新型覆土材料的CH_4氧化能力与N_2O释放能力

在垃圾卫生填埋处理技术中,覆土材料的选择对处理成本和技术都至关重要.探究了新型覆土材料(矿化垃圾+牛粪+木屑)的CH4氧化能力,并进一步分析了温度、含水率、初始φ(CH4)和好氧厌氧等环境因素对CH4氧化能力的影响.结果表明:1新型覆土中矿化垃圾的填埋龄不同,其CH4氧化能力也有所差异,填埋龄较久的覆土B(10 a)、C(15 a)在培养时间内对CH4去除率和氧化速率均明显高于覆土A(5 a);2当温度为30℃、含水率为35%时,新型覆土的CH4氧化能力最高;3用米歇尔-门坦方程表征CH4降解的过程,R2(相关系数)为0.993,CH4氧化速率最大值为5.21μmol/(g·h),半速常数为5.48%;4厌氧环境中新型覆土具有CH4氧化能力,而厌氧环境中CH4去除率相对好氧环境更慢,培养20 d后,厌氧环境CH4去除率为83%;5当土壤孔隙含水率分别为46%、70%时,覆土干湿交替导致的N2O和CO2释放量远小于CH4氧化量,故N2O增温效应可忽略.由矿化垃圾+牛粪+木屑组成的新型覆土材料的CH4氧化速率最大值比现有覆土材料高1~2个数量级,其可应用于不同类型填埋场,特别是降雨较多的南方垃圾填埋场,可有效减缓垃圾填埋气CH4的释放影响.     

垃圾填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力与甲烷氧化菌定量分析

分别采用厌氧瓶培养方法和荧光定量PCR技术定量测试了6种典型填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力和甲烷氧化菌数量,并分析了典型覆盖材料甲烷氧化能力与甲烷氧化菌含量及物料特性的相关关系。结果表明:厌氧填埋陈腐垃圾、准好氧填埋陈腐垃圾和老覆土的甲烷氧化速率约高于粪便堆肥和垃圾堆肥1个数量级,约高于新覆土2个数量级;厌氧和准好氧填埋陈腐垃圾的甲烷氧化菌含量约高于老覆土和粪便堆肥1个数量级,约高于垃圾堆肥和新覆土2个数量级。覆盖材料的甲烷氧化菌数、甲烷氧化速率与物料填埋或驯化时间呈极显著正相关(p<0.01);甲烷氧化菌数与覆盖材料的甲烷氧化速率、含水率、总氮呈显著性正相关(p<0.05);覆盖材料的甲烷氧化速率与其理化性质之间无明显相关性,而是与覆盖材料本身的甲烷氧化菌含量显著相关。     

硫化氢对填埋场生物炭改性覆土的甲烷氧化的影响

填埋场覆土中甲烷氧化菌的生物氧化作用,是填埋场CH4最主要的自然减排途径,但通常传统的覆土材料CH4氧化能力并不足.生物炭可用于强化填埋场覆土的CH4氧化性能,同时,填埋气中的硫化氢(H2S)也易被生物炭吸附转化,可能为CH4氧化带来潜在影响,需要进一步探究和揭示.在前期实验基础上,设计了一种生物炭改性覆土材料,接种富...     

驯化矿化垃圾CH4氧化速率和N2O释放研究

利用畜禽废水驯化矿化垃圾,并将其与原生矿化垃圾和粘土对比,分析了土壤理化性质、含水率、温度等对CH4氧化能力和N2O释放的影响.研究表明:驯化矿化垃圾对CH4的氧化能力(15.48 μmol·g-·h-1)明显高于原生矿化垃圾和所选粘土土样;材料的粒径尺寸、有机质、氨氮硝化率及硝态氮生成率均与CH4氧化能力有着显著的正相关性;驯化矿化垃圾在加入蒸馏水后释放大量的N2O,产生N2O的量是原生矿化垃圾的2倍,并且比粘土高一个数量级.由于驯化矿化垃圾对环境的适应能力强,CH4氧化能力高,进而能够减少温室气体排放,可作为一种较为理想的填埋场覆土材料.     

