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。目前全國范圍內規模性的非正規垃圾填埋場已超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發生遷移，造成周邊土壤及地下水污染。因此，對其進行穩定化無害處理恢復綠色健康的城市環境迫在眉睫。
目前，常見的非正規垃圾填埋場治理技術包括：原位封場技術、整體搬遷減量技術、好氧穩定化技術及開采篩分技術。其中好氧穩定化治理技術由于可以加速微生物對垃圾中可生物降解有機物的分解，并且實現溫室氣體減排，因此在非正規垃圾場治理中備受關注。生物強化技術是在好氧穩定化技術的基礎上向自然菌群中投加單一優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，充分發揮協同增效作用，形成結構穩定、功能更強的微生物菌群，因此可以提高傳統處理系統的降解能力。
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、絮凝劑產生菌群構成的復合菌系協同作用明顯，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填埋場中引入纖維素降解菌、高效木質素降解菌、COD降解菌、微生物絮凝劑產生菌和脫氨除臭菌等功能菌菌株混合培養后得到復合功能菌劑，進行原位生物強化好氧穩定化技術的中試研究，定期評價該技術對填埋場穩定化的處理效果，并與好氧穩定化治理的結果進行對比。研究成果可為非正規填埋場治理方案的優化提供技術支持，對非正規填埋場的治理具有重要意義。
1、材料與方法
1.1 溫州市某非正規垃圾填埋場研究區概況
溫州市某非正規垃圾填埋場經現場勘察及取樣檢測，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；垃圾堆體內有機質質量分數為30%~52%，CH4體積分數為15.00%~31.14%。在堆體填埋較為平整的區域選取1000m2作為中試區域，該區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。在填埋場中采取阻隔技術，對照區域為500m2好氧穩定化治理區域，實驗區域為500m2添加復合菌劑結合好氧穩定化治理區域。
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垃圾填埋場的滲濾液樣品，經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基中，于30℃、200r·min−1的搖床上進行培養，第2、4、6d時得到混合菌液。采用形態學和生理生化實驗，參照《伯杰細菌手冊》(第八版)進行鑒定，經菌株基因組提取、提取基因組的PCR擴增、PCR產物的測序的分子鑒定方法鑒定出高效木質素降解菌及脫氨除臭菌菌種；剛果紅鑒定培養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勢COD降解菌；根據發酵液的絮凝活性確定高產絮凝菌株。
1)功能菌的拮抗研究。
將篩選出的纖維素降解菌、高效木質素降解菌、COD降解菌、高產絮凝菌、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，設置3個平行試驗，于37℃培養箱培養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。
各菌種生長穩定后，混合得到菌種的復合培養物，調節菌懸液的濁度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，將其添加至實驗區域中，回灌頻率為每周2次，以添加等體積自來水至對照區域。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定化技術的治理效果。
1.3 原位生物強化好氧穩定化技術系統組成
原位生物強化好氧穩定化技術處理系統由氣體系統、液體系統和檢測系統組成。其中氣體系統包括空氣注入系統、填埋氣抽出系統、尾氣吸收系統；液體系統包括滲濾液抽提系統、滲濾液回灌系統、滲濾液處理系統。系統運行過程中氣體系統和液體系統會對垃圾堆體產生主要作用。垃圾堆體的情況主要由監測系統通過壓力、流量、堆體沉降、氣體成分、滲濾液成分等指標來體現。溫州市某非正規垃圾填埋場原位生物強化好氧穩定化治理技術系統見圖1。
