垃圾生物覆蓋土對(duì)填埋場(chǎng)甲烷減排的機(jī)理研究.pdf

1、本文針對(duì)生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土資源短缺、填埋場(chǎng)庫(kù)容有限、封場(chǎng)后釋放出的低濃度甲烷回收利用成本高、效率低、持續(xù)排放時(shí)間長(zhǎng)、溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)大等一系列亟待解決的重要問(wèn)題,采用靜態(tài)箱法實(shí)地監(jiān)測(cè)了封場(chǎng)后生活垃圾填埋場(chǎng)的甲烷排放情況,在土壤甲烷單加氧酶(methane monooxygenase,MMO)活性的測(cè)定方法和土壤MMO活性與其甲烷氧化速率的關(guān)系等甲烷氧化特性研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)優(yōu)化垃圾生物覆蓋土的組成和特性(包括顆粒大小、含水率和pH值),自

2、主開發(fā)了一種可作為填埋場(chǎng)覆蓋土的垃圾生物覆蓋土;通過(guò)分批試驗(yàn),研究了垃圾生物覆蓋土中填埋氣的甲烷氧化動(dòng)力學(xué)機(jī)制以及環(huán)境條件(溫度、氧氣和土壤含氮量)對(duì)其甲烷氧化速率的影響;通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬垃圾填埋場(chǎng)和模擬土柱層試驗(yàn),研究了土柱層的填埋氣組分、甲烷排放通量、甲烷氧化速率以及MMO活性的時(shí)空分布特性,從而基本明確了填埋場(chǎng)甲烷減排機(jī)理,為垃圾生物覆蓋土的應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　 (1)土壤MMO活性測(cè)定時(shí),對(duì)照樣宜采用0

3、.04 g·kg-1 NaN3作為土壤生物活性抑制劑,以消除土壤生物及吸附作用等對(duì)丙烯的消耗量;最適底物丙烯濃度為0.5％;培養(yǎng)時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)土壤MMO活性測(cè)定影響不大,但從測(cè)定的誤差和可靠性考慮,可選用5 d作為土壤MMO活性測(cè)定的培養(yǎng)時(shí)間。土壤的甲烷氧化速率與土壤MMO活性有很好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2為0.9193。
　　 (2)覆蓋土層中的甲烷濃度與土層深度有關(guān),表土層中的甲烷濃度最低。不同的填埋區(qū)域中甲烷排放通量受季節(jié)的影

4、響很大,其變化范圍大約在27.38～5611.67mmol·m·d-1;隨著填埋年齡的延長(zhǎng),填埋場(chǎng)產(chǎn)氣量不斷下降,因此其甲烷排放通量也逐漸降低。
　　 (3)常規(guī)填埋場(chǎng)覆蓋土的甲烷氧化速率和MMO活性分別為0.36～1.81μmol·g-1·h-1和52.54～409.85nmol·g-1·h-1,其中9月覆蓋土的甲烷氧化速率和MMO活性都顯著高于4月。A區(qū)(填埋齡為14～16年)覆蓋土的MMO活性顯著高于B區(qū)(填埋齡為9～11

5、年)和C區(qū)(填埋齡為6～8年)。覆蓋土的MMO活性和甲烷氧化速率具有較好的線性相關(guān)性。
　　 (4)垃圾生物覆蓋土作為填埋場(chǎng)覆蓋材料的最適組成為:原始pH值(7.9),含水率45％,粒徑≤4mm的顆粒。當(dāng)甲烷濃度小于飽和濃度(10％)時(shí),隨著甲烷濃度的增大,垃圾生物覆蓋土的甲烷氧化速率也隨之增大。甲烷氧化過(guò)程遵循Michaelis-Menten模型,甲烷氧化速率最大值可達(dá)到9.03μmol·g-1·h-1。甲烷氧化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)表

6、明,在垃圾生物覆蓋土中,低親和力的甲烷氧化菌占主導(dǎo)地位。甲烷消耗速率與溫度、氧氣濃度、土壤含氮量相關(guān).當(dāng)土壤中NH4+-N或NO3--N含量低于600 mg·kg-1時(shí),氮的添加會(huì)促進(jìn)垃圾生物覆蓋土對(duì)甲烷的消耗.但是當(dāng)NH4+-N或NO3--N含量高于1200 mg·kg-1時(shí),則會(huì)抑制甲烷氧化。與NO3--N相比,低濃度NH4+-N可作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),對(duì)甲烷氧化的促進(jìn)作用更大,而高濃度的NH4+-N卻對(duì)甲烷氧化的抑制作用更大。高濃度甲烷環(huán)

7、境會(huì)在一定程度上減輕NH4+-N和NO3--N對(duì)甲烷氧化的抑制作用。
　　 (5)試驗(yàn)垃圾生物覆蓋土模擬土柱的甲烷排放通量平均值分別為0.12～0.20mol·m-2·d-1,而且在試驗(yàn)的第73天,80天和102天,甲烷排放通量幾乎為0;而常規(guī)填埋場(chǎng)覆蓋土模擬土柱的平均甲烷排放通量為2.81～3.15 mol·m-2·d-1;各模擬土柱層中甲烷和二氧化碳濃度沿土柱層自下而上遞減,垃圾生物覆蓋土模擬土柱層氧氣濃度自下而上逐漸增加,