垃圾填埋场新型覆盖层材料厚度对甲烷氧化行为的影响

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1、生态环境学报2009,18(6):2122-2126http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com垃圾填埋场新型覆盖层材料厚度对甲烷氧化行为的影响*朱磊，张相锋，董世魁，杨文静北京师范大学环境学院//水环境模拟国家重点实验室，北京100875摘要：甲烷是一种长期存在于大气中的重要温室气体，它对温室效应的贡献率是二氧化碳的21倍，生活垃圾填埋场是仅次于水稻田的第二大甲烷人为排放源，减少垃圾填埋场的甲烷气体排放对缓解全球变暖压力具有重要意义。在实验室条件下模拟垃圾填埋场甲烷排

2、放情况，将堆肥+陶粒混合物（体积比1∶1）这一新型覆盖层材料按6个厚度（30、40、50、60、70、80cm）装入有机玻璃柱中研究甲烷氧化与覆盖层深度的关系。研究结果表明：试验94d甲烷氧化率开始下降，到实验结束前6个柱体中甲烷氧化率相似，维持在24.6%~34.8%之间；甲烷氧化速率由于甲烷通入量不断加大呈现先增加后减小的趋势，-2-1-2-1最低值为2.45mol·m·d，最高值为17.82mol·m·d；在试验第119~121d对各个柱体不同深度的气体成分进行分析，发现甲烷氧化的范围主要集中在基质0cm～30cm深处。关键词：填埋场；生物覆盖层厚度；甲烷氧化中图分类号

3、：X705文献标识码：A文章编号：1674-5906（2009）06-2122-05城市固体废物的厌氧分解是一个复杂且缓慢覆盖土有关的因素主要有：土壤结构、有机质含量、[2,9,10]的生化过程，在分解过程中会产生大量的甲烷和二湿度、温度、pH值、土壤深度。其中，填埋氧化碳气体，两者都被《京都议定书》认为是需要场覆盖层厚度（土壤深度）是影响甲烷氧化效率的[1]大量消减的主要温室气体。近年来甲烷减排在全重要因素。由于甲烷氧化菌为好氧菌，如果填埋层球范围内越来越受到重视，其原因在于：（1）甲烷太厚会阻止覆盖层中空气的向下渗透，而太薄的填的全球变暖趋势（GlobalWarmingP

4、otential，简称埋层则无法提供足够的生物基质氧化甲烷。而迄今[2]GWP）是CO2的21倍，其吸收红外线辐射比CO2为止，仍没有相关研究探讨覆盖层厚度和甲烷氧化[3]更有效，已经成为仅次于CO2的主要温室气体；率之间的关系。因此，本文在已有研究工作—新型[11]（2）甲烷的大气浓度增长正在以每年0.6%的速度逐垃圾填埋场覆盖层材料选择的基础上，将新型覆[4]-6年增加，CH4从工业革命前的（0.6～0.8）×10盖层材料基质—堆肥+陶粒混合物（体积比1∶1）-6[5]增加到1992年的1.72×10，增加了大约145%；设置6种厚度处理，在实验室下用有机玻璃柱模拟（3）

5、甲烷在大气中的停留时间只有10a左右，而研究覆盖层厚度对甲烷氧化的影响，期望对填埋场CO2的驻留周期大约是120a，减少甲烷排放可以比甲烷氧化覆盖层新型材料厚度的合理选择提供科控制CO2排放更快并且更为有效地缓解气候变化学依据。[6]；（4）当甲烷在空气的浓度范围为5%～15%时，1实验材料和方法[7]甲烷易发生爆炸，易对人类安全产生威胁。1.1试验材料垃圾填埋场是仅次于农业生产的（水稻生产和试验所使用的甲烷氧化基质由堆肥陶粒按体家畜饲养）最主要的人为排放源，约占到甲烷人为积比1∶1均匀混合制成。本实验使用的堆肥由庭[8]排放总量的17%。垃圾填埋场经过一系列的工程院落叶、废

6、纸和厨余垃圾发酵制成，堆肥发酵到完设计可以促进甲烷氧化菌生长，从而提高甲烷的生全没有臭味，故可认为是腐熟堆肥，堆肥为甲烷氧物氧化。利用甲烷氧化菌可以将垃圾填埋场释放出化菌提供高有机质、良好的通风条件、合适的湿度、[12]来的甲烷转变成二氧化碳，从而减少填埋场甲烷排pH及营养从而能提供较高的甲烷氧化能力。实放量、减轻温室效应。对于垃圾填埋场甲烷氧化的验开始前堆肥过1cm筛网。研究，前人已做了较多工作，发现影响甲烷氧化菌实验用陶粒是一种不规则的颗粒状固体，陶粒氧化能力的因素有很多，包括垃圾组分、填埋场土作为工业废弃物品，价格低廉。由于其比表面积较壤结构、养分状况、湿度、温度、pH

7、值、土壤深大，能为甲烷氧化菌提供较好的氧化场所，并能改[2,9]度、氧化还原电位、甲烷和氧气的浓度等；与善基质的通风条件。课题组前期开展的填埋场覆盖基金项目：国家863高技术计划项目（2007AA06Z350）；国家自然科学基金项目(50808017)；北京市优秀人才资助项目(PYZZ090422001973)作者简介：朱磊（1986年生），男，硕士，研究方向：恢复生态学。E-mail:zhulei08@bnu.edu.cnm*通讯作者：张相锋，男，讲师，E-mail:zhangxf@bnu.edu.c