准好氧填埋结构ch4含量分布变化研究

依据准好氧填埋原理构建了填埋试验装置,对甲烷、氧气在准好氧填埋体中不同层次的体积分数进行了监测。结果表明:垃圾填埋体下层φ(ch₄)为33 1%,φ(O₂)为1 1%;中层φ(ch₄)为15 0%,φ(O₂)为4 2%;上层φ(ch₄)为3 1%,φ(O₂)为12 2%。而厌氧填埋结构的φ(ch₄):下层为31 5%,中层为32 6%,上层为22 0%。在准好氧填埋结构条件下,φ(ch₄)的分布具有下层>中层>上层的层次特性;φ(O₂)呈上层>中层>下层的规律性。在准好氧填埋、厌氧填埋体中,φ(ch₄)的平均值分别为17 0%和29 0%。      

准好氧填埋结构填埋气的空间变异性研究

建立了准好氧填埋模拟装置,对其中心剖面内的填埋气进行网格采样.采用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究了剖面内ψ(CH₄)和ψ(CO₂)的空间分布及其变异性.结果表明:ψ(CH₄)和ψ(CO₂)的变异系数分别为0.64和O.30;剖面内从上到下ψ(CH₄)和ψ(CO₂)呈上升趋势,其空间分布均表现出较大的变异性和较强的空间自相关性,且呈各向异性变化,即竖直方向填埋气空间变异性和自相关性均强于水平方向;ψ(CH₄)的空间分布变化比ψ(CO₂)更易受填埋场结构的影响,其空间变异性和自相关性均大于ψ(CO₂).      

准好氧填埋结构中氧气扩散数值模拟

依据准好氧填埋的原理构建了填埋试验装置.对试验装置的φ(CH₄),φ(CO₂)和φ(O₂)的动态变化进行了监测. 在装填完成21周后,垃圾体进入产甲烷阶段,第27周时φ(CH₄),φ(CO₂)和φ(O₂)的加权平均值分别为14.7%,18.6%和4.0%.在准好氧填埋结构中,空气通过渗滤液收集主管道和竖直导气管道在垃圾体中进行扩散,并在这些管道周围形成耗氧区域,在空气扩散不到的地方为厌氧区域. 通过数学分析判断该装置内的耗氧区域,并对浓度等值线进行拟合,得到O₂在纵剖面内呈双曲线分布,在垃圾体内呈双曲面分布,且φ(O₂)呈顶部>底部>中部的状态.推导出了氧气水平方向的扩散方程,并得出装置的水平耗氧半径为94.2 cm,约为导排管直径的23.5倍. 分析得到纵剖面内的耗氧区域占93.6%,并得出耗氧区域的纵剖面方程和空间方程.      

填埋垃圾和渗滤液中CH4氧化菌的丰度研究

应用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-Time Quantitative Polymerase Chain Reaction,简称实时荧光定量PCR)技术对填埋场垃圾和渗滤液中CH₄氧化菌的pmoA基因进行定量分析. 结果表明:实时荧光定量PCR技术可用于渗滤液和垃圾中CH₄氧化菌的定量分析. 对于厌氧和准好氧填埋,初期渗滤液中CH₄氧化菌的数量均高于稳定期;准好氧填埋体渗滤液中CH₄氧化菌的数量均高于厌氧填埋体. 准好氧填埋垃圾中CH₄氧化菌的数量随着填埋龄的增加呈先增加后降低的趋势,并在填埋后的9个月左右达到最大值,与准好氧填埋体CH₄产生的规律相似. 同时,准好氧填埋垃圾中CH₄氧化菌的数量随着距导气管距离的增加而降低,但不同填埋时期的变幅不同,与准好氧填埋体O₂和CH₄的迁移规律有关. 此外,对渗滤液和垃圾样品的研究表明,准好氧填埋体垃圾填埋层内部存在大量的CH₄氧化菌,具有显著的CH₄氧化能力.      

