利用生物滤池对填埋场甲烷减排的研究

填埋场是一个巨大的人为甲烷释放源,它对全球的温室效应的贡献非常巨大。生物滤池是一种非常具有潜力的大气甲烷减排的方法,它能经济有效地对小型填埋场和封场后的填埋场进行甲烷减排。本文论述了生物滤床的甲烷氧化过程,同时还论述了影响生物滤床甲烷氧化性能的因素,通过对比研究各大因素对生物滤床甲烷氧化性能的影响选出甲烷氧化性能最佳的生物滤床。     

固体废物填埋场甲烷气生成与减少途径

填埋场为甲烷菌产生甲烷提供了厌氧条件和富有机质的环境。有资料表明,全球填埋场甲烷释放量估计值为9×10~6～70×10~6t/a。据研究表明,受湿度、温度、pH和营养成分诸多变量的影响,填埋废物的最大甲烷产量约为0.06～0.13m~3/kg(干重)。在一定区域,甲烷年产生速率变化可以超过一个数量级。填埋场甲烷的归宿有3个:被覆盖土中的甲烷氧化菌氧化为CO_2后释放;通过填埋场覆盖上直接释放到大气中;燃烧利用而产生CO_2。因此,有必要采取减少CH_4排放的措施。     

填埋场终场覆盖层甲烷氧化行为实验室模拟研究

利用和强化填埋场终场覆盖层土壤的甲烷氧化能力是控制填埋场温室气体排放的一种经济和有效的手段.以杭州天子岭填埋场终场覆土为研究对象,采用柱实验方法对填埋场终场覆盖层的甲烷氧化行为进行模拟研究.实验结果表明,模拟柱整体甲烷氧化速率由实验初始的3.33 mol·m-2·d-1增至8.33mol·m-2·d-1,表征了甲烷氧化菌群的生长与增殖;覆土层氧气的空间分布与其中的甲烷氧化活动有显著的交互影响,甲烷氧化活动在10～20 cm深度最为强烈;整个实验过程中,甲烷氧化后转化为二氧化碳的比例为51%,其余的碳被微生物所固定.     

生活垃圾填埋操作方式对覆土中Ⅰ型甲烷氧化菌的影响研究

填埋场覆土中的甲烷氧化菌可削弱填埋场的温室气体释放,其中I型甲烷氧化菌对环境条件的改变反应灵敏.实验采用16S rDNA特异性聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)结合变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)基因指纹技术研究不同填埋操作方式,包括高密度聚乙烯膜(high-density polyethylene liner,HDPE)隔离、渗滤液亚表面灌溉和植被种植,对城市生活垃圾填埋场表层覆土中I型甲烷氧化菌的群落结构和多样性的影响.16S rDNA序列的系统发育分析结果表明,供试土壤中的I型甲烷氧化菌均属于甲基杆菌属(Methylobacter).从香农-威纳多样性指数(Shannon-Wiener diversity index)和主成分分析的结果可以归纳得到:渗滤液亚表面灌溉和植被种植比HDPE膜隔离对表层覆土中I型甲烷氧化菌群落结构的影响更大,它们会降低I型甲烷氧化菌的多样性,并且推测渗滤液亚表面灌溉会抑制Methylobacter的生长.无HDPE膜隔离的土壤中,即有填埋气体侵入的土壤中,随填埋气体作用于土壤时间的延长,I型甲烷氧化菌的群落结构会发生变化;覆土时间分别为3周、1.5 a和5 a的土壤中,I型甲烷氧化菌的香农.威纳多样性指数在覆土1.5a时达到最大值.     

氢气和氮气对厌氧甲烷降解过程及微生物多样性的影响

针对厌氧甲烷氧化过程,考察了填埋场稳定化过程中气态物质(H₂、N₂)的影响,阐明了微生物群落结构的响应。结果表明:在N₂氛围下,存在甲烷氧化、固氮、硝化、反硝化的循环过程;通入H₂对于厌氧甲烷降解过程有一定影响,CH₄含量呈先下降后升高再降低的趋势,CO₂含量则呈先升高后降低趋势,表明H₂可将CO₂还原为CH₄。经过N₂和H₂长期驯化后,土壤微生物群落结构发生了显著变化,放线菌门中具有硝化、反硝化及固氮作用的菌群增加,出现了具有甲烷氧化功能的Methylococcale菌群。好氧菌(如甲烷氧化菌、硝化菌)对O₂的消耗有利于反硝化和厌氧甲烷氧化的进行,为反硝化型厌氧甲烷氧化的发生提供了有利条件。研究揭示了填埋场稳定化过程中气态物质影响厌氧甲烷氧化的过程。     

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.     

