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中图分类号：X705 文献标识码：A
近年来，随着人口数量的不断增长，资源供给与需求短缺，经济发展幅度加快，粗放型的经济发展模式过多地以牺牲环境为代价，经济发展与环境保护之间的矛盾日益突出。城市和农村固体废物的排放量不断增加，且城市固体废物远多于农村，固体废物排放量的增加和固体废物成份的复杂，加大了对环境危害的严重性，对固废处理技术的要求不断提高，给固体废物的处理带来了极大难度。
1 固体废物的概念及其特点
1.1 固体废物的概念
目前对于固体废物的概念，国内主要是根据法律法规来阐释的。《固体废物法》明确指出，固体废物是指在生产建设、日程生活等其他活动中所产生的，由于在一定的时间和地点无法利用而被丢弃的，对环境带来一定污染的固态、半固态废物物质，这些物质来源非常广泛，包括生活垃圾、建筑垃圾、一般的工业固废物和危险废弃物等，种类繁多，成份复杂。国内学者周炳炎、郭平和王琪等在《固体废物相关概念的基本特点》（2005）一文中指出，对固体废物、工业固体废物、危险废物以及废物的贮存、处置和利用等相关概念进行了详细阐释，他们认为固体废物是指在正常的生产、生活活动中产生的没有使用价值或丧失使用价值而被抛弃的固态、半固态、容器中的气态物和法律法规规定的纳入固体废物管理的物质或物品；工业固体废物是指在工业生产过程中产生的固体废物，是固体废物的主要来源；危险废物是指根据法律规定，依法列入国家危险名录的具有危险性的固体废物，这也是固体废物的来源之一。
综合以上观点，笔者认为，固体废物是指由于丧失其原始的利用价值而被丢弃的日常生活用品和工业生产过程中的废物，这些废物对环境和人类具有潜在的消极影响，其状态可以是固态、半固态或容器里的气体、液体等。
1.2 固体废物的特点
固体废物的特点大致有以下几点：
1.2.1在生产生活过程中被丢弃的固体废物，丧失了原始的利用价值，由于处理不当，对其二次利用缺乏技术和对策；
1.2.2无法直接被利用为其他产品的原材料；
1.2.3固体废物形态多样、特性多种、成份复杂；
1.2.4固体废物存在着一定的错位性，也就是说固体废物是放错了时间和地点的无用物，只要能得到合理的存放和处理，就能够“变废为宝”；
1.2.5固体废物拥有着一定的经济价值，经济价值的获得程度取决于技术的成熟程度；
1.2.6固体废物具有鲜明的危害性，这是固废的基本特征，无论废物如何被得到处理，其对社会和环境的危害或多或少存在着。
2.固体废物污染对环境的危害
2.1 固体废物污染途径
固体废物特别是有害固体废物能通过不同途径危害人体健康。通常，工矿业固体废物所含化学成分能形成化学物质型污染、人畜粪便和生活垃圾能形成病原体型污染。
2.2 固体废物污染危害
固体废弃物对环境的危害主要体现在以下方面：
2.2.1 侵占土地、污染土壤
固体废物不加利用，需占地堆放。我国许多城市利用四郊设置垃圾堆放场，侵占大量农田。固体废物及其淋洗和渗滤液中所含的有害物质会改变土壤的性质和土壤的结构，并对土壤卫生的活动产生影响。这些有害成分的存在，还会在植物有机体内积蓄，通过食物链危及人体健康。
2.2.2 污染水体
直接将固体倾倒于河流、湖泊或海洋，将后者当成处置固体废物的场所之一，是有违国际公约的。固体废物置于水体，将使水质直接受到污染，严重危害水生生物的生存条件，并影响谁资源的充分利用，除此之外，固体废物还将缩减江河湖面的有效面积，使其排洪和灌溉能力有所降低，有些排污口处形成的灰滩已延伸到航道中心，影响正常的航运。此外，在陆地堆积或简单填埋的固体废物，经过雨水的浸渍和废物本身的分解，将会产生含有害化学物质的渗滤液，对附近地区的地表及地下水系造成污染。