准好氧填埋氧气扩散模拟分析

依据准好氧填埋工艺的原理建立了试验装置,在填埋进入相对稳定期后,测定填埋装置内各个采样点的填埋气体积分数φ(CH)4、φ(CO)2以及φ(O)2,分析了采样点到中心导气管的距离对φ(O)2的影响,并采用数学模型进行拟合。结果表明,准好氧填埋进入相对稳定期后,由于装置内外温度差异以及氧气浓度的差异使氧气通过导排管进入装置内部,并呈现出上层下层中层的规律。在垃圾填埋体的好氧分解反应、硝化作用以及甲烷氧化作用的共同作用下,下层与中层φ(O)2与距离的关系呈现指数规律下降,上层由于结构的特殊性呈现抛物线形状。     

生活垃圾填埋场春夏季CH4释放及影响因素

采用静态箱法监测了2个生活垃圾填埋场春、夏季及昼夜的CH₄释放通量,并分析了影响CH₄释放的相关因素. 结果表明:填埋气体(LFG)主动收集对填埋场CH₄释放的影响显著. 在填埋龄相近的条件(4.0～4.5年)下,无LFG主动收集的填埋场春、夏季CH₄的释放通量(以CH₄计)平均值〔(541±1　005) mg/(m2·h)〕比有LFG主动收集的填埋场提高4.4倍. 在有LFG主动收集的填埋场内,填埋龄为1.0～1.5年的非渗滤液灌溉区的CH₄释放通量均值〔(324±847)mg/(m2·h)〕为灌溉区的10.0倍左右. 在有LFG主动收集的填埋场内,CH₄释放通量与各环境因子间无显著相关;而在无LFG主动收集的填埋场内,CH₄释放通量分别与覆土温度和气温呈显著正相关,与大气压强呈显著负相关.相关性分析结果表明,CH₄释放通量与填埋场覆土中含水率,w(有机碳)和w(总氮)呈显著正相关.      

我国城市生活垃圾处理温室气体排放特征

CH₄和CO₂是大气中主要的温室气体,研究我国城市生活垃圾处理过程中二者的排放情况,对制订温室气体减排政策和应对气候变化有着至关重要的意义. 利用IPCC(政府间气候变化专门委员会)提供的废弃物处理排放CH₄和CO₂的计算方法,对1979—2011年我国城市生活垃圾处理CH₄和CO₂排放量(不含港澳台数据)进行统计分析. 结果表明:①2011年我国城市生活垃圾人均清运量为0.46 t,比2000年增加了53.3%. ②1979—2011年,我国城市生活垃圾处理仍以填埋为主,焚烧和堆肥处理方式相对较少,但近年来焚烧处理量呈逐年增加趋势,其中2011年焚烧处理量是2001年的16.8倍. ③我国城市生活垃圾处理产生的CH₄和CO₂排放量均呈逐年增长趋势,至2011年,二者分别达到7 024.03×104 (以CO₂当量计,下同)和706.22×104 t;其中,2011年CH₄排放量是1990年的20.0倍,CO₂排放量是2001年的16.8倍. ④城市生活垃圾产生的温室气体排放具有明显的地域特性,其中华东地区CH₄和CO₂排放总量高达2 570.98×104 t;西北地区最小,仅为482.3×104 t. 该差异与城市发展规模、人们生活习惯和城市化进程等影响因子紧密相关.      

不同填埋结构渗滤液中的氮动态变化特性

建立了准好氧和厌氧的垃圾填埋模拟试验装置,研究了渗滤液中ρ(NH₄＋-N),ρ(NO₃－-N),ρ(NO₂－-N)和ρ(TN)的动态变化特性. 结果表明:装入模拟装置的城市生活垃圾,经过12个月的降解后,准好氧填埋结构渗滤液中的ρ(NH₄＋-N)和ρ(TN)显著下降,分别降至945和986 mg/L,下降率(分别为79.2%和77.3%)远远大于厌氧填埋结构;ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)变化波动较大,在第25～31周时,NO₃－-N与NO₂－-N都有一个累积的过程;厌氧填埋结构中,ρ(NH₄＋-N)由初始的4 599 mg/L降至2 812 mg/L,ρ(TN)则降至2 859 mg/L,其降解效果远不如准好氧填埋,而ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)较低,波动不大.      

垃圾填埋场内部气体浓度等的时空变化特征

介绍了垃圾填埋场监测井的设计与内部气体浓度的监测方法,比较了垃圾填埋场封场区与未封场区在内部温度、渗滤液的pH值及气体(O₂,CH₄,CO₂等)浓度在时间上与空间上的差异,发现在不到3 a的时间里五峰垃圾填埋场内部垃圾分解的程度就已达到整个分解过程的中后期。      

我国填埋场改造及发展方向的探讨

对我国部分生活垃圾填埋场和室内填埋设施的填埋气组分进行了现场测试和分析,结果表明,厌氧填埋场的CH₄含量高,半好氧填埋场CH₄含量很低。并针对我国填埋场的现状提出了如果打算利用填埋气进行发电,填埋构造可以作成厌氧填埋,否则,填埋场应以安全性为 主,应建造成半好氧结构。      

Spatio-temporal variation of landfill gas in pilot-scale semi-aerobic and anaerobic landfills over 5 years