1)氣體與液體系統參數設計。
氣體系統是填埋場好氧穩定化治理工藝系統中的重要組成部分，主要包含注氣系統、抽氣系統、尾氣吸收系統以及相應的控制系統。根據填埋場現場情況對照區域和實驗區域各設置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，實驗區域與對照區域各采用1套處理能力為12000m3·h−1的末端除臭設備，除臭系統采用化學酸洗+化學堿洗+惡臭氣體處理成套設備(植物液洗滌+植物液氣相吸收+氣霧分離組合)工藝。液體系統主要由滲濾液收集系統、注水系統、滲濾液處理系統以及相應的控制系統組成，根據實際情況進行參數設置。
2)監測系統參數設計。
溫州市某非正規垃圾填埋場研究區的數據監測系統包括地表沉降監測、垃圾氣體檢測系統、地下水檢測系統3個部分。通過監測好氧穩定化治理前、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地表沉降監測系統：由沉降觀測點組成，對照區域和實驗區域各設置2處沉降觀測點。
②填埋氣體監測：本方案利用抽氣井和綜合監測井進行氣體監測。每4眼抽氣井設置1個DN10球閥作為氣體采樣口，共設置2個。每個綜合監測井設置1個氣體采樣口，共設置2個。
③地下水監測系統：本系統由地下水監測井組成。對照區域和實驗區域各選擇了1處作為地下水的監測點，定期監測垃圾滲濾液對地下水的影響情況。
④氣象監測站：設計1套多功能氣象監測站，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定化技術治理監測方案
在原位生物強化好氧穩定化技術治理前、治理過程中及治理后監測各項指標，并將場地分為對照區域和實驗區域進行相關指標監測來評評價原位生物強化好氧穩定化技術的修復效果。
1)監測指標與頻率。
溫州市某非正規垃圾填埋場治理系統運行12個月，前3個月為試運行期，后9個月為穩定運行期。需要監測沉降、有機質、填埋氣體成分、滲濾液成分等，詳細監測參數、監測頻率、監測方式和參考標準見表1。
2、結果與討論
利用復合功能菌劑形成生物強化好氧穩定化處理技術，應用于溫州市某非正規垃圾填埋場，對比好氧穩定化處理技術治理下的有機質、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定化技術對非正規垃圾填埋場的治理效果。
2.1 復合功能菌劑培養結果
經篩選、分離和鑒定后獲得纖維素降解菌、高效木質素降解菌、COD降解菌、微生物絮凝劑產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后得到復合功能菌劑，各功能菌種具有協同作用，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定化治理效果的重要指標，在對照區域與實驗區域內各設置了2個沉降監測點，根據監測點的測量，運行期對照區域2個沉降監測點位平均沉降11.3cm，最大沉降量達25.7cm。實驗區域垃圾堆體沉降更為明顯，2個沉降監測點位平均沉降17.4cm，最大沉降量達33.9cm，較對照區域高54.0%。唐建等通過模擬填埋場的實驗方法得到相同的結論，研究發現投加優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%，這充分說明了結合生物強化技術好氧治理對垃圾堆體的降解效果良好，故產生了如此明顯的沉降變化。
2.3 填埋垃圾有機質特征
填埋垃圾中有機質的質量分數反映垃圾的生物降解的程度。在好氧穩定化運行之前，溫州市某非正規垃圾填埋場垃圾有機質質量分數達到30%~52%，說明此時垃圾堆體整體含有較高的可生物降解成分。好氧穩定化運行期間有機質含量逐步降低，運行1年后，實驗區域與對照區域垃圾有機質質量分數均低于《生活垃圾填埋場穩定化場地利用技術要求》(GB/T-25179-2010)規定的中度利用垃圾有機質質量分數要求的16%，達到治理目的。2區域對比來看，實驗區域僅運行5個月便降解到15.7%，最終降至10.4%，接近高度利用要求，而對照區域運行10個月才降解至16%以下，實驗區域較對照區域低33.8%。邱忠平等在微生物菌劑對好氧填埋垃圾穩定過程的影響研究中也發現，微生物菌劑可以加速填埋垃圾有機質的降解，至實驗結束時總有機質質量分數較對照組低8.82%。