土壤粒径、氮素及重金属对填埋场覆土CH_4氧化的影响

采用批式培养试验重点研究了土壤粒径、NH4+-N和NO3--N及重金属〔Zn和Cr(Ⅵ)〕含量对填埋场砂性覆土及一般砂土CH4氧化能力的影响.结果表明:合适的土壤粒径能显著提高砂性覆土和一般砂土的CH4氧化能力(P0.05),当粒径为1.00~2.00 mm时,砂性覆土和一般砂土的CH4氧化速率分别高达0.24和0.12μmol/(g·h).低浓度NH4+-N或NO3--N均可以促进砂性覆土和一般砂土的CH4氧化,而高浓度则会明显抑制CH4氧化.砂性覆土和一般砂土的外源氨氮和外源NO3--N的投加量(以w计)临界值均为200 mg/kg,砂性覆土对NH4+-N浓度的波动有更好的适应能力;重金属Zn、Cr(Ⅵ)对砂性覆土和一般砂土CH4氧化的抑制作用均随浓度的升高而增强,Zn对砂性覆土CH4氧化的抑制作用程度大于Cr,并且Zn对一般砂土CH4氧化的抑制程度明显强于砂性覆土.为此,筛选合适粒径级配的土壤,同时控制覆土中氮素及重金属的本底含量,有利于填埋场CH4氧化.     

硝酸盐和甲烷对覆土中苯系物厌氧氧化的影响

苯系物是填埋场填埋气中恶臭有机气体的重要成分之一,填埋气中的CH4则是重要的温室气体.填埋覆土层中的微生物可以氧化CH4和苯系物,因此,强化微生物的氧化效能有助于削减和控制填埋气的污染.电子受体还原可耦合甲烷和某些有机物的厌氧氧化,从而去除甲烷和有机物.鉴此,本研究通过静态培养试验,分析了电子受体SO2-4共存条件下,NO-3和CH4共存对覆土中苯系物厌氧降解的影响.结果表明不外加NO-3时,苯系物抑制CH4的降解,加入NO-3后,苯系物共存反而有利于CH4的去除;单独添加NO-3或CH4都能促进填埋覆土中苯系物的去除;而同时添加NO-3和CH4能更好地促进苯系物的去除,甲苯、二甲苯和异丙苯的去除率最高可达65%、88%和82%,远高于不添加NO-3和CH4对照处理的53%、76%和31%;NO-3还原与CH4厌氧氧化耦合过程能同步促进苯系物的厌氧氧化.     

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C2H2)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用.结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍.铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍.填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.     

垃圾填埋场覆盖黄土的甲烷氧化能力及其影响因素研究

利用西安江村沟填埋场不同覆盖时间的临时覆盖黄土和新鲜黄土掺堆肥配置的土样,开展了甲烷氧化培养瓶试验,培养历时最长达22d,研究了不同覆盖时间的覆盖黄土和不同堆肥掺量的新鲜黄土的甲烷氧化能力,以及含水量对覆盖黄土甲烷氧化能力的影响,分析了甲烷氧化过程中各组分气体体积变化关系.研究结果表明:不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化能力相差很大,覆盖3~5年的黄土最大甲烷氧化能力达26.05~53.95μg CH4/(g×h), 而未覆盖的新鲜黄土几乎没有甲烷氧化能力.在新鲜黄土中掺入堆肥,能有效提高其甲烷氧化能力,且在堆肥掺量小于50%时,土样的最大甲烷氧化能力与堆肥掺量呈正比例关系.含水量对覆盖土的甲烷氧化能力有很大影响,黄土甲烷氧化的最适宜含水量约为20% ~ 30%.在甲烷氧化过程中,甲烷氧化菌将CH4中约44%的碳氧化为CO2,其余碳转化为甲烷氧化菌胞内物质.实际工程中进行覆盖层设计时,需要根据填埋场实际产气量和覆盖层导气性确定与甲烷通量相匹配的甲烷氧化速率,进而合理确定堆肥掺量.     

