生物覆盖层基质对垃圾填埋场甲烷氧化的影响

生物覆盖层甲烷氧化是填埋场甲烷减排的重要途径,覆盖层基质性能对其甲烷氧化能力影响较大。选用≤1mm堆肥物（1#基质）、≤1mm堆肥物＋陶粒（2^#基质）、≤1mm堆肥物＋陶粒（3#基质）、1～2mm堆肥物（4#基质）、2～3．2mm堆肥物（5#基质）等5种不同类型的生物覆盖层基质,在实验室内模拟研究填埋场生物覆盖层的甲烷生物氧化状况,旨在为筛选垃圾填埋场甲烷高效氧化的生物覆盖材料提供科学依据。试验结果表明：粒径对基质氧气传输能力的影响不明显;不同基质的甲烷氧化能力存在显著差异,纯堆肥物基质（1#、4#和5#基质）几乎没有甲烷氧化能力,堆肥物＋陶粒（1：1（v：v）的复合基质（2#、3#基质）的甲烷氧化效率高达100％。堆肥物一陶粒复合基质为甲烷氧化细菌营造了良好的环境,改善了生物覆盖层内的气体传输性能,是一种适宜的填埋场生物覆盖层基质材料。     

垃圾填埋场新型覆盖层材料厚度对甲烷氧化行为的影响

甲烷是一种长期存在于大气中的重要温室气体,它对温室效应的贡献率是二氧化碳的21倍,生活垃圾填埋场是仅次于水稻田的第二大甲烷人为排放源,减少垃圾填埋场的甲烷气体排放对缓解全球变暖压力具有重要意义.在实验室条件下模拟垃圾填埋场甲烷排放情况,将堆肥+陶粒混合物(体积比1:1)这一新型覆盖层材料按6个厚度(30、40、50、60、70、80 cm)装入有机玻璃柱中研究甲烷氧化与覆盖层深度的关系.研究结果表明:试验94 d甲烷氧化率开始下降,到实验结束前6个柱体中甲烷氧化率相似,维持在24.6%～34.8%之间;甲烷氧化速率由于甲烷通入量不断加大呈现先增加后减小的趋势,最低值为2.45 mol·m~(-2)·d~(-1),最高值为17.82 mol·m~(-2)·d~(-1);在试验第119～121d对各个柱体不同深度的气体成分进行分析.发现甲烷氧化的范围主要集中在基质0cm～30cm深处.     

垃圾填埋场的甲烷减排及覆盖层甲烷氧化研究进展

温室效应导致的全球变暖是备受瞩目的环境问题之一,其中垃圾填埋场产生填埋气是全球温室气体的重要来源。文章从垃圾填埋场的CH4产生、CH4减排技术和覆盖层CH4氧化行为及其影响因素等方面对国内外研究现状进行总结,为全面认识垃圾填埋场的CH4减排提供参考。目前,填埋场CH4减排技术包括填埋层原位减排、资源化利用和末端控制技术等,其中准好氧填埋技术和生物覆盖层甲烷氧化技术是适合我国现阶段大量中小型填埋场CH4减排要求的技术。填埋场覆盖层的特性如温度、含水率、有机质含量、pH值、孔隙率、CH4/O2比、植被和无机氮等都会影响其甲烷氧化能力,是填埋场覆盖层甲烷氧化能力研究和调控的主要参数。     

堆肥物以及堆肥物与铁屑联用原位修复硝酸盐污染地下水研究

针对地下水硝酸盐污染问题,借助柱实验开展堆肥物以及堆肥物与铁屑联用(以下简称堆肥物+铁屑)分别用于原位生物修复的动态模拟研究,考察生物反硝化的运行效果,探讨水化学参数的变化,分析硝酸盐的转化过程,确认地下水流速和进水硝酸盐浓度的影响,力求拓展纤维素类固体有机碳源的种类和提高纤维素固体有机碳源的反硝化速率。结果表明,堆肥物与堆肥物+铁屑引起的NO_3~-去除率分别为75.08%~79.57%和82.24%~86.48%。堆肥物用于原位生物反硝化可行且高效,而且堆肥物+铁屑通过氢自养反硝化更能增强NO_3~-的去除。堆肥物与堆肥物+铁屑引起的反硝化速率分别为9.69和11.30 g·m~(-3)·d~(-1),显著高于锯屑的反硝化速率(0.30g·m~(-3)·d~(-1))。25~100 d时,堆肥物引起的总有机碳(TOC)质量浓度增量始终≤18.34 mg·L~(-1)。在运行期间(0~100 d),堆肥物引起出水pH值始终低于进水值。堆肥物+铁屑引起TOC和pH值的变化展现出了与堆肥物相似的规律。运行10 d后,堆肥物以及堆肥物+铁屑将绝大部分NO_3~--N转化为气态氮。渗流速度和进水NO_3~-浓度显著影响堆肥物以及堆肥物+铁屑的生物反硝化效果。     