這證明了原位好氧穩定化技術結合生物強化技術在溫州市某非正規垃圾填埋場的處理中取得了良好的修復效果。溫州市某非正規垃圾填埋場原位生物強化好氧穩定化運行過程中有機質變化見圖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體積分數水平決定了垃圾場中好氧和厭氧微生物的活躍狀態，用來衡量有機物的分解效果。修復前CH4體積分數高，O2體積分數低。在溫州市某非正規垃圾填埋場處理過程的第一階段(試運行前3個月)，實驗區域CH4體積分數在運行第3個月時顯著下降到4%左右，之后穩定在1.5%左右，O2體積分數從0迅速上升到18%左右。對照區域CH4體積分數在運行第8個月時下降到5%以下，在第10個月時穩定在2.1%左右，O2體積分數在運行第10個月時從0上升到18%左右。2種氣體在穩定階段基本保持不變，整個運行系統都處于好氧狀態。通過2個區域之間的結果對比可以發現，在生物強化好氧穩定化治理下，最終排放的CH4體積分數更低，較對照區域低28.6%，且穩定時間縮短了5個月。馬先芮等發現瑞安東山垃圾填埋場好氧穩定化系統運行14個月后，CH4濃度下降到5%以下，相較之下，溫州市某非正規垃圾填埋場采用生物強化好氧穩定化技術能更快促進穩定化進程。溫州市某非正規垃圾填埋場生物強化好氧穩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含量低。
1)COD和BOD的變化。
對照區域COD值在好氧穩定化系統運行10個月后下降到513mg·L−1，并達到一個相對穩定的狀態。實驗區域COD值隨著生物強化好氧過程發展3個月內大幅度下降至523mg·L−1，之后在350mg·L−1左右小幅波動，較對照組低32.8%。對照區域在系統運行的整個過程中BOD值無較大差異，變化趨勢較穩定，在300~320mg·L−1內略有波動。實驗區域在運行第五個月后BOD值穩步上升最終至453mg·L−1，較對照區域高47.5%。邱忠平等在相似的研究中發現，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滲濾液COD的總量較對照組低20.2%。而滲濾液BOD值上升的現象也同樣出現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隨著好氧穩定化系統的運行而變成了易被降解的物質，所以導致BOD值升高。由此可見，生物強化好氧穩定化治理對降低垃圾填埋場滲濾液COD有較好的效果。溫州市某非正規垃圾填埋場生物強化好氧穩定化運行過程中滲濾液COD和BOD變化見圖4。
2)氨氮和硝態氮的變化。
對照區域測定結果顯示，隨著運行進程氨氮質量濃度從運行初期的918mg·L−1在系統運行10個月后下降到357mg·L−1，然后在300~400mg·L−1波動。實驗區域氨氮質量濃度從運行初期的918mg·L−1下降到240mg·L−1，之后趨于穩定。相較之下，生物強化好氧穩定化處理對降低垃圾滲濾液中的氨氮質量濃度效果更好，較對照區域低32.7%。唐建等同樣發現投加優勢復合微生物菌劑后氨氮質量濃度比對照組氨氮質量濃度低77.78mg·L−1，說明投加優勢復合微生物菌劑有利于加快滲濾液中氨氮穩定。而2個區域硝態氮質量濃度的變化相對穩定，對照區域在0~100mg·L−1波動，實驗區域在0~50mg·L−1波動。這與田立斌等在北京某垃圾填埋場好氧穩定化降解過程中滲濾液硝態氮變化情況一致。由此可以得出生物強化好氧穩定化處理對降低垃圾滲濾液中的氨氮質量濃度效果更好，但對硝態氮的影響不明顯的結論。溫州市某非正規垃圾填埋場治理后滲濾液中氨氮和硝態氮變化見圖5。
3、結論
1)原位生物強化好氧穩定化處理垃圾堆體沉降效果較好氧穩定化處理效果好。
2)原位生物強化好氧穩定化處理有機質質量分數最終達到生活垃圾填埋場穩定化場地利用的高度利用要求，較好氧穩定化處理區域質量分數低，且能夠提前5個月達到穩定化。
3)原位生物強化好氧穩定化處理下CH4的體積分數較好氧穩定化處理的低，穩定時間縮短了5個月，碳排放潛力減少，實現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定化處理下COD值較好氧穩定化處理低，BOD值較好氧穩定化處理高，有利于加快滲濾液中氨氮穩定，對降低垃圾滲濾液中的氨氮質量濃度效果更好，對硝態氮的影響不明顯。（來源：中科鼎實環境工程有限公司）