甲烷氧化菌在填埋场覆盖层的工程应用 (Ⅰ):分离与筛选

选取了湖泊底泥、矿化垃圾、覆盖土和好氧污泥4种填埋场周边易得基质为分离源,采用驯化、传代培养、甲烷氧化能力及适应性等方法进行了适合于填埋场覆盖层应用的甲烷氧化菌的筛选研究.结果表明,从好氧污泥中分离得到的甲烷氧化菌较其它分离源得到的甲烷氧化菌具有更高的甲烷氧化活性(2461.29μg·h-1·g-1,以每g干污泥每小时氧化的CH4量(μg)计,下同)和甲烷氧化速率增幅(1045.56μg·h-1·g-1,以每g干污泥每小时氧化的CH4量(μg)计,下同),接种后能显著提高覆盖材料的甲烷氧化能力(p0.05),且不受CH4浓度的抑制.源自好氧污泥的甲烷氧化菌具有生长迟滞期短、生长速率高等特点,对填埋场的甲烷削减更具适应性,有利于工程扩大应用.     

矿化垃圾中的甲烷氧化-反硝化耦合特性研究

设计全因素实验研究了填埋龄10～12年的矿化垃圾中的甲烷氧化反硝化耦合特性.结果表明,每g矿化垃圾中甲烷氧化菌、反硝化细菌可达109个数量级,适合作为甲烷氧化-反硝化耦合反应介质.CH4、O2和NO3--N浓度对CH4去除有明显影响(p＜0.01),其大小顺序为CH4＞O2＞ NO3-N,且3种因素具有显著的交互作用(P＜0.01).NO3--N对甲烷氧化的抑制或者促进作用主要与环境中的O2浓度和C/O比有关.相对较低的CH4初始浓度和较低的C/O、C/N比有利于甲烷氧化和反硝化作用耦合,而且反应产物中N2O含量较低.当CH4、O2浓度分别为10％,20％时,甲烷去除率能达到97.7％,产生的N2含量为11.5％以上,且N2O的产生量低于0.2％.     

海洋沉积物甲烷厌氧氧化及其影响因子研究进展

海洋沉积物CH4厌氧氧化是当前生物地球化学循环研究的热点和焦点,为了进一步加深学者们对CH4厌氧氧化的理解,本文以海洋沉积环境为例,综述了CH4厌氧氧化过程及其影响因子的最新研究进展,在系统介绍CH4厌氧氧化过程的基础上,重点对CH4厌氧氧化的机制以及微生物、底物和温度等对CH4厌氧氧化的调控作用进行了阐述,并展望了C...     

含水率和温度对生物覆盖层甲烷氧化的影响

含水率和温度均是影响微生物活动的重要因子,为更好地理解两者在野外条件下因季节交替引起的变化对生物覆盖单元中甲烷氧化的影响,本文利用实验室模型验证了两者在野外条件下对不同有机质含量(38%和61%)的生物覆盖单元甲烷氧化率的单因素和综合影响.模型预测与实验室结果对比表明,模型均能较好地描述含水率和温度对生物覆盖单元中甲烷氧化效率的单因子影响.预测结果表明,因后期降水较少,含水率均限制了两个单元的甲烷氧化性能.在两者的综合影响预测上,38%有机质含量单元的实测值与预测值有较显著的线性关系,但61%有机质含量单元则无明显线性关系,这表明运用模型预测温度和含水率对高有机质单元甲烷氧化性能的影响时存在不确定性.     

