有机覆盖层对垃圾填埋场甲烷氧化效果的研究及其填埋场适宜草种的筛选

【摘要】： 甲烷(CH4)是重要的温室气体之一,填埋场是重要的CH4释放源。提高填埋场有机覆盖层的甲烷氧化能力,是控制填埋场温室气体释放的一种经济高效的手段。填埋场人工种植绿色植物不仅可以减少填埋气排放,而且还可以改善填埋场的环境。本文通过实验室模拟方法探讨了4种有机覆盖层基质的甲烷氧化效果,选择出最佳的覆盖层材料;通过对4种绿地植被甲烷胁迫的研究,确定出适合北方地区垃圾填埋场生态恢复绿色植物,并通过生理生态学分析揭示了植物耐受甲烷胁迫的机制。主要研究结果如下: 1.有机覆盖层对垃圾填埋场甲烷氧化效果的研究: 本研究通过4种不同类型覆盖基质的甲烷氧化试验,模拟填埋场覆盖层的甲烷氧化特征,旨在筛选出适合垃圾填埋场的覆盖材料。试验结果表明:粒径≤1mm堆肥物和陶粒的复合物是最佳的覆盖层材料,其甲烷氧化效率高达100%;粒径对基质氧气传输能力的影响不明显;不同基质的甲烷氧化能力存在显著性差异,这与基质本身的理化性质有关。 在实验室条件下模拟不同厚度有机覆盖层甲烷氧化行为,确定最佳覆盖层厚度。按不同甲烷流量梯度,增加甲烷负荷及空气通入量,研究得出最大甲烷氧化速率及最佳覆盖层厚度。试验结果表明:最佳覆盖层厚度为30cm,其甲烷氧化速率平均值为8.63 mol·m-2·d-1,这是由于氧气可以渗透至基质底层,外源甲烷进入柱体即开始氧化消耗。 在实验室模拟条件下,比较分析了覆盖层含水率、温度、初始甲烷浓度、氧气浓度对甲烷氧化效率的影响,旨在为实际工程应用提供科学依据。试验结果表明:堆肥与陶粒的复合基质最佳含水率为40%、温度为15℃时,甲烷的氧化速率达6.28μmol·h-1·g-1(dw)。 2.以4种绿地植物为试验材料,采用盆栽试验方法,研究比较了其对甲烷胁迫环境下的适生性。结果表明:甲烷对狗牙根发芽造成严重威胁、对白三叶幼苗的正常生长发育影响严重、甲烷胁迫下绿地植物生长速度减小;高羊茅(Festuca arundinacea)和紫花苜蓿(Medicago Sativa)是适宜北方地区垃圾填埋场种植的理想草种。 【关键词】：覆盖层基质 甲烷氧化 甲烷氧化动力学 适宜草种 光合速率
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S688.41
【目录】：

• 摘要5-6
• SUMMARY6-11
• 1. 文献综述11-24
• 1.1 研究背景及意义11-15
• 1.1.1 填埋气的产生与释放14
• 1.1.2 垃圾填埋气减排的必要性14-15
• 1.2 研究进展15-22
• 1.2.1 填埋场覆盖层的甲烷氧化15-16
• 1.2.2 垃圾填埋场环境的绿化生态恢复16-18
• 1.2.3 影响填埋场中甲烷氧化的因素18-21
• 1.2.4 当前需要解决的问题21-22
• 1.3 研究的目标与内容22-24
• 1.3.1 研究目标22
• 1.3.2 研究内容22-24
• 1.3.2.1 有机覆盖层CH_4 氧化行为研究22
• 1.3.2.2 CH_4 氧化动力学试验研究22-23
• 1.3.2.3 垃圾填埋场适宜草种的筛选实验研究23-24
• 2. 有机覆盖层对垃圾填埋场甲烷氧化效果研究24-43
• 2.1 材料与方法24-28
• 2.1.1 材料24-26
• 2.1.1.1 有机覆盖层基质24-25
• 2.1.1.2 试验装置25
• 2.1.1.3 试验小反应器25-26
• 2.1.1.4 气体分析仪器26
• 2.1.2 试验方法26-28
• 2.1.2.1 有机覆盖层基质对甲烷氧化的影响26
• 2.1.2.2 最佳有机覆盖层基质用量的研究26-27
• 2.1.2.3 甲烷氧化动力学研究27-28
• 2.2 结果与讨论28-42
• 2.2.1 有机覆盖层基质对甲烷氧化的影响28-31
• 2.2.1.1 不同基质模拟柱排气口甲烷浓度的变化28-29
• 2.2.1.2 不同基质模拟柱沿柱体高度的气体组分分布29-31
• 2.2.2 最佳有机覆盖层基质用量的研究31-36
• 2.2.2.1 甲烷氧化速率随时间变化31-34
• 2.2.2.2 甲烷氧化效率随时间变化34
• 2.2.2.3 不同有机覆盖层厚度模拟柱沿柱体高度的气体组分分布34-36
• 2.2.3 甲烷氧化动力学研究36-42
• 2.2.3.1 温度对甲烷氧化的影响36
• 2.2.3.2 含水率对甲烷氧化的影响36-37
• 2.2.3.3 初始氧气浓度对甲烷氧化的影响37
• 2.2.3.4 初始甲烷浓度对甲烷氧化的影响37-38
• 2.2.3.5 两种基质的甲烷氧化速率38-39
• 2.2.3.6 基质最佳含水率39-40
• 2.2.3.7 有机覆盖层材料的动力学参数40-42
• 2.4 结论42-43
• 2.4.1 覆盖层基质对甲烷氧化的影响42
• 2.4.2 最佳覆盖层基质用量的研究42
• 2.4.3 甲烷氧化动力学研究42-43
• 3. 垃圾填埋场适宜草种的筛选研究43-50
• 3.1 材料和方法43-44
• 3.1.1 试验材料43
• 3.1.2 试验处理43
• 3.1.3 测定方法43-44
• 3.1.3.1 生长速度测定43-44
• 3.1.3.2 净光合速率(PN)和蒸腾速率(TR)测定44
• 3.1.3.3 植物PRO、MDA 及酶活性测定44
• 3.1.4 数据处理44
• 3.2 结果与分析44-48
• 3.2.1 甲烷胁迫对狗牙根发芽率和白三叶生长的影响44
• 3.2.2 甲烷胁迫对绿地植被生长速率的影响44-45
• 3.2.3 甲烷胁迫对绿地植物光合速率（PN）45-46
• 3.2.4 甲烷胁迫对绿地植物蒸腾速率(TR)的影响46-47
• 3.2.5 甲烷胁迫对植物酶活性的影响47-48
• 3.3 讨论48-50
• 4. 结论与建议50-51
• 4.1 结论50
• 4.2 建议50-51
• 参考文献51-57
• 致谢57-58
• 作者简介58-59
• 导师简介59

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