垃圾填埋场甲烷厌氧氧化作用研究进展

垃圾填埋场是温室气体甲烷的重要人为排放源之一,垃圾分解产生的甲烷会发生垂向和侧向迁移,并被氧化固定在垃圾填埋场中。研究显示与硫酸盐还原作用耦合的甲烷厌氧氧化(AOM)作用在垃圾填埋场内及其渗滤液羽状体中均可发生,形成自生碳酸盐和硫化物等沉积。因此,AOM作用是垃圾填埋场甲烷减排的重要途径之一。然而只运用气体地球化学方法与技术难以确定填埋场AOM作用的特征,而填埋场内自生碳酸盐可能保存了AOM作用的信息,但其矿物学、地球化学等特征很少有报导,还有待进一步研究确定。     

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.     

湿地甲烷释放研究进展

甲烷是一种重要的温室气体，近年来大气甲烷浓度显著增加，湿地甲烷释放量约占全球总释放量的２１％，因而是大气甲烷的主要来源之一。本文综述了湿地甲烷产生，释放和氧化过程以及影响因素，以便为国内湿地甲烷排放研究提供借鉴。     

渗滤液作基质培养甲烷氧化菌的工艺优化

甲烷氧化菌菌液可用来制备高甲烷氧化率的填埋场覆盖材料。分析了渗滤液预处理对甲烷氧化菌培养的影响,优化了渗滤液作基质培养甲烷氧化菌的工艺。结果表明:补充N、P能改善培养效果,使培养液的最高甲烷氧化率提高30%以上,稀释效果不明显。甲烷氧化会降低渗滤液中金属元素的浓度,Mn、Fe和Cu等元素含量过低可能成为老龄渗滤液甲烷氧化菌培养的限制因素。     

城市生活垃圾填埋处理甲烷排放估算及控制途径研究

随着人口的增长,城市化和经济化发展以及居民生活水平的不断提高,固体废弃物的排放量日益增多,废弃物处理不仅是大气中甲烷的一个重要排放源,而且已成为限制城市化进展和城市经济发展的重大问题之一。固体废弃物填埋处理甲烷的排放量的估算,对准确评估未来气候变化以及应对气候变化所带来的影响具有重要的意义。本文在分析了填埋场甲烷产生影响因素的基础上,估算了2005年-2010年杭州市填埋场甲烷排放量,提出了填埋场甲烷排放控制的对策建议,为杭州市温室气体减排工作提供参考意见。     

生活垃圾填埋场甲烷自然减排的新途径:厌氧与好氧的共氧化作用

采用暴雨过后垃圾填埋表层30～60 cm的覆土、表层1.5 m以下的垃圾,以及刚刚开挖出来的9年矿化垃圾进行硫酸盐还原菌阳性反应试验,结果表明生活垃圾填埋体不同填埋层都存在不同数量级的硫酸盐还原菌,且底层矿化垃圾中的硫酸盐还原菌的数量最多,表层覆土中最少.颗粒大小比例为50%:50%的垃圾样品表现出最佳的甲烷好氧与厌氧...     

风帽在准好氧填埋的应用及对填埋初期的影响

首次将风帽应用于准好氧填埋,以2 m×1 m×2 m的准好氧模拟箱为对象,考察了风帽对准好氧填埋环境形成过程的影响,比较了不同风速条件下二氧化碳和甲烷的浓度变化,并对风帽应用于准好氧填埋的作用原理进行了分析,以期为设计和优化准好氧填埋结构提供参考.结果表明,风帽可以加快准好氧环境的形成,将传统的准好氧环境的形成期由常规的50 d以上提前到40 d左右.通过比较风帽先拆后装二氧化碳和甲烷的浓度变化,表明风帽可以促进甲烷向二氧化碳的转化,减少甲烷的排放.卸下风帽后二氧化碳的浓度由最初的16.67%降为15.88%,甲烷从6.14%增大到16.12%;装上后二氧化碳的浓度增至19.18%,甲烷降为10.05%.考察了风速为2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 m/s 5种条件下导气管出口处的甲烷排放情况,表明风速可以加强风帽的作用,有利于甲烷的减排,当风速增至8 m/s时,甲烷浓度由最初的15%以上降为5%以下.     