准好氧填埋场中间覆盖层CH_4释放及减排潜力

针对河北省某准好氧垃圾填埋场进行了CH_4释放通量测定,同时测验了中间覆盖材料的CH_4氧化性能,并在此基础上分析了准好氧垃圾填埋场作业过程中的CH_4减排潜力.结果表明,作业台阶表面中午和下午的CH_4释放通量相对较大,填埋龄为4、8、12、16个月的CH_4平均释放通量分别为4.79,21.16,81.04,7.44g/(m~2·d).CH_4氧化材料的氧化能力大小为:厌氧填埋陈腐垃圾准好氧填埋陈腐垃圾老覆盖土陈腐垃圾:新土(1:10,m/m)禽畜粪便堆肥生活垃圾堆肥新覆盖土.填埋龄为4、8、16个月填埋堆体选用厌氧填埋陈腐垃圾、准好氧填埋陈腐垃圾、老覆盖土、陈腐垃圾:新土(1:10,m/m)为覆盖层,理论上可以完全氧化作业台阶表面释放的CH_4气体;填埋龄为12个月填埋堆体采用陈腐垃圾和老覆土作为覆盖层,理论上可以氧化去除填埋堆体导气管周边5~15m范围内释放CH_4气体,但不能完全去除导气管5m范围内释放的CH_4.     

氮输入对小叶章不同生长阶段土壤CH4氧化的影响

用盆栽法对小叶章不同生长阶段土壤CH4氧化能力随时间变化进行了研究.结果表明,氮输入后,植物各生长阶段的CH4氧化率均随时间推移发生了明显的波动变化.从生长季(6月7日~8月24日)CH4氧化率均值来看,只有12g/m2处理对CH4氧化起促进作用,且12g/m2和24g/m2处理之间存在显著性差异(n = 4, P < 0.05).不同氮输入水平对植物不同生长阶段CH4氧化率影响明显.第一阶段(6月7日~7月2日)适量(6g/m2)氮输入对CH4氧化起促进作用,但过量(12g/m2)氮输入则起抑制作用.第二阶段(7月2日~7月20日)只有12g/m2处理起促进作用.第三(7月20日~8月7日)、四(8月7日~8月24日)阶段氮输入对CH4氧化起抑制作用.氮输入后,土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤基础呼吸(BR)、土壤代谢熵(qCO2)、土壤诱导呼吸(SIR)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和植物地上生物量与土壤CH4氧化的动态关系存在差异.土壤CH4氧化仅与MBC呈极显著负相关(P < 0.01),与其他影响因子相关性较小.     

垃圾填埋场覆土层Ⅱ型甲烷氧化菌的群落结构

采用基于16S rDNA 的变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术研究了生活垃圾卫生填埋场和生物反应器填埋场覆土中Ⅱ型甲烷氧化菌群落结构,比较了不同填埋操作方式对Ⅱ型甲烷氧化菌的影响.结果表明,覆土铺有HDPE 膜、无填埋气体渗入的填埋覆土中未发现Ⅱ型甲烷氧化菌;而有填埋气体渗入时,进行渗滤液亚表面灌溉的生物反应器填埋场,无论是否同时进行层内回灌,其覆土中均检测到甲烷孢囊菌(Methylocystis).卫生填埋场填埋龄长达5a 的填埋覆土中发现了甲基弯菌(Methylosinus),填埋龄较低的填埋场覆土中未发现II 型甲烷氧化菌.渗滤液亚表面灌溉及长时间填埋气体驯化能促进Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.有机质等营养物质丰富而NH4+-N浓度较低的填埋覆土有利于Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.     

环境因素对芦苇湿地CH4排放的影响

用封闭式箱法对辽河三角洲芦苇湿地温室气体CH4 排放进行了长期观测 .结果表明 ,CH4 排放有明显的季节变化规律 ,平均通量为 52 0 μg·m- 2 ·h- 1.土壤产CH4 活性主要发生在 0～ 5cm土层中 ,并随土层深度的增加而显著下降 .CH4 排放受环境因素影响很大 ,土壤氧化还原电位在 -1 1 0mV时就有CH4 排放 ,其排放量随氧化还原电位的下降而增加 .另外 ,随着淹水深度的增加 ,CH4 排放反而减少 .在测定期内 ,CH4 排放与温度呈明显的正相关 (R2 =0 1 96,n =2 1 ,P <0 .0 5) .     

