位平均沉降17.4cm，最大沉降量達33.9cm，較對照區(qū)域高54.0%。唐建等通過模擬填埋場的實驗方法得到相同的結(jié)論，研究發(fā)現(xiàn)投加優(yōu)勢復合微生物菌劑后垃圾堆體沉降率為71.3%，對照組沉降率為63.0%，這充分說明了結(jié)合生物強化技術(shù)好氧治理對垃圾堆體的降解效果良好，故產(chǎn)生了如此明顯的沉降變化。

2.3 填埋垃圾有機質(zhì)特征

填埋垃圾中有機質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)反映垃圾的生物降解的程度。在好氧穩(wěn)定化運行之前，溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場垃圾有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)達到30%~52%，說明此時垃圾堆體整體含有較高的可生物降解成分。好氧穩(wěn)定化運行期間有機質(zhì)含量逐步降低，運行1年后，實驗區(qū)域與對照區(qū)域垃圾有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)均低于《生活垃圾填埋場穩(wěn)定化場地利用技術(shù)要求》(GB/T-25179-2010)規(guī)定的中度利用垃圾有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)要求的16%，達到治理目的。2區(qū)域?qū)Ρ葋砜�，實驗區(qū)域僅運行5個月便降解到15.7%，最終降至10.4%，接近高度利用要求，而對照區(qū)域運行10個月才降解至16%以下，實驗區(qū)域較對照區(qū)域低33.8%。邱忠平等在微生物菌劑對好氧填埋垃圾穩(wěn)定過程的影響研究中也發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑可以加速填埋垃圾有機質(zhì)的降解，至實驗結(jié)束時總有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較對照組低8.82%。這證明了原位好氧穩(wěn)定化技術(shù)結(jié)合生物強化技術(shù)在溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場的處理中取得了良好的修復效果。溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場原位生物強化好氧穩(wěn)定化運行過程中有機質(zhì)變化見圖2。

2.4 填埋氣體成分特征

填埋氣體的主要成分是CH4和O2。O2體積分數(shù)水平?jīng)Q定了垃圾場中好氧和厭氧微生物的活躍狀態(tài)，用來衡量有機物的分解效果。修復前CH4體積分數(shù)高，O2體積分數(shù)低。在溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場處理過程的第一階段(試運行前3個月)，實驗區(qū)域CH4體積分數(shù)在運行第3個月時顯著下降到4%左右，之后穩(wěn)定在1.5%左右，O2體積分數(shù)從0迅速上升到18%左右。對照區(qū)域CH4體積分數(shù)在運行第8個月時下降到5%以下，在第10個月時穩(wěn)定在2.1%左右，O2體積分數(shù)在運行第10個月時從0上升到18%左右。2種氣體在穩(wěn)定階段基本保持不變，整個運行系統(tǒng)都處于好氧狀態(tài)。通過2個區(qū)域之間的結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，在生物強化好氧穩(wěn)定化治理下，最終排放的CH4體積分數(shù)更低，較對照區(qū)域低28.6%，且穩(wěn)定時間縮短了5個月。馬先芮等發(fā)現(xiàn)瑞安東山垃圾填埋場好氧穩(wěn)定化系統(tǒng)運行14個月后，CH4濃度下降到5%以下，相較之下，溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場采用生物強化好氧穩(wěn)定化技術(shù)能更快促進穩(wěn)定化進程。溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場生物強化好氧穩(wěn)定化運行過程中填埋氣體成分變化見圖3。

2.5 滲濾液成分特征

溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場未處理的滲濾液pH范圍為7.7~8.3，呈弱堿性，COD和BOD值分別維持在2410和299mg·L−1。氨氮體積分數(shù)較高，屬于典型的填埋齡較高的垃圾填埋場，BOD/COD為0.12，比值低說明滲濾液中可生物降解的物質(zhì)含量低。