Variation of CH₄, CO₂, and O₂ concentrations in layers of different depths in semi-aerobic and anaerobic landfills was analyzed over a period of 5 years. The results showed that most of the municipal solid waste became basically stable after 5 years of landfill disposal. In the upper and middle layer, the concentration of CH₄ in the semi-aerobic landfill was significantly lower than that in the anaerobic landfill in different landfill periods, while in the lower layer, there was little difference in the CH₄ concentration between the semi-aerobic and anaerobic landfills. The average concentration of CH₄ and CO₂ in the anaerobic landfill was always higher than that in the semi-aerobic landfill, while the O₂ concentration showed an opposite variation in different landfill periods. This was related to the aerobic reaction of landfill waste around the perforated pipe in the semi-aerobic landfill, which inhibited effective landfill gas generation.     

磁场对厌氧除Cr(Ⅵ)工艺产气组成的影响及其机理分析

研究了磁场对优势菌去除Cr(Ⅵ)生物系统出水pH与ρ(COD_(Cr))以及产气中ρ(H_2S),ρ(NH_3),ρ(H_2),ρ(CH_4),ρ(CO_2)和ρ(VOCs)的影响. 结果表明:磁场系统(系统B)出水pH均比无磁系统(系统A)略低;系统B对COD_(Cr)的消耗效率明显高于系统A;磁场的引入能抑制H_2S和NH_3的产生. 在初始ρ[Cr(Ⅵ)]从30 mg/L增至60 mg/L时,系统A和B产气组分中的ρ(H_2S)和ρ(NH_3)均有所增大,增幅分别为28.67%～32.87%和62.65%～70.89%;初始ρ[Cr(Ⅵ)]为30 mg/L时,系统B产气中的ρ(CH_4)为系统A的3.1倍,其ρ(CO_2)比系统A高33.33%,ρ(VOCs)比系统A低14.75%;初始ρ[Cr(Ⅵ)]增至60 mg/L时,两系统产气中的ρ(CH_4)相等,ρ(CO_2)均有所下降,ρ(VOCs)均明显升高. 两系统产气中均未检出H_2. 从生理生化过程角度分析了磁场影响厌氧产气过程的机理.     

填埋场古细菌垂直分布格局及其与垃圾降解程度响应特征

研究了青岛市小涧西垃圾填埋场表层（3~12 m）、中上层（15~24 m）、中下层（27~36 m）和底层（39~45 m）古细菌的多样性、群落组成与垂直分布特征,以及垃圾降解程度与古细菌群落结构演替变化的响应关系.结果表明：垃圾有机质和凯氏氮含量随填埋深度增加呈降低趋势,而pH呈微弱升高趋势.填埋场中下层的古细菌群落多样性和丰度显著高于其他填埋层.在填埋层各深度上,广古菌门（Euryarcharota）为优势菌门,相对丰度达到90%以上,甲烷微菌纲（Methanomicrobia）和热源体纲（Thermoplasmata）为优势菌纲,二者相对丰度之和达84.69%~99.67%.属水平上,甲烷囊菌属（Methanoculleus）的占比在38.16%~64.46%之间变化,且与有机质相关性不显著,表明该类氢营养型产甲烷菌在垃圾中分布广泛,受垃圾降解程度影响较小.马赛球菌属（Methanomassiliicoccus）的相对丰度自表层的50%降至底层的20%,且与有机质呈显著正相关（r=0.95,p<0.05）,表明该类甲基营养型产甲烷菌的分布受有机质降解程度影响较大.以乙酸裂解产甲烷的甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）和甲烷丝菌属（Methanothrix）在填埋场中也占有重要地位,但二者相对丰度整体低于Methanoculleus.Methanosarcina自表层至底层所占比重逐渐升高,与有机质呈显著负相关（r=-0.96,p<0.05）;而Methanothrix仅在中下层有较高的丰度,与有机质相关性不显著,主要与两种菌属对乙酸亲和性的差异有关.不同填埋深度上产甲烷菌群落结构的演替变化反映了不同类型产甲烷菌对垃圾降解产物与稳定化程度的响应.     