生活垃圾填埋场甲烷排放规律的短期监测

为了解国内生活垃圾填埋场封场后的甲烷排放规律及其影响因素,以静态箱法测试了杭州市天子岭卫生填埋场封场后的甲烷排放情况.24h周期内,2个测试点甲烷排放速率均值的变化范围为3.67～36.65 mmo·l(m²·h)^-1.2个测试点甲烷排放速率的最大比值为625,其差异可以根据覆土层厚度的不同得到解释.单点甲烷排放速率显示与大气压强和覆土层含水率的相关性,逐次回归结果分别为r²=0.89(测试点1)和r²     

垃圾填埋场填埋气发电工程设计

简要介绍生活垃圾填埋场填埋气发电工程设计,对采用燃气发电机组综合利用填埋气进行探讨,并分析沼气利用对填埋场节能和碳减排的作用。     

沈阳市垃圾填埋处理甲烷产量研究

分析了4种典型的生活垃圾填埋处理甲烷产气量模型：IPCC模型、化学计量式模型、COD模型和生物降解理论模型;利用这4种模型估算沈阳市生活垃圾的甲烷产气总量,对计算结果的差异进行比较讨论;分析了4种模型的优缺点及其不同的适用性;根据沈阳市城市生活垃圾的特点,建议采用生物降解理论模型来估算沈阳市垃圾填埋甲烷产气量。     

水稻田土壤甲烷厌氧氧化在整个甲烷氧化中的贡献率

对黄松土水田土壤中>0.02mm的颗粒和<0.02mm的颗粒按不同比例组合成的土壤、不同绝对含水量的黄松土水田土壤、不同温育时段的水田土壤和长期定位不同施肥的水稻田土壤中的甲烷好氧氧化和厌氧氧化的速率的检测结果进行比较,结果相当一致,不仅证实了水稻田土壤甲烷厌氧氧化过程的存在,而且表明水田土壤中的甲烷厌氧氧化活性远较甲烷好氧氧化活性要低,如以两者的氧化活性作为对甲烷氧化的贡献来计,则甲烷厌氧氧化的贡献率一般都在整个甲烷氧化的10%以下.但在水田土壤被水淹没的情形下,由于土壤厌氧条件的形成和甲烷扩散受阻,甲烷厌氧氧化的速率明显超过好氧氧化的速率,甲烷厌氧氧化在整个甲烷氧化中的贡献率可到达30%以上.长期施肥对于水稻田土壤的甲烷好氧氧化活性和甲烷排放通量影响显著,而对甲烷的厌氧氧化活性有影响但未达到显著水平.长期施肥处理的土壤中甲烷好氧氧化活性在(9.072～41.088)×10^-6mol·(d·g)^-1之间,而甲烷厌氧氧化活性仅在(0.325～0.671)×10^-6mol·(d·g)^-1之间,仅及甲烷好氧氧化活性的1.31%～4.43%,占整个甲烷氧化的1.3%～4.14%.     

Effect of bio-column composed of aged refuse on methane abatement – A novel configuration of biological oxidation in refuse landfill

An experimental bio-column composed of aged refuse was installed around the exhaust pipe as a new way to mitigate methane in refuse landfill.One of the objectives of this work was to assess the effect of aged refuse thickness in bio-column on reducing CH 4 emissions.Over the study period,methane oxidation was observed at various thicknesses,5 cm (small size),10 cm (middle size) and 15 cm (large size),representing one to three times of pipeline diameters.The middle and large size both showed over 90% methane conversion,and the highest methane conversion rate of above 95% occurred in the middle-size column cell.Michaelis-Menten equation addressed the methanotrophs diffusion in different layers of the bio-columns.Maximum methanotrophic activity (V max) measured at the three thicknesses ranged from 6.4 × 10 3 to 15.6 × 10 3 units,and the half-saturation value (K M) ranged from 0.85% to 1.67%.Both the highest V max and K M were observed at the middle-size of the bio-column,as well as the largest methanotrophs population,suggesting a significant efficiency of methane mitigation happened in the optimum zone with greatest affinity and methanotrophic bacteria activities.Therefore,bio-column is a potential style for methane abatement in landfill,and the aged refuse both naturally formed and artificially placed in the column plays a critical role in CH 4 emission.     

生活垃圾填埋场填埋作业台阶甲烷排放研究

为了解我国生活垃圾填埋场填埋作业期间的甲烷排放情况,采用DM(Default Methodology)模型、LandGEM(Landfill Gas Emission Model)模型与静态箱法模拟和测试计算了杭州市天子岭生活垃圾填埋场填埋作业台阶1h的甲烷排放量,结果分别为3.65×103m3、1.52×103m3和1.11×103m3;与DM模型相比,LandGEM模型的模拟结果与现场测试结果更接近.生活垃圾填埋场在填埋作业台阶运行期间(约2年)产生的甲烷量约占理论产生总量的50%,而填埋气体主动收集系统收集率仅为43%,即在此期间未被收集利用而排放的甲烷量约占理论产生总量的29%.因此,调控填埋作业期间的甲烷排放是我国控制生活垃圾填埋场甲烷排放总量的关键之一.