1)COD和BOD的變化。

對照區(qū)域COD值在好氧穩(wěn)定化系統(tǒng)運行10個月后下降到513mg·L−1，并達到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。實驗區(qū)域COD值隨著生物強化好氧過程發(fā)展3個月內(nèi)大幅度下降至523mg·L−1，之后在350mg·L−1左右小幅波動，較對照組低32.8%。對照區(qū)域在系統(tǒng)運行的整個過程中BOD值無較大差異，變化趨勢較穩(wěn)定，在300~320mg·L−1內(nèi)略有波動。實驗區(qū)域在運行第五個月后BOD值穩(wěn)步上升最終至453mg·L−1，較對照區(qū)域高47.5%。邱忠平等在相似的研究中發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑可加速有機垃圾的生物降解，降低填埋場COD的污染負荷，使整個填埋周期所產(chǎn)滲濾液COD的總量較對照組低20.2%。而滲濾液BOD值上升的現(xiàn)象也同樣出現(xiàn)在德國某垃圾填埋場好氧治理期間。這可能是由于投加復合菌劑后微生物生長快，且部分難降解的物質(zhì)隨著好氧穩(wěn)定化系統(tǒng)的運行而變成了易被降解的物質(zhì)，所以導致BOD值升高。由此可見，生物強化好氧穩(wěn)定化治理對降低垃圾填埋場滲濾液COD有較好的效果。溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場生物強化好氧穩(wěn)定化運行過程中滲濾液COD和BOD變化見圖4。

2)氨氮和硝態(tài)氮的變化。

對照區(qū)域測定結(jié)果顯示，隨著運行進程氨氮質(zhì)量濃度從運行初期的918mg·L−1在系統(tǒng)運行10個月后下降到357mg·L−1，然后在300~400mg·L−1波動。實驗區(qū)域氨氮質(zhì)量濃度從運行初期的918mg·L−1下降到240mg·L−1，之后趨于穩(wěn)定。相較之下，生物強化好氧穩(wěn)定化處理對降低垃圾滲濾液中的氨氮質(zhì)量濃度效果更好，較對照區(qū)域低32.7%。唐建等同樣發(fā)現(xiàn)投加優(yōu)勢復合微生物菌劑后氨氮質(zhì)量濃度比對照組氨氮質(zhì)量濃度低77.78mg·L−1，說明投加優(yōu)勢復合微生物菌劑有利于加快滲濾液中氨氮穩(wěn)定。而2個區(qū)域硝態(tài)氮質(zhì)量濃度的變化相對穩(wěn)定，對照區(qū)域在0~100mg·L−1波動，實驗區(qū)域在0~50mg·L−1波動。這與田立斌等在北京某垃圾填埋場好氧穩(wěn)定化降解過程中滲濾液硝態(tài)氮變化情況一致。由此可以得出生物強化好氧穩(wěn)定化處理對降低垃圾滲濾液中的氨氮質(zhì)量濃度效果更好，但對硝態(tài)氮的影響不明顯的結(jié)論。溫州市某非正規(guī)垃圾填埋場治理后滲濾液中氨氮和硝態(tài)氮變化見圖5。

3、結(jié)論

1)原位生物強化好氧穩(wěn)定化處理垃圾堆體沉降效果較好氧穩(wěn)定化處理效果好。

2)原位生物強化好氧穩(wěn)定化處理有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最終達到生活垃圾填埋場穩(wěn)定化場地利用的高度利用要求，較好氧穩(wěn)定化處理區(qū)域質(zhì)量分數(shù)低，且能夠提前5個月達到穩(wěn)定化。

3)原位生物強化好氧穩(wěn)定化處理下CH4的體積分數(shù)較好氧穩(wěn)定化處理的低，穩(wěn)定時間縮短了5個月，碳排放潛力減少，實現(xiàn)削減填埋場封場后溫室氣體無組織排放的效果。

4)原位生物強化好氧穩(wěn)定化處理下COD值較好氧穩(wěn)定化處理低，BOD值較好氧穩(wěn)定化處理高，有利于加快滲濾液中氨氮穩(wěn)定，對降低垃圾滲濾液中的氨氮質(zhì)量濃度效果更好，對硝態(tài)氮的影響不明顯。（來源：中科鼎實環(huán)境工程有限公司）