摘要：垃圾渗滤液治理一直是城市生活垃圾卫生填埋场的难题。厌氧消化通常是垃圾渗滤液生物处理的首要环节，但处理效率不高。作为自然界广泛存在的矿物，与微生物的交互作用对有机质厌氧消化过程具有显著的影响。本文主要针对膨润土和白云石两种常见矿物在厌氧微生物体系内的产甲烷效率，对各自的作用机制等进行总结分析。探讨矿物促进厌氧处理过程尚需解决的主要问题及研究趋势，以期为进一步推动提高垃圾渗滤液厌氧处理效率提供参考方法。
关键词：膨润土；白云石；垃圾渗滤液；厌氧消化；
0 引言
随着全球城市化进程不断加快，城市生活垃圾产量逐年增加，当前全世界的城市生活垃圾的处理放式主要为填埋处置，而此类垃圾填埋场会产生大量垃圾渗滤液，对土壤和地下水环境造成不可逆的危害[1]。目前，厌氧消化做为垃圾渗滤液的主要处理工艺段对治理垃圾渗滤液的效果起到非常重要的作用。但由于垃圾渗滤液组分复杂，一般情况下采用厌氧微生物降解含有高浓度有机污染物的废液速度十分缓慢[2]。已有研究表明矿物能够与微生物之间相互作用促进微生物之间的互营代谢，那么能否利用矿物微生物的交互作用，提高垃圾渗滤液有机污染物厌氧转化的效率，是一个值得研究的方向[3]。基于此，本文对近年来在厌氧微生物反应器中添加膨润土和白云石对垃圾渗滤液中有机物去除效果的影响，以及对其影响的机制进行了总结分析。
1 膨润土和白云石对厌氧降解过程影响
1.1 膨润土
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，称之为“万能土”。膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，含量在85-90%，膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状，也可为松散的土状，用手指搓磨时有滑感，小块体加水后体积胀大数倍至20-30倍，在水中呈悬浮状，水少时呈糊状。蒙脱石的性质和它的化学成分和内部结构有关，具有较好的离子交换性。
周健工等[4]以北京市阿苏卫垃圾填埋场中晚期渗滤液为研究对象，通过正交实验的方法分析了膨润土的用量及搅拌速度、搅拌时间、静置时间等因素对垃圾渗滤液CODcr去除率的影响。发现对膨润土进行改性可以用来处理垃圾渗滤液中可溶性物质中的疏水性物质和亲水性物质，并结合明矾的絮凝作用组合处理垃圾渗滤液。处理后垃圾渗滤液CODcr值从4700 mg/L明显下降到839 mg/L，CODcr去除率为82.15%。
邢奕[5]等介绍了一种采用膨润土处理垃圾渗滤液的方法。通过对钠基及膨润土进行改性，增加膨润土对污染物的吸附能力，再将其应用于垃圾渗滤液的处理中。主要用以处理经过MBR处理后的难以被生物降解的废水。当原水化学需氧量COD为866 mg/L时，通过投加聚合氯化铝铁（PAFC）及改性膨润土，出水COD为63 mg/L，达《生活垃圾填埋场污染控制标准》中垃圾渗滤液污染排放控制要求。
黄二良[6]等人采用矿产资源丰富、价格低廉的膨润土作为吸附剂预处理城市生活垃圾渗滤液，是对渗滤液进行预处理，通过实验研究表明，膨润土预处理渗滤液方法是可行的，钠基膨润土是较优的处理药剂。渗滤液SS去除率为74.2%，CODcr的去除效果为45.3%，氨氮的去除率为39.5%。
1.2白云石
白云石是碳酸盐矿物，分别有铁白云石和锰白云石。它的晶体结构像方解石，常呈菱面体。白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分。白云石加热到700~900 ℃时分解为二氧化碳和氧化钙、氧化镁的混合物，称苛性镁云石，易与水发生反应。结构致密，抗水性强，耐火度高达2300 ℃。我国白云岩矿床资源丰富，已探明的储量能够满足经济建设的需要，各矿床多已开发利用，产地遍布各省，其中尤以朝阳市喀左县一带产量最多。
庆承松等[7]设置垃圾渗滤液厌氧生物反应器，考察添加褐铁矿、白云石对垃圾渗滤液厌氧消化的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实验结果表明，厌氧生化反应12 d时，添加了褐铁矿和白云石的反应器中COD去除率均达到80％以上，而空白对照组COD去除率仅为50％；研究认为白云石矿物在垃圾渗滤液中有机物的厌氧消化过程中起到了重要促进作用。
汪华明等[8]通过添加碳酸盐、硫酸盐等矿物来提高垃圾渗滤液的厌氧转化效率。研究共设置5组厌氧生物反应器，包括投加硬石膏、方解石、石膏、白云石的反应器及空白对照，考察添加矿物对垃圾渗滤液厌氧消化的影响。从实验结果可以看出，其中添加白云石的反应器中COD去除率可以达到75%左右，而空白对照组去除率尚不足60%，添加矿物反应器甲烷产量显著高于对照.从反应器中的pH变化可以看出，矿物的添加可以提高溶液中的pH。
马磊等[9]选用4种矿物材料对400 g餐厨垃圾在35℃下进行4h好氧预处理，结果表明：在同等条件下，添加矿物材料可以有效促进餐厨垃圾的水解，在总产气量上添加白云石粉的促进作用显著，膨润土次之，其中添加2.5%白云石粉的总产气量最高，为10925 mL。
2 膨润土和白云石影响厌氧消化过程机制分析
在垃圾渗滤液等厌氧消化体系中添加膨润土和白云石均可以对厌氧消化过程产生明显的促进作用，其中可能的原因有以下几点：（1）添加矿物材料降低了消化液中钠离子的浓度，可减轻对产甲烷细菌的抑制作用；（2）膨润土和白云石溶解及生物还原产生的离子可以成为厌氧微生物的能量促进剂，通过改变微生物细胞通透性影响微生物活性和体系氧化还原电位；（3）矿物具有较大的比表面积，在通常的pH范围内，对水中的离子通常具有较好的吸附性能，通过表面官能团的离子交换络合等作用吸附去除水中的污染物；（4）具有导电性能的矿物可以作为电子传递媒介促进脂肪酸氧化菌等功能细菌与产甲烷菌之间的直接电子传递过程，改善微生物间电子传递效率。
3 研究展望
合理利用天然或人工合成的矿物作用于垃圾渗滤液处理中对于治理城市环境具有重要的意义和应用价值。微生物生长及活性都受到环境因子如 pH、温度、底物浓度及微量元素的影响，而膨润土和白云石等矿物的结晶程度和比表面积直接影响生物可利用性，这些因素的综合效应将决定其对厌氧消化过程的影响。未来亟需利用稳定性同位素示踪技术、宏基因组分析、基因敲除等技术在纯培养体系中确定参与厌氧消化过程的微生物种类并揭示其作用机制。
参考文献：
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[9] 马磊，王德汉，王梦男，等.矿物材料预处理对餐厨垃圾高温厌氧消化过程的影响[J].环境科学学报，2008，28（11）：2277-2283.
论文作者:丁媛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：白云石论文; 垃圾论文; 矿物论文; 膨润土论文; 微生物论文; 作用论文; 过程论文; 《基层建设》2019年第30期论文;