Evolution on qualities of leachate and landfill gas in the semi-aerobic landfill

To study the characteristics of stabilization in semi-aerobic landfill, large-scale simulated landfill was constructed based on the semiaerobic landfill theory. Consequently, the concentrations of chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen, and nitrite nitrogen, and the pH value in leachate, as well as the component contents of landfill gas composition (methane, carbon dioxide, and oxygen) in landfill were regularly monitored for 52 weeks. The results showed that COD and ammonia concentrations declined rapidly and did not show the accumulating rule like anaerobic landfill, and remained at about 300 and 100 mg/L, respectively, after 48 weeks. Meanwhile, the descending rate reached 98.9% and 96.9%, respectively. Nitrate concentration increased rapidly after 24 weeks and fluctuated between 220–280 mg/L after 43 weeks. The pH values were below 7 during the first 8 weeks and after that leachates appeared to be alkaline. Carbon dioxide was the main composition in landfill gas and its concentration remained at a high level through the whole stabilization process. The average contents of carbon dioxide, oxygen, and methane varied between 19 vol.%–28 vol.%, 2 vol.%–8 vol.%, and 5 vol.%–13 vol.%, respectively. A relative equilibrium was reached after 48 weeks. The highest temperature in the landfill chamber could amount to 75.8 degrees centigrade.     

黔中喀斯特石漠化地区土壤温室气体浓度的时空分布特征

2006~2007年对喀斯特石漠化地区土壤剖面中CO2、N2O和CH4的浓度分布进行观测.结果表明,土壤剖面中CO2、N2O和CH4浓度分别介于530.2~31512.6、0.27~0.67和0.1~3.5μL.L-1.总体上,自地表向下,CO2和N2O浓度逐渐增大,CH4浓度则为逐渐减小,但在阴冷潮湿的10、11月和1月,15cm以下土层中CO2和N2O浓度随着深度的增加逐渐减小,CH4浓度则明显增加.土壤温度、水分同时影响剖面中CO2、N2O和CH4的时空分布,但影响效应以及作用的土层深度有所不同.相关分析结果表明,土壤中CO2和N2O浓度的时空分布显著正相关(r为0.780~0.894,p0.05~0.01),相关关系受环境因子的影响;CO2和CH4的时空分布则呈显著负相关关系(r=330,p0.01);N2O和CH4的空间分布为互逆关系,但只在土壤水分较大月份达到显著水平(r为-0.829~-0.956,p0.05~0.01).     

回灌渗滤液VFA浓度对填埋层甲烷化代谢的影响

处于稳定产甲烷阶段的填埋层具有降解回灌渗滤液有机物的能力,但高浓度渗滤液的主要组分(挥发性脂肪酸(VFA))可能影响填埋层的甲烷化代谢,导致填埋层对回灌渗滤液有机物降解效率恶化.采用实验室模拟填埋柱回灌不同ρ(VFA)模拟渗滤液的方法,研究不同VFA负荷对稳定产甲烷阶段填埋层甲烷化代谢的影响.结果表明:稳定产甲烷填埋层具有处理高ρ(VFA-C)渗滤液的能力,其有机碳的转化能力小于1.0 g/(kg·d);当回灌渗滤液中的ρ(VFA-C)大于14.8g/L(有机负荷为2.2 g/(kg·d))时可抑制填埋层的甲烷化代谢,但这种抑制可随着回灌渗滤液中ρ(VFA-C)的降低而得到解除;为保证填埋层内垃圾的降解,应控制回灌渗滤液的有机负荷不超过1.0g/(k·d).      

Integrated biological–physical process for biogas purification effluent treatment

Biogas purification via water scrubbing produces effluent containing dissolved CH₄, H₂S, and CO₂, which should be removed to reduce greenhouse gas emissions and increase its potential for water regeneration. In this study, a reactor built with air supplies at the top and bottom was utilized for the treatment of biogas purification effluent through biological oxidation and physical stripping processes. Up to 98% of CH₄ was removed through biological treatment at a hydraulic retention time of 2 hr and an upper airflow rate of 2.02?L/day. Additionally, a minimum CH₄ concentration of 0.04% with no trace of H₂S gas was detected in the off gas. Meanwhile, a white precipitate was captured on the carrier showing the formation of sulfur. According to the developed mathematical model, an upper airflow rate of greater than 2.02?L/day showed a small deterioration in CH₄ removal performance after reaching the maximum value, whereas a 50?L/day bottom airflow rate was required to strip the CO₂ efficiently and raise the effluent pH from 5.64 to 7.3. Microbiological analysis confirmed the presence of type 1 methanotroph communities dominated by Methylobacter and Methylocaldum. However, bacterial communities promoting sulfide oxidation were dominated by Hyphomicrobium.     

Study on catalysts for combustion of lean CH_4

ＳｔｕｄｙｏｎｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｌｅａｎＣＨ＿４ＺｈｏｕＺｅｘｉｎｇ，ＹｉｎＬｉｎｇ，ＸｕＪｉｎｇＫｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｃｏ－ＦｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃ...