垃圾填埋场甲烷释放及氧化技术研究进展

温室气体的大量释放导致全球温室效应日趋加剧。垃圾填埋场作为人类活动最大的甲烷（CH₄）释放源,其甲烷排放和控制技术的基础研究对缓解温室效应意义重大。从甲烷氧化研究进展、垃圾处理现状和垃圾填埋场甲烷释放影响因素等方面对国内外研究进展进行综述。甲烷好氧氧化已经形成了完整的研究体系,而硫酸盐还原型(SAMO)及反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)原理亟待研究。垃圾填埋场甲烷的产生受垃圾组分、含水率、温度以及pH等因素影响。控制影响因素,综合利用经济可行的减排策略是今后研究的主要方向。     

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。     

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。     

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.     

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...     

生活垃圾填埋场黄土覆盖层的甲烷氧化能力现场测试和评估

采用静态箱和激光甲烷检测仪等设备开展了50组地表甲烷通量测试,分析了不同龄期垃圾堆体上部土质覆盖层的甲烷氧化能力,并修正了评估现场土质覆盖层甲烷氧化速率和甲烷氧化率的计算方法.结果表明:80%测试点的地表甲烷通量低于澳大利亚CFI(澳洲碳农业倡议)规定限值60g/(m²·d),导气竖井附近20m范围内存在甲烷通量超过CFI规定的排放热点.填埋龄期3～7a堆体的地表甲烷通量从1.13g/(m²·d)下降到0.53g/(m²·d),7～10a的地表甲烷通量基本保持稳定.甲烷氧化速率和覆盖层底部甲烷通量具有正相关性,现场测得的土质覆盖层最高甲烷氧化速率为63.30g/(m²·d),对应的底部甲烷通量为75.95g/(m²·d).每一龄期堆体上部黄土覆盖层的平均甲烷氧化率均超过90%.     

填埋场释放气体运移数值模型

以多孔介质流体动力学理论为基础,在考虑填埋场内气体压力变化较小、相应气体密度变化小的情况下建立了填埋场释放气体运移数值模型。该模型具有适用范围广的特点,如边界形状任意、介质性质空间变化。模型中考虑了填埋场中介质含水量变化对气体运移的影响。通过与简单条例上所得解析解的对比分析了本数值模型的精度的可靠性。从而可为填埋场释放气体的环境影响预测和评价及控制系统的设计、管理提供依据。     

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。     

垃圾填埋场甲烷排放监测方法研究进展

甲烷是第二大重要的温室气体,而生活垃圾填埋场是第三大甲烷人为排放源。因此,作为全球变化研究的重要组成部分,填埋场甲烷排放监测具有重要意义。监测方法的理论基础是基于质量守恒定律的气体对流扩散规律,常用的监测方法包括通量箱法、微气象法、质量平衡法、示踪气体羽流法与气体羽流法等,各种方法都有其优缺点,但新的监测方法受到了越来越多的重视。     

城市生活垃圾填埋场甲烷收集效率研究

为提高垃圾填埋场CH4收集系统的收集效率,减少CH4的排放,对广州某生活垃圾填埋场CH4收集效率和填埋堆体表面CH4释放速率进行了研究.研究表明:采用US-EPA一级动力学模型计算出2010年该填埋场理论CH4产量为7.22×107m3,估算实际产量为(2.17～2.89)×107m3,实际收集量为1.75×107m3,实际收集量占估算实际产量的60.6%～80.6%.填埋作业面是填埋场主要的CH4排放源,年排放量为0.175×107m3,占实际收集量的10.0%.其中,陈垃圾作业面和新填垃圾作业面CH4的释放速率分别为4.17mol·m-·2h-1和0.29mol·m-·2h-1.     

生活垃圾填埋场覆盖层CH4氧化能力原位测试法的优化与应用

为提高垃圾填埋场覆盖层CH₄氧化能力原位测试方法的适用性,对基于CO₂和CH₄浓度比的碳原子守恒法进行了优化。应用优化后的方法对北京阿苏卫垃圾填埋场覆盖层CH₄氧化能力的变化规律进行分析,结果表明:该垃圾填埋场覆盖层表面CO₂和CH₄释放通量比在春夏季较高且变动范围较大,而秋冬季则相对较低且稳定;覆盖层CH₄氧化速率和氧化率均表现为秋冬季远低于春夏季,监测Ⅰ区(封场时间为2003年)和监测Ⅱ区(封场时间为2009年)覆盖层CH₄氧化速率(以C计)平均值春夏季分别为1 569.89和1 054.47 mg/(m ²·h),秋冬季分别为171.13和333.02 mg/(m ²·h);监测Ⅰ区和Ⅱ区CH₄氧化率平均值春夏季分别为79.69%和44.83%,秋冬季分别为7.54%和11.33%;填埋时间较长的监测Ⅰ区覆盖层的CH₄氧化能力〔全年平均值为911.7 mg/(m ²·h)〕大于监测Ⅱ区〔全年平均值为707.5 mg/(m ²·h)〕。应用优化后的方法得到的覆盖层CH₄氧化速率和氧化率的变化规律与文献报道相符,该方法对垃圾填埋场覆盖层CH₄氧化能力的估算具有较好的适用性。     

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.     

庭院垃圾对填埋场甲烷的减量化研究

将熟化时间为24个月和2个月的庭院垃圾分别用于建设0.9 m厚的1#和2#两个生物覆盖层单元,并进行了为期15个月的野外试验,以验证庭院垃圾能否作为生物覆盖层材料用于减少垃圾填埋场甲烷的排放,以及利用同位素和质量守恒方法量化生物覆盖层对垃圾填埋场甲烷的氧化能力.结果表明,两个生物覆盖层对甲烷的氧化能力在建设初期达到整个观测期的最高值,分别为(141±10)g·m-2·d-1和(197±27)g·m-2·d-1,随后生物覆盖单元的甲烷氧化能力随季节交替降低至18~120 g·m-2·d-1和23~70 g·m-2·d-1.试验的中后期,在两个生物覆盖单元中均观测到明显数量的甲烷产出.试验结果表明24个月和2个月熟化时间的庭院垃圾作为生物覆盖填料,均具有较好的甲烷减量化能力,但所含不稳定有机质在厌氧条件下的降解会造成额外的甲烷释放.除此之外,在利用质量守恒方法量化甲烷氧化率时,忽略非甲烷氧化菌的呼吸作用会高估庭院垃圾对甲烷的减量化能力.     

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.     

垃圾填埋场内部CH4浓度随时间的变化特征及其模拟

通过对沸山市五峰垃圾清现场内部部分时段ＣＨ４浓度的监测，分析了在填埋场内部垃圾发酵过程中ＣＨ４浓度随时间的动态变化特征提出了利用某些统计曲线分别模拟或综合模块ＣＨ４浓度随时间的变化过程的方法，应用表明：本方法可以较准确地预测垃圾发酵主要内的ＣＨ４浓度随时间的变化，仅在垃圾发酵的尾声阶段，模拟浓度与实测浓度有少许出人。     

垃圾填埋场内部CH4浓度随时间的变化特征及其模拟

通过对佛山市五峰垃圾填埋场内部部分时段CH4浓度的监测 ,分析了在填埋场内部垃圾发酵过程中CH4浓度随时间的动态变化特征 ,提出了利用某些统计曲线分别模拟或综合模拟CH4浓度随时间的变化过程的方法 .应用表明 ,本方法可以较准确地预测垃圾发酵主要时段内的CH4浓度随时间的变化 ,仅在垃圾发酵的尾声阶段 ,模拟浓度与实测浓度有少许出入 .     

生物炭填埋场土壤覆盖层的甲烷减排性能和生物特征

覆盖土的组分与甲烷生物氧化潜力效率密切相关.将水稻秸秆生物炭与填埋场覆盖层土壤以一定的比例混合后填充入覆盖层模拟柱,形成生物炭土壤覆盖层模拟柱(RB),同时设置土壤覆盖层模拟柱(RS)为对照组,考察生物炭的添加对覆盖层的甲烷减排性能和生物特征的影响.结果表明:RB的甲烷减排性能提升较快,第81d时进气中99％的甲烷已被...     

呼吸型填埋场覆盖层技术研究Ⅱ：呼吸型覆盖层的甲烷氧化性能研究

基于前期研究构建的热动力自充氧装置,研究了模拟呼吸型自充氧覆盖层（2.4m×0.85m×3.6m,长×宽×高）对甲烷氧化性能的影响.结果表明,在垃圾快速降解期内,40cm厚自充氧覆盖层中的O2含量始终保持在15%以上,释放到外界的填埋气中CH4含量在检出限以下,与传统覆盖层技术相比,CH4含量最大可削减76.5%.通气...