2.2.3 污染大气
固体废物中的细微颗粒等可随风飞扬，从而对大气环境造成污染。以细粒状存在的固体废物和垃圾，在大风吹动时会随风飘逸，扩散到其他地方，一些有机固体废物和垃圾，在适宜的湿度和温度下被微生物分解，还能释放出有害气体、产生毒气或者恶臭，造成地区性空气污染。另外，废物填埋时所逸出的沼气、焚烧处理时所排出的二氧化硫、盐酸、粉尘等也会造成严重的大气污染。
2.2.4 影响环境卫生和景观
我国生活垃圾、粪便的清运能力不高，无害化处理率低，很大一部分垃圾堆存在于城市的一些死角，严重影响环境卫生，对市容和景观产生“视觉污染”，给人们的视觉带来不良刺激，这不仅直接破坏了城市、风景区等的整体美观，而且损害了我们国家和国民的形象。
3 加强固体废物污染对环境危害的防治
3.1 加强管理和宣传，提高全民环保意识
加强管理和宣传，提高全民的环保意识，需要坚持固体废物处理处置的“三化”原则：减量化、无害化、资源化。
3.1.1减量
通过对已经产生的固体废物进行减量化处理，将控制与管理的源头延伸到固体废物的产生源头；对可能过量生产的产品进行合理的设计和规划，防止固体废物的再生产，推进根本性的社会化固废减量原则。
3.1.2无害化
不仅要将无害化推进到城市固体废物规范控制范围，而且还要讲对有害的固废认识拓展到社会、经济、资源等各个方面。无害化的处理不能简单地被视为处理过程中的任务。
3.1.3资源化
对固体废物的处理与防治，要坚持一种“资源化”的原则，要使固体废物得到再生利用。
3.2 制定相关固体废物处理的法律法规
固体废物的处理需要法律的保驾护航，例如：美国和日本均通过制定一系列的法律推进固体废物的综合利用，对不遵守政策与法规的企业和个人提出了强制性的制裁措施。同时，美国还在很多专项法规中，制定了有关固体废物的无害化处理方法。因此，我国应在已有的法律框架基础上进一步补充和完善相关专项法律法规，同时加大监督管理力度。
3.3 吸收发达国家处理固体废物的先进经验
主要是吸收在固体废物处理方面处理得较好的国家的成功经验。我们知道，固体废物的污染问题是一个全球问题，每个国家都会遇到这样的问题，然而，不同的国家会针对本国的实际采用不同的方法。我们应总结国外的成功经验，并结合我国的实际，找出一条适合我国国情的道路，真正的实现变废为宝。
3.4 积极倡导绿色消费观念
正确的消费观念能够有效提高人们正确处理固体废物的意识，绿色消费在环境教育中也应占有重要的地位，我们也可以编写《固体废物可持续处理技术消费者手册》等宣传材料来加强我国公民的固体废物识别和综合利用等方面的知识。目前，我国以社区的形式开展环境教育是一个较好的实践。在对环境保护知识进行宣传和推广的同时，还可以广泛集中群众的环保意见。为了加强宣传.可以设定一个全国范围的固体废物防治宣传日，如果能够倡导大学生走出校园对广大市民进行减少固体废物理念和绿色消费理念的宣传，可能会取得更好的效果。
3.5 强化政府的污染防治责任
