垃圾填埋场覆盖层甲烷氧化及资源利用研究进展

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1、垃圾填埋场覆盖层甲烷氧化及资源利用研宄进展1瑞安市环境保护局；2江丙现代职业技术学院摘要：CH4等温室气体引起的全球变暖已成为备注瞩目的环境问题之一。而垃圾填埋场是CH4的重要释放源，木文从垃圾填埋场覆盖层甲烷氧化的反应原理、影响因素等方面对当前研究现状进行总结，并分析了甲烷的资源化利用技术，为全面认识垃圾填埋场的甲烷减排提供参考。关键词：垃圾填埋场；甲烷氧化；覆盖层；资源利用随着气候变暖这一全球性的环境问题出现，引起这现象的温室气体成为重点研究的对象之一。由于甲烷的全球变暖潜势(GWP)为C02的21倍，因此成为仅次于二氧化碳的

2、长寿命温室气体。人类活动中的CH4释放源主要有垃圾填埋、水库、煤炭开釆、水稻田、石油与天然气开发等等。垃圾填埋场是CH4的重要释放源，全球甲烷支出在垃圾填埋和废弃物这一项呈逐年上升趋势。目前，我国城市生活垃圾年清运量巨大，国内绝大多数地方现仍采用垃圾填埋这一相对成熟的处理技术。因此研宄填埋场覆盖土层的甲烷氧化行为、影响因素及如何实现资源化利用等等是极其应用前景的。木文从垃圾填埋场覆盖层的甲烷氣化行为以及资源利用技术等方面对当前研究现状进行分析，为全面认识垃圾填埋场的甲烷减排提供参考。1垃圾填埋场覆盖层甲烷氧化的原理及影响因素垃圾填

3、埋场中存在甲烷氣化菌，根据膜结构、生理特征、形态差异分为甲院氣化菌I型、II型，分别属于α-变形菌纲(α-Proteobacteria)和β-变形菌纲(β-Proteobacteria)。其中1型甲院氧化菌对环境条件的改变反应灵敏［1］。甲烷氧化菌利用甲烷单加氣酶催化氧化甲烷为甲醇，甲醇进一步在甲醇脱氢酶的作用下氧化成甲醛，甲醛又在甲醛脱氢酶的作用下氧化为甲酸，甲酸最终在甲酸脱氢酶的作用下氧化为C02,即甲醇→甲醛→甲酸盐→C02,在氧化过程中甲烷氧化菌获得

4、生长所需的能量。从反应原理可以看出，在垃圾填埋场中设置甲烷氧化菌的适宜或最佳生存条件是很有必要的。如覆盖层的温度、pH、含水率、覆盖层基质、植被、覆盖深度等均是影响甲烷氧化效率的主要参数。1.1温度CH4释放通量随C02释放通量年变化规律波动，二者表现为显著正相关；在春、夏、秋季CH4释放通量变化较为平稳，冬季CH4释放通量随C02释放通量年变化规律波动［2】。老覆盖土最人CH4氧化速率最佳温度为20〜30°C［3］。Charlotte和Peter［4］认为甲烷氧化菌的最适宜温度约为30°C。邵立明等［5］研究证明，在无填埋气体主

5、动收集的填埋场内，CH4释放通量分别与覆土温度和气温呈显著正相关。1.2含水率含水量对覆盖土的甲烷氧化能力有很大影响；覆盖吋间为3年的覆盖黄土和堆肥掺量为3.0%的新鲜黄土甲烷氧化的最适宜含水量分别为25%和20%〜30%;当含水量低于15%吋，覆盖黄土的甲烷氧化能力较低［6］。CH4释放通量与填埋场覆土中含水率呈显著正相关［5】。低含水率(5%)下土壤的甲烷氧化几乎停止，而甲烷氧化最适含水率为15%［7］。由此可见，垃圾填埋场覆盖层的甲烷氧化作用的最佳含水量为15%〜30%。1.3pH值多数甲烷氧化菌为中性菌，因此在中性环境下氧

6、化甲烷是最适宜的。覆盖层pH值过低或过高都可能是的甲烷氧化菌中毒，失去酶活性，使得甲烷氧化功能减弱或丧失。Charlotte和Peter［4］的研究提出最适宜pH的范围为6.5〜7.5。1.4覆盖层基质不同土壤的甲烷氧化能力存在显著差异，这与土壤的理化性质及艽覆盖龄有关［7】。张后虎等［3】研究表明不冋覆盖土材料的CH4氧化速率由高到低依次为老黏性覆盖土、老砂性覆盖土、新黏性覆盖土和新砂性覆盖土。也冇学者为提高覆盖土的甲烷氧化能力，在覆盖土中加入堆肥、污泥等奋机质含量较高的材料形成生物覆盖层。赵玲等［8】的研究表明消化污泥和矿化垃

7、圾对甲烷的氧化能力均大于黏土。在未做覆盖的新鲜黄土中掺入堆肥能冇效提高新鲜黄土的甲烷氧化能力；且当堆肥掺量小于50%吋，土样的最大甲烷氧化速率与堆肥掺量呈正比例关系；当堆肥摻量达到50%后，增加堆肥掺量己不能进一步提高黄土的甲烷氧化能力［6】。由此可见，堆肥掺量也是存在适宜范围，适当的堆肥掺量能提高甲烷氧化能力。1.4其他因素影响垃圾填埋场的甲烷氧化能力的因素还冇植被、填埋龄、覆土深度、02含量等。植被的覆被可促进甲烷氧化菌的繁殖和氧化。填埋龄与覆土深度对填埋场CH4的释放影响显著，填埋龄（10〜15a）长、覆土深度（80〜100

8、cm）大II无填埋气收集系统的平台的CH4四季及昼夜释放通量均相对较小［9］。杨文静等［10］以陶粒和堆肥复合基质生物覆盖层为研究对象，结果表明不同厚度生物覆盖层的甲烷氧化速率以30cm厚度最佳。龙焰等［11］研究结果表明：CH4、02和NO3--