矿化垃圾生物覆盖层减少垃圾填埋场CH_4、N_2O和CO_2释放的效应研究

对利用矿化垃圾构建生物覆盖层以削减填埋场温室气体的释放问题进行了深入研究,分析了环境因素对CH4释放的作用,考察了作为生物覆盖层材料的矿化垃圾的厚度变化对CH4氧化的影响。结果表明,温度为5~45℃时,矿化垃圾对CH4的氧化速率平均值分别约为黏性土和砂性土的2.35和4.71倍,CH4氧化速率随温度的升高而增加,并在35℃时达到最大值。当含水率w为16%~24%时,纯矿化垃圾覆盖层、半矿化垃圾覆盖层和砂性土覆盖层CH4氧化能力均达到最大。砂性土覆盖层和半矿化垃圾覆盖层CH4释放通量平均值分别为纯矿化垃圾覆盖层的329.8倍(P0.05)和91.7倍(P0.05),添加矿化垃圾填料会增加覆盖层N2O释放通量,纯矿化垃圾覆盖层N2O(以N计)释放通量平均值分别为半矿化垃圾覆盖层和砂性土覆盖层的2.1倍(P0.05)和3.5倍(P0.05)。     

矿化垃圾生物覆盖层减少垃圾填埋场CH4、N2O和CO2释放的效应研究

对利用矿化垃圾构建生物覆盖层以削减填埋场温室气体的释放问题进行了深入研究,分析了环境因素对CH4释放的作用,考察了作为生物覆盖层材料的矿化垃圾的厚度变化对CH4氧化的影响.结果表明,温度为5～45℃时,矿化垃圾对CH4的氧化速率平均值分别约为黏性土和砂性土的2.35和4.71倍,CH4氧化速率随温度的升高而增加,并在35℃时达到最大值.当含水率w为16％ ～ 24％时,纯矿化垃圾覆盖层、半矿化垃圾覆盖层和砂性土覆盖层CH4氧化能力均达到最大.砂性土覆盖层和半矿化垃圾覆盖层CH4释放通量平均值分别为纯矿化垃圾覆盖层的329.8倍（P＜0.05）和91.7倍（P＜0.05）,添加矿化垃圾填料会增加覆盖层N2O释放通量,纯矿化垃圾覆盖层N2O（以N计）释放通量平均值分别为半矿化垃圾覆盖层和砂性土覆盖层的2.1倍（P＜0.05）和3.5倍（P＜0.05）.     

垃圾渗滤液原位反硝化研究

场外硝化-原位反硝化是垃圾填埋场氮管理的新途径.本文利用垃圾柱模拟生物反应器填埋场.研究了硝化渗滤液在填埋场内部的变迁及其对垃圾降解的影响.结果表明,硝化渗滤液回灌促进了填埋场垃圾降解,回灌的总氧化态氮(TON)被完全还原,反硝化为主要作用反应,最大TON负荷为28.6 mg(N)kg(TS)-1d-1.当负荷大于11.4 mg(N)kg(TS)-1d-1时,垃圾产甲烷受到抑制.抑制作用随负荷的增加而加强.在此过程中,反硝化逐渐代替产甲烷作用成为填埋场内垃圾降解的主要反应,产生气体以氮气为主,而非甲烷;硝化渗滤液与垃圾的长期作用也改变了填埋场的菌群结构.图5表1参18     

双塞头固定化细胞反应器降解TCE

为探究固定化细胞对三氯乙烯(TCE)的生物降解特性及机理,以优选的活性炭纤维为固定化材料,构建双塞头固定化细胞反应器;利用填埋场覆盖层富集筛选的高效混合菌SWA1为生物介质开展细胞固定化及TCE生物降解研究;运用扫描电镜,荧光定量PCR和高通量测序技术分别考察TCE降解前后固定化微生物微观结构、关键酶表达丰度和混合菌群落结构变化.结果显示:(1)该固定化细胞反应器对微生物具有良好的固定化效果,且微生物可维持较高活性(甲烷氧化速率为0.6μmol g~(-1) d~(-1));(2)在TCE初始浓度为18 mg/L时,反应1 d降解率为94.1%,降解过程中有8.7μmol有机氯转化为氯离子;(3)反应器中TCE降解关键酶为甲烷单加氧酶和苯酚羟化酶,TCE降解后优势菌属为Anaerolineaceae_unclassified(0.6%-19.9%)和甲基孢囊菌属Methylocystis(0-15.8%).该双塞头固定化细胞反应器能高效去除氯代烃类污染物,可为含氯有机废水高效生物治理的工程应用提供参考.     

