我国北方生活垃圾填埋场甲烷释放特性及控制方法研究

【摘要】：生活垃圾填埋场是我国重要的人为甲烷排放源。由于填埋气收集系统效率低下,大量甲烷被无组织排放至大气中。生物覆盖层技术是控制甲烷无组织排放的关键技术之一,但在甲烷无组织排放规律未知时,其应用受到限制。因此,针对我国填埋场甲烷无组织释放规律开展研究,并据此探究高效的生物覆盖层技术对我国填埋场甲烷无组织排放的控制效果具有重大意义。本研究以北方某生活垃圾填埋场P为研究对象,基于静态箱法、探针法及稳定同位素法等监测及分析方法,研究了填埋场P的甲烷氧化及释放特性,结果表明,作业面一般不发生甲烷氧化过程。秋冬季节的作业面及覆土面甲烷释放通量显著上升,土壤覆盖层基本丧失甲烷氧化能力。针对秋冬季节作业面甲烷无组织释放严重的现象,在P填埋场搭建了五种临时覆盖层中试单元并进行现场监测,研究了临时覆盖期(3个月)内各覆盖单元甲烷氧化及释放特性。空白组基本不发生甲烷氧化过程。生物炭-土壤混合物单元平均甲烷氧化率(fox)为56.1%;甲烷释放通量(Fout)为92.9-148.9 g/(m2·d)。矿化垃圾单元平均fox为61.5%;Fout为7.2-96.6 g/(m2·d)。堆肥及建筑渣土单元氧化能力较差。针对环境因素、材料自身性质及工程因素对临时覆盖层甲烷氧化能力的影响开展研究。除土壤外,其余四种临时覆盖层对环境因素均有一定适应性。氨氮含量增大,p H值由中性变为碱性,有机质含量降低均会导致覆盖层甲烷氧化能力下降。生物炭-土壤混合物及矿化垃圾对不同区间甲烷负荷适应性较好。随着覆盖层深度变浅,覆盖层甲烷氧化率均呈现先增大后减小的趋势,表层甲烷氧化率普遍小于10 cm处。生物炭-土壤混合物及矿化垃圾覆盖层甲烷减排潜力较大,约占我国总人为甲烷排放量的0.9-1.0%。临时覆盖层应用于实际工程时,需特别注意“棉被效应”及渗滤液的影响。 【关键词】：生活垃圾填埋场 甲烷释放及氧化 临时覆盖层 稳定同位素技术
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-25
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-21
• 1.2.1 填埋场甲烷的产生与释放9-10
• 1.2.2 填埋场甲烷氧化机理研究10-13
• 1.2.3 填埋场甲烷氧化特性研究13-14
• 1.2.4 替代材料强化甲烷氧化研究14-21
• 1.2.5 问题识别21
• 1.3 研究目的、内容及技术路线21-25
• 1.3.1 研究目的21-22
• 1.3.2 研究内容22-23
• 1.3.3 技术路线23-25
• 第2章 研究对象与方法25-31
• 2.1 研究对象及采样计划25-26
• 2.2 样品采集方法26-27
• 2.2.1 气体样品采集26-27
• 2.2.2 土壤样品采集27
• 2.3 样品分析方法27-29
• 2.3.1 气体样品分析方法27-28
• 2.3.2 土壤样品理化性质分析方法28
• 2.3.3 土壤样品微生物性质分析方法28-29
• 2.4 数据处理方法29-31
• 2.4.1 甲烷释放通量及氧化率计算29-30
• 2.4.2 微生物学性质分析30-31
• 第3章 生活垃圾填埋场甲烷氧化及释放特性研究31-52
• 3.1 研究对象及采样情况简介31
• 3.2 生活垃圾填埋场甲烷氧化及释放时空分布特征研究31-43
• 3.2.1 填埋场不同作业区域甲烷氧化及释放特性研究31-35
• 3.2.2 填埋场甲烷氧化及释放特性随时间变化规律研究35-41
• 3.2.3 填埋场甲烷氧化纵向变化规律研究41-43
• 3.3 环境因素对填埋场甲烷氧化能力的影响43-47
• 3.4 填埋场甲烷氧化及释放行为模型模拟47-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 临时覆盖层强化甲烷氧化研究52-86
• 4.1 研究对象简介52-53
• 4.2 填埋场临时覆盖层甲烷氧化及释放特性53-59
• 4.3 临时覆盖层甲烷氧化能力影响因素研究59-70
• 4.3.1 环境因素对临时覆盖层甲烷氧化能力的影响59-63
• 4.3.2 材料理化性质对临时覆盖层甲烷氧化能力的影响63-64
• 4.3.3 覆盖层厚度对临时覆盖层甲烷氧化能力的影响64-65
• 4.3.4 甲烷负荷对临时覆盖层甲烷氧化能力的影响65-70
• 4.4 微生物学分析70-84
• 4.4.1 覆盖初期甲烷氧化菌群落结构分析70-77
• 4.4.2 临时覆盖期结束后（三个月后）甲烷氧化菌群落结构分析77-83
• 4.4.3 覆盖初期及临时覆盖期结束后微生物群落结构对比83-84
• 4.5 本章小结84-86
• 第5章 临时覆盖层工程应用分析86-94
• 5.1 临时覆盖层评价及工程应用潜力分析86-87
• 5.2 ―棉被效应‖对临时覆盖层的影响87-88
• 5.3 渗滤液对临时覆盖层的影响88-93
• 5.4 本章小结93-94
• 第6章 结论与建议94-96
• 6.1 结论94-95
• 6.2 建议95-96
• 参考文献96-103
• 致谢103-105
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果105

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