政府是社会的管理者，对社会的全面发展和人民福利负有公共责任。现行的固废防治法虽然规定了各级政府防治固体废物污染的若干职责，但从总体上看过于原则。为了解决上述问题，《固废防治法（修订案）》增加了以下内容：政府应当加强防治固体废物污染环境的宣传教育，倡导有利于环境保护的生产和生活方式；政府应将固体废物污染防治工作纳入国民经济和社会发展计划，在编制城乡规划、土地利用、区域开发、产业发展等规划时，也应统筹考虑固体废物污染的防治；政府应支持采取有利于环境保护的集中处置固体废物的措施，促进固体废物防治产业的发展；政府应当统筹安排建设城乡生活垃圾收集、运输、处置设施，提高生活垃圾利用率和无害化处置率，促进生活垃圾收集、处置的产业化发展，建立和完善生活垃圾污染防治的社会化服务体系；大、中城市人民政府环保部门应当定期固体废物的种类、产生量、处置状况等信息，保障公众的环境知情权。
4 结语
随着“十”的顺利召开，国内日益意识到对生态环境保护的重要性，以前以牺牲环境为代价来换取经济增长的模式已经不再适应当前经济社会的发展形势。当前，只有更加注重环境保护，注重加强固体废物的处理，才能更好的走上可持续发展之路。
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关键词：
甲烷氧化； 硝化能力； 矿化垃圾； 驯化； 变化趋势
全球变暖已成为世界关注的重大环境问题。《京都议定书》中急待减排的主要温室气体包括：CO2、CH4和N2O[12]。目前，相关研究主要集中在农田、草地、湿地及林地等生态系统[34]，而对碳氮源丰富、转化更急剧的生活垃圾填埋场中CH4和N2O的释放研究匮乏。仅有的文献表明，生活垃圾填埋场是CH4和N2O的重大释放源[57]。张后虎等以季为时间尺度对中国上海和杭州生活垃圾填埋场3种温室气体（CH4、N2O和CO2）进行了全年同步监测，将结果统一换算成CO2释放当量后发现CH4释放量占主导，高达95%以上[78]。为此，垃圾填埋场温室气体减排的关键在于控制CH4的释放量。填埋气体收集系统可有效降低填埋场内的CH4分压，使其释放推动力减小。除此之外，CH4气体在经过填埋场终场覆盖层时在甲烷氧化菌的作用下被氧气氧化转化为CO2、水和生物质，从而减少甚至完全消除填埋场的甲烷释放[911]。
张后虎，等：利用畜禽废水中的氨氮驯化矿化垃圾填料氧化填埋场的CH4
除甲烷氧化菌外，Mandernack等在填埋场覆土和蔡祖聪等在农田发现铵氧化菌同样具备氧化CH4的能力[3，1213]。在适宜的环境条件下，甲烷氧化细菌可氧化铵态氮，铵氧化细菌也可能氧化甲烷，从而可考虑借助富集铵氧化菌于填埋场覆盖材料氧化CH4，为削减填埋场的温室气体释放量提供了技术途径。矿化垃圾填料硝化能力强、铵氧化菌群落丰富[1416]，应成为首选覆盖材料。Barlaz等也尝试采用腐熟垃圾构建生物覆盖层（Biological active cover）来削减CH4的释放[9]，而中国鲜见涉及垃圾填埋场温室气体减排技术的相关研究，更未能涉及矿化垃圾经高氨氮废水驯化后，富集铵氧化菌对CH4氧化能力的衍生研究。
研究旨在利用高氨氮浓度的畜禽养殖废水培养矿化垃圾，通过富集铵氧化菌氧化CH4降低垃圾填埋场温室气体的总释放当量，为控制生活垃圾填埋场温室气体的释放研究低成本、高效率的减排技术。
1材料与方法
1.1矿化垃圾与粘土土样
供试原生矿化垃圾取自南京城市生活垃圾填埋场，填埋龄为10 a。场内填埋的生活垃圾主要成分为60%厨余、20%塑料、15%其他物质（竹木，纸张，织物和渣石等），日填埋量为3 000～4 000 t/d。矿化垃圾开挖后，去除玻璃、渣石等，过200目筛供使用。供试粘土样取自宜兴某农田（N： 31°29′， E： 119°59′），其粒径分布为：粘粒43.5%，壤粒 32.1%和砂粒24.4%。矿化垃圾和粘土样的基本理化性质列于表l，样品理化特性测试方法见文献[17]。
1.2氨氮驯化矿化垃圾
