功能覆盖材料强化无序甲烷氧化的生物效应与机理研究

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1、分类号：0805Z1密级：论文编号：学号：50128052001重庆理工大学硕士学位论文功能覆盖材料强化无序甲烷氧化的生物效应与机理研究研究生:邢志林指导教师：赵天涛教授学位类型：学术学位学科专业：材料化学工程研究方向：生物催化材料培养单位：化学化工学院论文完成时间：2015年3月25日论文答辩日期：2015年5月30日CategoryNumber：0805Z1LevelofSecrecy：SerialNumber：StudentNumber：50128052001Master'sDissertationofChongqingUniversityofTe

2、chnologyBiologicaleffectandmechanismonmethaneoxidationstrengthenedbylandfillbio-covermaterialPostgraduate:XingZhilinSupervisor:ProfessorZhaoTiantaoDegreeCategory：AcademicDegreeSpecialty:MaterialChemicalEngineeringResearchDirection:biocatalyticmaterialTrainingUnit:ChemistryandChem

3、icalEngineeringThesisDeadline:March25,2015OralDefenseDate:May30,2015重庆理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立迸亡取得的成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其迚个人或集体已经发表或撰写的成果、作品。对本文的研究做出重要贡献的集体和个人，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律后果。作者签名日期:7°晦Jr月？丨日学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构

4、送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阋:本人授权重庆理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于（请在以下相应方框内打“V”）：1.保密□，在_年解密后适用本授权书。2.不保密作者签名曰期年女月力曰导师签名日期兮月？丨曰摘要摘要填埋场覆盖层在甲烷减排中起至关重要的作用，有效了解覆盖层甲烷氧化规律，覆盖层材料的生物特性和微生物群落结构是甲烷减排研究的重要组成部分。本研究基于基于实际填埋场覆盖土开展了覆盖材料生物特性评估，甲烷氧化能力预测，生物气连续变化动态甲烷

5、氧化动力学，甲烷氧化菌群落结构变化以及氯代烯烃对甲烷氧化影响等一系列研究。通过筛选以重庆地区填埋场覆盖土为甲烷氧化材料建立反应器，.以经典Monod方程和固定床轴向扩散模型为基础,推演了反应器中甲烷的迁移转化过程,以稳态方程2对监测结果拟合,结果十分理想（R=0.9383~0.9855）,能够较好地描述甲烷在反应器中-1的扩散和氧化过程.甲烷浓度为13%~28%时,推演半饱和常数KS为0.0066~0.0163g·L,-1与以往报道（KS为0.057~2.07g·L）相比表明该覆盖材料对甲烷有较强的亲和氧化能力.该研究成果为覆盖材料的优选和生物特性评估提

6、供了指导.以数值模拟方法分析了氧气在覆盖层中的扩散规律，得到了指数方程形式的氧气2扩散模型（R范围0.8941~0.9975）；通过检测有机碳和甲烷浓度变化进一步考察了模拟覆盖层不同深度的甲烷氧化能力，证实了在0.05~0.25m范围内甲烷氧化活性最高；以Fick定律和轴向扩散模型推导了模拟覆盖层中氧气消耗通量模型，该模型计算得到的氧气消耗通量与覆盖层中微生物甲烷氧化经验方程相比无显著差异；结合以上模型推演出覆盖层甲烷消耗通量模型，与实际检测值相比，预测结果理想2（R=0.9983）。该成果可为揭示填埋场覆盖层生物气扩散规律、强化甲烷氧化能力以及预测甲烷

7、排放提供新的思路和理论依据。以可实时在线监测模拟覆盖层系统为基础，通过连续调节甲烷浓度（0~2000-2-1g·m·d），得到了不同梯度生物气分布规律。不同梯度的甲烷氧化速率与甲烷通量2呈正相关（R变化范围0.851~0.999），甲烷氧化效率随甲烷通量增大而减小。以双2基质方程拟合了甲烷氧化动力学(R范围为0.902~0.955)，得到动态拟合参数Km为0.157%~0.729%，与静态拟合结果相比误差仅为1.1%~1.6%，Km随深度的增加而增大，说明该方法可实现原位甲烷氧化动力学拟合。高通量测序技术分析了原始覆盖土和经模拟覆盖层运行后覆盖土甲烷氧化

8、菌群落结构，优势甲烷氧化菌群为Methylobacter和Methylococc