功能覆蓋材料強化無序甲烷氧化的生物效應與機理研究.pdf

1、填埋場覆蓋層在甲烷減排中起至關重要的作用，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構是甲烷減排研究的重要組成部分。本研究基于基于實際填埋場覆蓋土開展了覆蓋材料生物特性評估，甲烷氧化能力預測，生物氣連續(xù)變化動態(tài)甲烷氧化動力學，甲烷氧化菌群落結構變化以及氯代烯烴對甲烷氧化影響等一系列研究。通過篩選以重慶地區(qū)填埋場覆蓋土為甲烷氧化材料建立反應器，.以經(jīng)典 Monod方程和固定床軸向擴散模型為基礎,推演了反應器中甲烷的遷移

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

3、指數(shù)方程形式的氧氣擴散模型（R2范圍0.8941~0.9975）；通過檢測有機碳和甲烷濃度變化進一步考察了模擬覆蓋層不同深度的甲烷氧化能力，證實了在0.05~0.25 m范圍內甲烷氧化活性最高；以 Fick定律和軸向擴散模型推導了模擬覆蓋層中氧氣消耗通量模型，該模型計算得到的氧氣消耗通量與覆蓋層中微生物甲烷氧化經(jīng)驗方程相比無顯著差異；結合以上模型推演出覆蓋層甲烷消耗通量模型，與實際檢測值相比，預測結果理想（R2=0.9983）。該成果可

4、為揭示填埋場覆蓋層生物氣擴散規(guī)律、強化甲烷氧化能力以及預測甲烷排放提供新的思路和理論依據(jù)。以可實時在線監(jiān)測模擬覆蓋層系統(tǒng)為基礎，通過連續(xù)調節(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（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。以雙基質方程擬合了甲烷氧化動力學(R2范圍為0.902~0.955)，得到動態(tài)擬合參數(shù) Km為0.157%~0

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

6、有利于更準確認識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構提供基礎數(shù)據(jù)。以甲烷富集填埋場覆蓋土為生物介質，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）四種氯代烯烴對覆蓋土甲烷氧化影響。結果表明PCE在較低濃度時（小于34 mg/L）能夠促進甲烷氧化，當其濃度增大到60 mg/L，仍無顯著抑制作用。當TCE濃度小于44 mg/L時，對甲烷氧化