畜禽污水采自江苏宜兴周铁镇某养猪场，存栏100头/年左右，养猪场采用干湿分离的方法排出尿液和冲厕废水，水质指标如下：CODCr， 655 ± 184 mg·L-1； NH3-N， 168 ± 26 mg·L-1； TN，248 ± 60 mg·L-1； TP， 18 ± 12 mg·L-1； pH， 7.6 ± 0.2。采用滴滤的进水方式对矿化垃圾进行驯化，将矿化垃圾填料填充于玻璃钢装置中，尺寸为30 cm×40 cm×20 cm （H×L×W）。每日按照序批式工艺状况（前期优化结果：进水-反应-出水-闲置/4-12-2-6 h）4阶段运行[16]，矿化垃圾填充的体积为20 L，按照固液比1：20，水力负荷0.40 m3·m-2 ·d-1的工况运行，运行时间为2010年8月-12月，不间断运行共历时5个月后采集的矿化垃圾样品为：驯化后矿化垃圾。
1.3氮转化实验
所有的培养实验均在容积250 mL的具塞血清瓶内批式进行，矿化垃圾（或粘土）样品经风干（25 ℃左右，3 d）、过2.00 mm筛后，精确称取50 g于瓶中。每种样品共设置6组进行培养，分别对应于投加（NH4）2SO4溶液后的第1 d中第0.5、2、12、24 h以及72 h和120 h，至规定时间取出样品同时测定土样受纳（NH4）2SO4溶液后NH4+-N和NO3--N含量，考察样品中微生物对氨氮氧化和硝酸盐氮生成的能力，投加的氮负荷为200 mg·kg-1（基于矿化垃圾/粘土样干重，以下同）。加入矿化垃圾（或粘土）和（NH4）2SO4溶液后，调节蒸馏水的量保持含水率为15%，换算成孔隙含水率约为47%（低于60%）；此条件下，矿化垃圾（或粘土）内部处于有氧条件，氮转化主要以硝化过程为主[8]。培养瓶先在恒温（25 ℃）摇床上振荡0.5 h，使样品与液体混合均匀，再放入生化培养箱中25℃下避光培养，每组样品均设置2个平行样[8]。
1.4CH4氧化能力
精确称取100 g风干矿化垃圾/粘土样品（过200 mm筛）置于250 mL的培养瓶内，再注入蒸馏水保持含水率15%。瓶内以橡胶塞密封后用注射器抽出25.0 mL空气，然后注入纯CH4气体25.0 mL，使培养瓶内CH4的体积初始浓度为10%左右。将培养瓶放在恒温（25±1 ℃）摇床上145 rpm频率摇动30 min，使土壤与所投加的液体和气体混合均匀，再放入生化培养箱中恒温（25±1 ℃）培养。除CH4氧化之外，样品中微生物因呼吸作用释放CO2；故另设不注入CH4的空白组，扣除呼吸作用释放的CO2计算净生产量，研究供试样品对CH4的氧化能力。所有样品均设置3组平行，取均值作为最终数据。气体样品中CH4和CO2的浓度测定参考文献[78]。为了考察矿化垃圾样品应用于工程现场对环境的适应性，设置我国华东地区填埋场覆盖土壤冬季低温（5 ℃）、春秋季中温（15 ℃）和夏季高温（30 ℃）进行实验室培养试验[78]。
2结果与讨论
2.1畜禽废水驯化矿化垃圾填料
传统的氮去除途径主要依赖于硝化反硝化，矿化垃圾颗粒中硝化菌群丰富，高达1×105个/g[14]。为此，畜禽废水滴滤矿化垃圾填料后，对水中氨氮去除率较高，保持在60%以上（图1（b））；与氨氮的高去除率相对应，出水中硝酸盐氮的累积浓度高（图1（b））。相对进水而言，出水中硝酸盐氮平均值提高了十数倍不等。反硝化能力差主要源于矿化垃圾填充高度低（20 cm），缺乏有效的厌氧环境[16]。
图1畜禽废水氨氮驯化矿化垃圾填料
2.2矿化垃圾填料中氮转化