添加生物炭对猪粪好氧堆肥过程氮素转化与氨挥发的影响

为了减少好氧堆肥过程中氮素的损失,研究添加生物炭对猪粪好氧堆肥过程中氮素转化和损失的影响。设置不加生物炭对照(S1)以及猪粪秸秆中添加5%(S2)、10%(S3)、15%(S4)生物炭4个处理,监测堆肥过程中堆肥温度、氮素形态及氨挥发速率等的变化。结果表明,与对照相比,添加生物炭能够提高堆肥温度,提前2—3d进入高温期,缩短堆肥周期,提高堆肥品质。生物炭显著增加猪粪堆肥NO_3~--N的含量,降低了NH_4~+-N的含量,有利于NH_4~+-N向NO_3~--N转化;堆肥结束时,处理S2、S3和S4的NO_3~--N含量分别比对照提高了39.64%、46.68%和28.84%;添加生物炭明显降低了堆肥在高温期的氨挥发速率,且氨挥发累积排放量分别比对照降低了18.77%、25.35%和26.39%。与堆肥前相比,S1—S4总氮的增加率分别为9.7%、27.5%、28.6%和26.2%,添加10%生物炭的处理固氮效果最好。以上结果说明,猪粪堆肥过程添加生物炭更易促进堆肥腐熟、抑制氨气挥发和减少氮素损失,通过合理物料配比的好氧堆肥可以更有效地实现农业秸秆及猪粪的优质资源化利用。     

复合添加剂对污泥堆肥化重金属形态及生物有效性的影响

通过添加不同比例粉煤灰(0%、5%、15%、25%、35%)和生石灰(0%、1%)进行污泥堆肥试验,并将堆肥产品应用于玉米幼苗盆栽试验,研究不同处理对污泥堆肥产品重金属(Zn、Cu、Cd、Ni)形态分布和生物有效性的影响。研究结果可为粉煤灰和生石灰复合添加剂在城市污泥堆肥中的应用提供基础资料和科学依据。结果表明,(1)污泥堆肥过程中,p H值整体呈现上升-稳定下降-稳定的变化规律,重金属Zn、Cu、Cd、Ni含量因稀释效应呈现轻微下降;添加35%粉煤灰和1%生石灰处理,重金属Zn、Cu、Cd、Ni含量达到最小值,分别为611.20、226.18、1.49、68.74 mg?kg~(-1)。(2)Zn、Cd、Ni主要以残渣态形式存在,Cu主要以有机结合态形式存在。随着粉煤灰添加量增加,残渣态、有机结合态、铁锰氧化态Zn、Cd和残渣态、有机结合态Ni含量逐渐增大,交换态、碳酸盐态Zn、Cd、Ni含量逐渐减小,重金属生物有效性下降。(3)施用添加25%粉煤灰和1%生石灰的污泥肥料后,玉米地上部分干重最大为21.2 g,玉米重金属Zn、Cu、Ni、Cd含量均达到最小值19.44、13.73、0.08、0.45 mg?kg~(-1),基质重金属Zn、Ni分别达到最小值79.44、0.75 mg?kg~(-1)。以上结果说明,添加粉煤灰和生石灰进行污泥堆肥化对重金属总量影响不大,但能有效改变重金属形态,降低重金属生物有效性。其中,添加25%粉煤灰与1%生石灰污泥堆肥产品,有利于重金属由不稳定态转变成稳定态,也最有利于玉米幼苗生长。     

Interaction and independence on methane oxidation of landfill cover soil among three impact factors: water, oxygen and ammonium

To understand the influence patterns and interactions of three important environmental factors, i.e. soil water content, oxygen concentration, and ammonium addition, on methane oxidation, the soils from landfill cover layers were incubated under full factorial parameter settings. In addition to the methane oxidation rate, the quantities and community structures of methanotrophs were analyzed to determine the methane oxidation capacity of the soils. Canonical correspondence analysis was utilized to distinguish the important impact factors. Water content was found to be the most important factor influencing the methane oxidation rate and Type II methanotrophs, and the optimum value was 15% (w/w), which induced methane oxidation rates 10- and 6- times greater than those observed at 5% (w/w) and 20% (w/w), respectively. Ambient oxygen conditions were more suitable for methane oxidation than 3% oxygen. The addition of 100 mg-N·kg _drysoil ^?1 of ammonium induced different effects on methane oxidation capacity when conducted at low or high water content. With regard to the methanotrophs, Type II was sensitive to the changes of water content, while Type I was influenced by oxygen content. Furthermore, the methanotrophic acidophile, Verrucomicrobia, was detected in soils with a pH of 4.9, which extended their known living environments.     

