北京市生活垃圾填埋场产甲烷不确定性定量评估

为了提高北京市生活垃圾填埋场产CH4评估精度,联合FOD模型和Monte Carlo方法,依靠本地和国家数据及专家经验,对模型进行不确定性识别和敏感性分析,量化各参数对模型输出结果的影响.结果表明,2008年北京市因填埋产CH4量95%的概率分布范围为(11.80～19.76)×104t.a-1,均值为15.58×104t.a-1,排放的不确定范围为-24.26%～26.83%.FOD模型中甲烷修正因子MCF(2000年后)对2008年排放结果的影响最大,其结果不确定性的贡献率为41.4%.研究提高了北京市生活垃圾填埋场CH4排放量评估精度和质量,为指导填埋场温室气体清单改进和数据收集提供科学依据.     

生物甲烷抑制剂缓释扩散模型推导与优化

以石蜡和松香为缓释基质,以碳化钙为生物甲烷抑制材料,对有效抑制组分——乙炔的扩散规律进行了研究.以T.Higuchi方程为基础,针对复杂基质的气体缓释进行了修正,得到缓释抑制剂的扩散机制模型,该模型可以有效预测乙炔的扩散系数De.同时考察了基质优化对扩散系数的影响,如果缓释基质的硬度不够,碳化钙与水反应产生的热量可导致缓释抑制剂内部膨胀从而影响缓释效果.当基质中松香的质量分数为20%,基质与碳化钙的质量比为1/1时,缓释基质的硬度和致密度提高,乙炔的扩散系数达到2.2849×10-8cm2/min(R2=0.9901),该缓释抑制剂可以有效地解决生活垃圾填埋场等人为源生物甲烷的减排问题.     

Biotic landfill cover treatments for mitigating methane emissions

Landfill methane (CH₄) emissions have been cited as one ofthe anthropogenic gas releases that can and should be controlledto reduce global climate change. This article reviews recent research that identifies ways to enhance microbial consumptionof the gas in the aerobic portion of a landfill cover. Use of these methods can augment CH₄ emission reductions achievedby gas collection or provide a sole means to consume CH₄ atsmall landfills that do not have active gas collection systems.Field studies indicate that high levels of CH₄ removal can be achieved by optimizing natural soil microbial processes. Further, during biotic conversion, not all of the CH₄ carbonis converted to carbon dioxide (CO₂) gas and released to theatmosphere; some of it will be sequestered in microbial biomass.Because biotic covers can employ residuals from other municipalprocesses, financial benefits can also accrue from avoided costsfor residuals disposal.     

氨氮对反硝化型甲烷厌氧氧化细菌的影响机理研究

反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO)是以甲烷为电子供体和唯一碳源,以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的一种氧化还原反应,可用于废水脱氮,而氨氮是含氮废水中存在的主要形式.目前的研究认为主导DAMO过程的微生物主要有DAMO细菌和DAMO古菌.本文以DAMO细菌为优势菌种的系统为研究对象,通过短期和长期试验,从宏观和微观上研究了氨氮对该系统短期和长期的影响,并比较了不同pH体系下影响效果差异,揭示了相关影响机理.短期试验研究表明,氨氮对该系统的安全浓度为250 mg·L~(-1).当氨氮浓度为500 mg·L~(-1)时,对该系统的脱氮效率造成明显的抑制作用,并且随着浓度、时间的增加,氨氮对其的抑制效果增强;不同pH条件下抑制效果的差异对比发现,在碱性条件下,真正起抑制作用的是氨氮的质子化形式FA(Free Ammonia),在中性及酸性条件下,真正起抑制作用的抑制因子是离子化的NH_4~+.通过扫描电镜对系统中絮状污泥分析发现,在氨氮的短期抑制后,系统内的微生物出现了明显皱缩,丝状菌的数量增加;采用高通量测序技术分析了长期氨氮抑制后的系统,结果显示,系统内菌群结构发生较大改变,物种的多样性和丰度都大大降低.通过菌属分析认为,系统脱氮效率的降低是由于Methylomonas(甲基单胞菌属)数量的减少引起的.     

应用好氧生物菌剂深度处理消化污泥

为评估应用好氧生物菌剂-地衣芽孢杆菌深度处理消化污泥的可行性,比较了不同接种比（分别为2.7×10^-3,2.7×10^-2和2.7×10^-1,以总固体之比计）条件下,菌解处理过程中消化污泥液相的溶解性有机碳DOC,溶解性总氮DN,氨氮,荧光性有机物浓度和消化污泥絮体中的蛋白质,氨氮浓度,以及以模化CST值表征的脱水性能的变化,同时分析了机械破碎法和菌解法对消化污泥再次厌氧消化产气性能的影响.结果表明,需要达到较高的接种比,投加地衣芽孢杆菌才能显著促进消化污泥胞内物质溶出,大幅提高消化污泥的生物可降解性.接种比为2.7×10^-1时,菌解过程中消化污泥的液相DOC,DN,氨氮和消化污泥絮体中的氨氮含量达到最大值,分别是对照组的6.23,2.83,5.93和4.94倍;并且,消化污泥絮体的蛋白质平均降解速率最高;同时,消化污泥的产甲烷潜力优于其它接种比,是机械破碎处理后消化污泥产甲烷潜力的5.96倍.但是,在菌解处理结束后,消化污泥的模化CST值是对照组的2.69倍,说明经菌解后消化污泥的脱水性能有所劣化.     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.     