当氨氮投加于矿化垃圾/粘土样品进行培养研究，均出现NH4+-N含量下降及NO3--N含量上升的现象（图2）。而驯化后矿化垃圾中氨氮和硝酸盐氮变化幅度最大，培养至第120 h时，NH4+-N含量低于50 mg·kg-1，而NO3--N高于300 mg·kg-1；粘土样投加氨氮溶液后，NH4+-N和NO3--N转化强度远低于矿化垃圾样品，培养至第120 h时，其NO3--N含量上升幅度低于90 mg·kg-1（图2（c））。与原生矿化垃圾和粘土相比，驯化后矿化垃圾样品中NO3--N含量在120 h上升幅度分别提高至2.0和38倍。
2.3矿化垃圾填料氧化甲烷能力
注入CH4后，矿化垃圾/粘土样品中CH4消耗和CO2的净生成趋势类似，可分别采用一级和零级动力学模型来表征（R2>0.68，图3），其中空白组CO2释放量比例小于1%。与氮转化速率相同，矿化垃圾CH4氧化能力强于粘土，CO2的净生成速率为粘土的1.6倍左右，而120 d驯化后矿化垃圾对CH4的氧化能力较原生矿化垃圾提高了10.6%。
CH4和NH4+的正四面体分子结构类似，分子量相近，CH4单氧化酶和铵单氧化酶结构极为相似，而且分别是CH4氧化和铵氧化的关键因子，CH4氧化细菌和铵氧化细菌在底物利用、氧化酶等方面具有共性[3，12]。本研究中，120 d驯化后矿化垃圾相对原生矿化垃圾和土壤样品在氮和碳转化能力方面保持一致，同时，污水中CODCr、SS及磷素等其他组分富集对CH4氧化过程的影响将在后续研究中进行表征，限于篇幅本文不作讨论。
图2矿化垃圾投加氨氮溶液后氮转化趋势
图3矿化垃圾驯化后对甲烷的氧化能力
2.4温度
图4给出了粘土、原生和驯化后矿化垃圾样品在3种温度下对CH4的氧化能力比较，不难发现，3种材料对CH4氧化与CO2的生产趋势与培养温度成正比例关系，与相关文献研究成果吻合[8]。其中5 ℃培养条件下，120 h后仅50%的CH4被氧化削减，而CO2的生产量低于800 mg C·kg1。虽然30 ℃培养条件下，原生矿化垃圾与驯化后矿化垃圾对CO2 的生产趋势接近，但12～72 h内驯化后矿化垃圾的CH4削减量显著高于原生矿化垃圾。而在15 ℃培养条件下，120 h后驯化后矿化垃圾CO2 的生产量比原生矿化垃圾高出31%，为粘土样的6.68倍。
图4温度对矿化垃圾驯化氧化甲烷能力的影响
3结论
利用畜禽污水中高氨氮浓度这一基本特征，驯化矿化垃圾填料富集铵氧化菌，借助其对CH4的同等氧化能力，削减垃圾填埋场温室气体释放总当量，为垃圾填埋场温室气体减排提供新的技术途径和矿化垃圾填料处理污水后实现再次利用，初步探索研究结论如下：
1）矿化垃圾对畜禽污水中氨氮具备较强的硝化能力，120 h培养研究中，硝酸盐氮的生成能力为原生矿化垃圾样品和粘土样品的2～4倍左右。
2）矿化垃圾和粘土样品中CH4消耗和CO2的净生成趋势可分别采用一级和零级动力学模型来表征；与氮转化趋势类似，矿化垃圾CH4氧化能力强于粘土样品，120 d驯化后矿化垃圾CO2的净生成速率为粘土样的1.6倍左右，较原生矿化垃圾提高了10.6%。不同温度培养条件研究结果表明，驯化后矿化垃圾样品对温度变化适应能力显著强于土壤和原生矿化垃圾。其中，中温15 ℃培养条件下，120 h后驯化后矿化垃圾CO2 的生产量比原生矿化垃圾高出31%，为粘土样的6.68倍。
3）矿化垃圾经高氨氮废水（畜禽养殖、焦化废水和垃圾渗滤液等）驯化富集铵氧化菌可有望提高其对CH4的氧化能力。
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