功能覆蓋材料強(qiáng)化無序甲烷氧化的生物效應(yīng)與機(jī)理研究.pdf

1、填埋場(chǎng)覆蓋層在甲烷減排中起至關(guān)重要的作用，有效了解覆蓋層甲烷氧化規(guī)律，覆蓋層材料的生物特性和微生物群落結(jié)構(gòu)是甲烷減排研究的重要組成部分。本研究基于基于實(shí)際填埋場(chǎng)覆蓋土開展了覆蓋材料生物特性評(píng)估，甲烷氧化能力預(yù)測(cè)，生物氣連續(xù)變化動(dòng)態(tài)甲烷氧化動(dòng)力學(xué)，甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)變化以及氯代烯烴對(duì)甲烷氧化影響等一系列研究。通過篩選以重慶地區(qū)填埋場(chǎng)覆蓋土為甲烷氧化材料建立反應(yīng)器，.以經(jīng)典 Monod方程和固定床軸向擴(kuò)散模型為基礎(chǔ),推演了反應(yīng)器中甲烷的遷移

2、轉(zhuǎn)化過程,以穩(wěn)態(tài)方程對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果擬合,結(jié)果十分理想（R2=0.9383~0.9855）,能夠較好地描述甲烷在反應(yīng)器中的擴(kuò)散和氧化過程.甲烷濃度為13％~28%時(shí),推演半飽和常數(shù)KS為0.0066~0.0163 g·L-1,與以往報(bào)道（KS為0.057~2.07 g·L-1）相比表明該覆蓋材料對(duì)甲烷有較強(qiáng)的親和氧化能力.該研究成果為覆蓋材料的優(yōu)選和生物特性評(píng)估提供了指導(dǎo).
　　本研究以數(shù)值模擬方法分析了氧氣在覆蓋層中的擴(kuò)散規(guī)律，得到了

3、指數(shù)方程形式的氧氣擴(kuò)散模型（R2范圍0.8941~0.9975）；通過檢測(cè)有機(jī)碳和甲烷濃度變化進(jìn)一步考察了模擬覆蓋層不同深度的甲烷氧化能力，證實(shí)了在0.05~0.25 m范圍內(nèi)甲烷氧化活性最高；以 Fick定律和軸向擴(kuò)散模型推導(dǎo)了模擬覆蓋層中氧氣消耗通量模型，該模型計(jì)算得到的氧氣消耗通量與覆蓋層中微生物甲烷氧化經(jīng)驗(yàn)方程相比無顯著差異；結(jié)合以上模型推演出覆蓋層甲烷消耗通量模型，與實(shí)際檢測(cè)值相比，預(yù)測(cè)結(jié)果理想（R2=0.9983）。該成果可

4、為揭示填埋場(chǎng)覆蓋層生物氣擴(kuò)散規(guī)律、強(qiáng)化甲烷氧化能力以及預(yù)測(cè)甲烷排放提供新的思路和理論依據(jù)。以可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)模擬覆蓋層系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過連續(xù)調(diào)節(jié)甲烷濃度（0~2000 g·m-2·d-1），得到了不同梯度生物氣分布規(guī)律。不同梯度的甲烷氧化速率與甲烷通量呈正相關(guān)（R2變化范圍0.851~0.999），甲烷氧化效率隨甲烷通量增大而減小。以雙基質(zhì)方程擬合了甲烷氧化動(dòng)力學(xué)(R2范圍為0.902~0.955)，得到動(dòng)態(tài)擬合參數(shù) Km為0.157%~0

5、.729%，與靜態(tài)擬合結(jié)果相比誤差僅為1.1%~1.6%，Km隨深度的增加而增大，說明該方法可實(shí)現(xiàn)原位甲烷氧化動(dòng)力學(xué)擬合。高通量測(cè)序技術(shù)分析了原始覆蓋土和經(jīng)模擬覆蓋層運(yùn)行后覆蓋土甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢(shì)甲烷氧化菌群為 Methylobacter和Methylococcales，Methylobacter在覆蓋層中的分布與氧氣濃度呈正相關(guān)，除Methylobacter和Methylococcales外其他甲烷氧化菌分布無顯著性差異。該成果

6、有利于更準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)覆蓋層生物氣變化規(guī)律，為深入了解覆蓋層微生物群落結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以甲烷富集填埋場(chǎng)覆蓋土為生物介質(zhì)，研究了反-1,2-二氯乙烯（t-1,2-DCE）,順-1,2-二氯乙烯（c-1,2-DCE）,三氯乙烯（TCE）和四氯乙烯（PCE）四種氯代烯烴對(duì)覆蓋土甲烷氧化影響。結(jié)果表明PCE在較低濃度時(shí)（小于34 mg/L）能夠促進(jìn)甲烷氧化，當(dāng)其濃度增大到60 mg/L，仍無顯著抑制作用。當(dāng)TCE濃度小于44 mg/L時(shí)，對(duì)甲烷氧化