不同填埋龄垃圾甲烷和恶臭物质产生潜势

针对甲烷和恶臭物质产生潜势与垃圾填埋龄的关系,利用全自动甲烷潜能测试系统进行厌氧发酵实验,监测累积产甲烷量和速率,使用气相色谱/质谱联用仪分析恶臭物质种类和浓度.结果表明：填埋龄较短的垃圾产气量高于填埋龄较长的垃圾,填埋龄3a的垃圾产气量最大,单位质量垃圾甲烷累计产生量为29.81mL/g,填埋龄7a的垃圾产气量最小,为6.16mL/g,填埋龄3a的垃圾产甲烷速率最大,最高值达112.3mL/d;共检出40种恶臭物质,芳香族和脂肪烃种类最多、浓度最高,芳香族、卤代烃和含硫化合物浓度比例随垃圾填埋龄增加而增加;脂肪烃浓度比例随垃圾填埋龄增加而减小.     

转变土地利用方式对桂西喀斯特地区土壤氧化CH4的影响

选取桂西喀斯特地区分布最广的石灰土和黄壤,通过野外通量观测和实验室CH₄氧化动力学试验,研究弃耕或退耕还林对土壤CH₄通量的影响。结果表明,对于石灰土,CH₄年均通量为弃耕地LS-3[-64.30 μg/（m²·h）] > 灌草地LS-1 [-48.96 μg/（m²·h）] > 旱地LS-2[29.61 μg/（m²·h）];对于黄壤,退耕林地YS-2[-36.95 μg/（m²·h）] > 旱地YS-1[-29.44 μg/（m²·h）]。各点土壤CH₄氧化速率动力学遵循米氏方程,最大CH₄氧化速率（V_max）介于400～4 347 pmol/（g·h）之间,半饱和常数值介于72～878.3 μL/L之间,石灰土土壤V_max值是黄壤的两倍以上,具有更高的氧化潜力。土壤CH₄通量的季节变化不明显,释放峰或吸收峰出现在秋冬季节。温度有利于促进土壤对大气CH₄的吸收。土壤水分对土壤氧化CH₄的抑制作用在受人为干扰少的LS-1和LS-3表现显著,而对于旱地LS-2,YS-1及林地YS-2,NH₄⁺-N含量成为土壤氧化CH₄的主要限制因素。总之,土壤恢复有利于土壤氧化大气CH₄,这不仅取决于土壤理化性质、甲烷微生物群落的变化,还受到区域气候因素的影响。     

N-DAMO菌群的富集及其生长代谢影响因子

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（N-DAMO）是某些微生物在厌氧条件下以甲烷为电子供体和唯一碳源还原亚硝酸盐（NO₂^-）为氮气（N₂）的过程,为解决废水生物脱氮碳源不足问题提供了新思路.然而,N-DAMO菌群生长缓慢,对环境要求严苛,富集培养难度大,工程应用困难.本文以湿地土壤为菌源,通过强化富集获得一个N-DAMO菌群,并研究了主要环境因子和生长因子对其生长代谢的影响.结果表明,该N-DAMO菌群的NO₂^-还原速率可达0.27 mmol·g^-1·d^-1,其最佳培养条件为35℃、pH 7.5、NO₂^-浓度为2.0 mmol·L^-1和甲烷分压为（P（CH₄））98 kPa等.少量添加维生素液、血红素和甜菜碱等生长因子,均能刺激菌群的代谢活性,使其NO₂^-还原速率分别提高1.32、1.22和1.96倍.本研究有助于进一步了解N-DAMO菌群的生理生态特性,为其工程应用提供参考.     

ADM1模型对生物强化厌氧产甲烷体系的模拟

利用厌氧消化1号模型（ADM1）对高氨氮条件下生物强化促进厌氧消化产甲烷体系进行模拟,对原始ADM1参数进行修正,进而对修正模型进行验证.基于生物强化对厌氧消化产甲烷过程影响的实验数据,结合敏感度分析及参数意义,提出3种假设,选择乙酸半饱和系数（ks_ac）、最大比乙酸降解速率系数（km_ac）和氨氮抑制参数（KI_NH3,_Xac）对原始ADM1进行修正.模拟结果表明,3种修正模型均可对生物强化过程进行较准确的描述,其中,修正km_ac后的模型（ADM1_km_ac）对甲烷产量和挥发性脂肪酸的拟合优度最高（R² > 0.87）,说明在此过程中对km_ac的修正更有意义.模型验证表明,修正后的ADM1_km_ac模型可对生物强化技术强化厌氧消化产甲烷过程进行描述、分析及预测.