Deponiegas

Investigations were performed concerning whether or not the composition of volatile halogenated carbons in landfill gas (LFG) change when they uncontrolledly leave the aerobic surface of landfill. For this reason, the aerobic biological degradation of chlorofluorocarbons (CFCs), chlorofluorohydrocarbons (HCFCs), and vinyl chloride (VC), which were often measured in LFG of old household-landfills, was investigated. In 1-liter and 126-liter laboratory test reactors, the aerobic milieu conditions of the surface of landfills were simulated. Air with methane and trichlorofluoromethane (R11), dichlorodifluoromethane (R12), and their reductive metabolites dichlorofluoromethane (R21), chlorodifluoromethane (R22), and vinyl chloride (VC) were continuosly pumped through marl and a mixture of biowaste and compost. R21, R22, and VC were degraded, probably cometabolically by methanotrophic bacteria. They have inhibited the methane oxidation. The degradation rates of R21 (only in biowaste and compost) and R22 were up to 2.8 and 10 mg/m³ _material/h, respectively. The maximum degradation rate of VC was 1,3000 mg/m³ _material/h in marl. Under aerobic milieu conditions, a biodegradation of R11 and R12 was not detected.     

硝化渗滤液回灌对填埋垃圾反硝化、产甲烷及稳定化的影响

垃圾填埋场是重要的甲烷释放源,其有效管理是减缓温室效应的重要环节.通过硝化渗滤液回灌模拟垃圾填埋柱,研究硝化渗滤液在新鲜垃圾和老龄垃圾填埋柱中的脱氮及对垃圾稳定化和产甲烷的影响.结果表明,回灌的硝化渗滤液在不同填埋龄垃圾柱中,均可实现总氧化态氮(Total oxidation nitroge,TON)完全还原.当回灌TON负荷分别达到14.19 g t-1(TS)d-1和10.45 g t-1(TS)d-1时,新、老垃圾柱中甲烷产生开始受到抑制.实验后期,回灌TON负荷增至38.78 g t-1(TS)d-1和30.62 g t-1(TS)d-1时,新、老垃圾填埋柱产甲烷相对抑制率分别达54.10%和95.77%.同时,回灌反硝化对新、老垃圾柱中垃圾降解贡献率(Rd)分别达85%和93%,能有效促进垃圾稳定.     

垃圾填埋渗滤液的处理方法

不同的垃圾填埋场及其对出水水质的不同要求,采用的处理方法也不尽相同。本文针对渗滤液的特点及出水情况,介绍了几跑步同的垃圾渗滤的处理方法,包括生物化学方法和深度氧化方法。     

ZnO-MgO/Al2O3吸附-臭氧催化氧化处理难降解有机废水

以活性氧化铝为载体,采用浸渍法制备催化剂,对甲基橙及草酸模拟废水进行处理.在中性条件下,臭氧催化氧化比单独臭氧氧化能提前30 min使得甲基橙溶液褪色,反应105 min时,臭氧催化氧化对TOC的去除率高达96.53%,比单独使用臭氧氧化对甲基橙TOC去除率提高了47.19%,在处理草酸废水时臭氧催化氧化对TOC去除率高达80.59%,比单独使用臭氧氧化对草酸TOC去除率提高了59.14%.在处理甲基橙及草酸的小试实验中催化剂对有机污染物的吸附作用起到了加快反应进行的作用.在对垃圾渗滤液超滤出水时,O₃与COD质量比为1:1时,臭氧催化氧化对COD去除率为49.09%,比单独使用臭氧氧化提高36.37%,臭氧催化氧化对TOC的去除率是单独使用臭氧氧化的2.54倍,在处理垃圾渗滤液纳滤浓水时,臭氧催化氧化对COD去除率高达88.72%,比单独使用臭氧氧化提高37.60%,并且臭氧催化氧化对TOC的去除率是单独臭氧氧化的1.6倍.臭氧催化氧化反应过程中产生的羟基自由基对有机物更快的反应速率.     

氮肥对土壤氧化大气甲烷影响的机制

综合评述了氮素对土壤氧化甲烷的抑制机制。包括 :( 1)竞争甲烷单氧化酶的竞争抑制机制 ,( 2 )代谢产物的毒害抑制机制 ,( 3)外源盐引起的微生物生理缺水抑制机制和 ( 4)氮素周转作用引起的抑制机制。提出了氧化菌竞争利用土壤空气有限O2 的竞争抑制机制 ,即氨氧化菌利用更多的土壤有限氧气→产生优势氨氧化菌→形成优势菌群→限制甲烷氧化菌繁殖和功能发挥的氨长期抑制土壤氧化大气甲烷的机制 ,并认为这种抑制作用是不可逆的