城镇污水污泥低温氧化放热特性的恒温量热分析

针对干化后城镇污水污泥的低温氧化和自加热问题,采用恒温量热分析方法对含水率为10%~70%（干基）的污泥在5个温度（30~70℃）下的低温氧化放热特性进行了实验研究。结果表明:污泥的低温氧化放热主要有3种机制,包括微生物生化氧化、无机成分（Fe/S/O系统）氧化和有机质化学氧化,污泥的低温氧化放热特性是3种机制综合表现的结果,其交叉重叠共同决定了污泥低温下的自加热特性。含水率和环境温度会影响污泥低温氧化放热过程中的各热源贡献并导致主要热源的转变,同时也会影响3种机理各自的放热特性。水分和温度增加都会使污泥的放热增强,即自加热能力变强,从而加大污泥自燃的风险。     

生活垃圾填埋场覆盖层温室气体CH_4和CO_2释放规律及其相关性研究

针对北京某生活垃圾填埋场封场区覆盖层开展了为期1 a的CH4和CO2释放通量监测,分析了填埋场封场区CH4和CO2释放通量年变化规律和不同季节的日变化规律,并对CH4和CO2释放通量之间的相关关系及其影响机制进行了探讨。结果表明,10个监测点间、相同监测点不同监测时段间CH4释放通量差异较大。不同监测点覆盖层表面CH4和CO2释放通量年变化规律表现为,CH4释放通量随CO2释放通量年变化规律波动,二者表现为显著正相关;在春、夏、秋季CH4释放通量变化较为平稳,冬季CH4释放通量随CO2释放通量变化规律波动;24 h内CH4释放通量变化规律存在随机性;周围大气中CH4的浓度直接影响覆盖层对大气中CH4的氧化。     

稻田不同种类有机肥施用对后季麦田N2O排放的影响

以稻麦轮作系统为对象,研究水稻生长季基肥施用不同有机物料对后季麦田N2O排放及年轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响.结果表明:与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼加化肥(菜饼处理)对后季麦田N2O排放量无影响;施用小麦秸秆加化肥(小麦秸秆处理)导致后季麦田的N2O排放量减少15%;施用牛厩肥加化肥(牛厩肥处理)和猪厩肥加化肥(猪厩肥处理)分别增加29%和16%就稻麦年轮作生长季总体而言,菜饼、牛厩肥和猪厩肥处理稻麦生长季N2O排放总量较化肥处理分别增加6%、17%和7%,然而,小麦秸秆处理N2O排放总量减少16%.20a或500a时间尺度上各处理稻田CH4排放和该轮作周期水稻和小麦生长季N2O排放的总GWP值由大到小的顺序分别为:菜饼处理＞小麦秸秆处理＞牛厩肥处理＞猪厩肥处理＞化肥处理或菜饼处理＞牛厩肥处理＞猪厩肥处理＞小麦秸秆处理＞化肥处理.单位产量的GWP以作物残体处理最高,农家肥其次,化肥处理最低.因此,稻田基施不同种类有机物料都相应地增加稻麦轮作系统CH4和N2O排放的综合温室效应.     

东北三江平原土壤氧化CH4研究

三江平原土壤不同深度氧化大气浓度CH4和高浓度CH4的速率具有明显的垂直差异 .2个非淹水土壤整个剖面都具有氧化大气浓度CH4的潜力 ,以表层土的速率为最大 .非淹水的耕作土壤残留的有机质层仍保留了较强的氧化大气浓度CH4潜力 ,氧化CH4速率是耕作层的 2 0倍 .淹水土壤的大部分层次不具有氧化大气浓度CH4的潜力 .所有供试土壤均能消耗高浓度CH4,泥炭含量较高的土壤层次比矿质层氧化高浓度CH4的速率高