土壤因素对填埋场终场覆盖层甲烷氧化的影响
摘要：以填埋场三种不同性质的终场覆土为对象,考察了其各自的甲烷氧化速率,并采用其中氧化速率最大的土壤进行柱培养,进而通过对出柱土样进行含水率与氨氮投加量的双因素正交实验,考察它们对土壤甲烷氧化能力的影响. 实验结果表明:不同土壤的甲烷氧化能力存在显著差异,这与土壤的理化性质及其覆盖龄有关;氨氮的投加对甲烷氧化的抑制作用并不明显;低含水率(5%) 下土壤的甲烷氧化几乎停止,而甲烷氧化最适含水率为15%;含水率相对氨氮而言,是影响填埋场覆土甲烷氧化的主要因素.
关键词: 土质; 含水率; 添加氨氮; 填埋场; 终场覆土; 甲烷氧化
甲烷(CH4) 是一种重要的温室气体,增温效能是CO2 的21 倍;CH4 对全球温室效应的综合贡献达22 % ,仅次于CO2[1 ] ,且年增长率最快[2 ] . 生活垃圾填埋场是重要的CH4 释放源,调查表明,近年来垃圾填埋场排放的CH4 量在20～70 Tg·年- 1 [3 ] ,占全球CH4 总排放量的比例为12 %～20 %[4 ] . 生活垃圾填埋场也是我国甲烷气体的重要排放源,控制垃圾填埋场的CH4 释放是我国履行《京都议定书》义务,减少温室气体排放的一个重要方面(中华人民共和国建设部,建城容函[2005 ]15 号) .
通过管道系统主动收集和利用填埋气(L FG) 是控制生活垃圾填埋场CH4 释放的有效方法. 然而,L FG收集和利用系统造价昂贵,对于中小型填埋场缺乏经济上的可行性;同时,封场后填埋场的CH4产生强度降低,主动收集系统效率下降,以致不能正常运行[5 ] . 在这些情况下,强化利用填埋场终场覆盖层土壤的甲烷氧化能力,是控制甲烷释放的一种经济高效的手段. 国外对于填埋场终场覆盖层的甲烷氧化行为的研究表明,终场覆盖层作为大气中O2与L FG的动态混合区域,其中的甲烷氧化菌可在适当的环境条件下将CH4 转化成CO2 、水和生物质,从而减少甚至完全消除填埋场的甲烷释放. 影响填埋场覆土甲烷氧化能力的主要因素有:与土壤性状相关的因素(如土质[6 - 7 ] 、含水率、氨氮[8 - 15 ] 、盐度[16 ]等) ,其他气象因素(如降雨、温度[17 - 18 ] ) 和人为因素(如植被、施肥、灌溉[19 - 20 ] ) 等,也可通过改变土壤性状对其造成影响. 目前,国内对此还缺乏相关的研究报道. 对于实际的生活垃圾卫生填埋场,人为可控制的强化终场覆土甲烷氧化能力因素主要是:覆土种类的选择、含水率的调节(植被保水,表面或亚表面灌溉) 以及氨氮投加量的控制(通过生物反应器型填埋场渗滤液回灌的水质控制) . 因此,本文研究这三个土壤因素对甲烷氧化行为的影响.
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