垃圾填埋场甲烷气体高效生物氧化实验室模拟研究

【摘要】： 甲烷是一种重要的温室气体,填埋场排放的甲烷占全球甲烷排放量很大的一部分。生物覆盖层和生物滤池技术是减少填埋场温室气体排放的有效手段。本研究利用双向通风工艺制得质量优良的堆肥物作为填埋场生物覆盖层和生物滤池的主要材料。实验室模拟了生物覆盖层和生物滤池的甲烷氧化,对其结果进行比较分析。并对生物滤池材料的甲烷氧化动力学参数进行了拟合。 采用自动双向通风工艺能够有效的改善堆体内温度分布不均的情况。堆体顶层、中心、底层的温度差较单向通风工艺明显减小。堆肥的强制通风阶段有机质的降解消耗了约42%。且堆体各层的有机质的消耗较为一致,证明正反向自动通风的工艺能够较好的保证整个堆体的堆肥质量。不同通风方向下,堆肥系统的排出气体组分并没有什么变化。在整个强制通风阶段并未检测到甲烷排出,这表明堆体内部基本不存在厌氧区域。CO_2是用此工艺堆肥的最主要温室气体排放源。堆肥系统在强制通风阶段的CO_2排放总量为11.644kg。约合0.468kgCO_2/kg dw。 生物覆盖层的实验室模拟实验,1mm堆肥物和陶粒的混合物作为生物覆盖层的材料,模拟柱的甲烷氧化速率为4.8mol·m~(-1)day~(-1)。而用甲烷通过1mm堆肥物的模拟模拟柱并没有发生氧化。说明增大填埋场覆盖土的孔隙度有助于提高CH_4氧化。陶粒作为一种辅助材料,可以很好改善生物覆盖层内的气体传输。生物覆盖层的最佳甲烷氧化深度出现在40～50cm处。 与生物覆盖层相比,生物滤池实验中,可以大大的提高甲烷氧化速度。模拟的生物滤池较生物覆盖层的甲烷氧化速率提高了7.8倍,达25.0g m~(-3)h~(-1)。模拟柱纵向的气体分布显示,几乎整个柱体的材料都参与了甲烷氧化。通入过量的空气能够显著提高滤池的甲烷氧化效率,甲烷浓度对甲烷氧化有明显的影响。生物滤池材料的动力学参数拟合结果为:最大甲烷氧化速率为V_(max)为0.094μmolCH_4 g~(-1)h~(-1)dw,半速常数KM为1.2%。 【关键词】：填埋场 甲烷氧化 堆肥 生物覆盖层 生物滤池 动力学参数
【学位授予单位】：北京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X701
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-24
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 研究进展10-22
• 1.2.1 垃圾填埋气的产生与释放10
• 1.2.2 甲烷氧化细菌10-12
• 1.2.3 填埋场表层土壤的CH_4氧化12-17
• 1.2.4 填埋场生物覆盖层的CH_4氧化17-19
• 1.2.5 生物滤池中的甲烷氧化19-21
• 1.2.6 生物滤池与生物覆盖层的比较21
• 1.2.7 当前需要解决的问题21-22
• 1.3 研究目标与内容22-24
• 1.3.1 研究目标22
• 1.3.2 研究内容22-24
• 2 生物覆盖层与生物滤池材料的制备24-36
• 2.1 实验装置与材料25-26
• 2.1.1 实验装置25-26
• 2.1.2 实验材料26
• 2.2 取样及分析方法26-28
• 2.2.1 实验中监测的指标26-27
• 2.2.2 样品的采集27
• 2.2.3 分析方法27-28
• 2.3 结果与讨论28-36
• 2.3.1 温度28-32
• 2.3.2 含水率32-33
• 2.3.3 有机质33-34
• 2.3.4 氧气与二氧化碳34-35
• 2.3.5 小结35-36
• 3 生物覆盖层与生物滤池中CH_4氧化规律的研究36-46
• 3.1 实验装置和仪器37-38
• 3.1.1 生物覆盖层实验装置37
• 3.1.2 生物滤池实验装置37-38
• 3.2 实验方法与材料38-40
• 3.2.1 实验材料38-39
• 3.2.2 实验方法39-40
• 3.3 结果与讨论40-45
• 3.3.1 生物覆盖层模拟实验40-43
• 3.3.2 生物滤池模拟实验43-45
• 3.4 小结45-46
• 4 甲烷氧化动力学实验研究46-54
• 4.1 实验装置及材料47
• 4.2 实验方法47-48
• 4.3 实验结果及讨论48-52
• 4.3.1 含水率的影响48-49
• 4.3.2 初始甲烷浓度的影响49-51
• 4.3.3 生物滤池材料的动力学参数51-52
• 4.4 小结52-54
• 5 结论与建议54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 建议55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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