填埋场甲烷厌氧氧化过程研究

发布时间：2017-07-29 03:03

  本文关键词：填埋场甲烷厌氧氧化过程研究

  更多相关文章： 垃圾填埋场 甲烷厌氧氧化 电子受体 反应动力学

【摘要】：甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体,控制甲烷的排放是缓解温室效应的必要措施。生物氧化是减少甲烷释放的重要途径。甲烷的氧化曾一度认为仅在好氧条件下发生,随着厌氧甲烷氧化(AOM)被认识和研究,对厌氧生境的甲烷源功能逐渐转变为源-汇双重功能。近年来,不同生境中耦合不同电子受体的AOM逐渐被发现和研究。但对于填埋场这一多电子受体共存的生境,AOM直接证据不足,动力学及微生物学机理不明。本论文通过对不同填埋龄的填埋场垃圾取样分析,获得了填埋场中AOM的微生物学证据,并证明了填埋场中AOM的电子受体耦合方式有耦合铁还原的厌氧甲烷氧化(Fe-DAMO)、耦合硫酸盐还原的厌氧甲烷氧化(S-DAMO)、以及耦合硝酸盐还原的厌氧甲烷氧化(N-DAMO)过程。通过静态摇瓶实验得Fe-DAMO、S-DAMO、N-DAMO过程的动力学模型,并基于正交实验分析了环境因子对Fe-DAMO、S-DAMO、N-DAMO过程的影响。建立了模拟填埋场反应器,基于渗滤液好氧处理-回灌技术,提高电子受体回流效率,综合评估了AOM对填埋场甲烷减排的贡献。具体实验结果如下:(1)在Fe-DAMO过程中,甲烷的降解速率与甲烷浓度相关,与三价铁浓度无关,反应符合一级动力学模型,反应速率常数为89μmol·kg-1d-1;S-DAMO和N-DAMO反应与甲烷和电子受体浓度均正相关,以双底物米门方程对其拟合效果良好。S-DAMO和N-DAMO反应的速率常数分布为170μmol·kg-1d-1和204μmol·kg-1d-1。所以,耦合硫酸盐和硝酸盐的甲烷厌氧氧化过程能更好地控制甲烷释放。(2)正交实验过程中,影响耦合不同电子受体AOM反应的主要环境因子分别是温度,pH,含水率和有机质。在Fe-DAMO过程中,环境因子对AOM过程影响的大小顺序是pH含水率温度有机质,T=26.44℃,p H=5.27,MC=19.29%,om=19.76g/kg时,Fe-DAMO的氧化速率达到最大;在S-DAMO过程中,环境因子对AOM过程影响的大小顺序是pH有机质温度含水率,T=37.19℃,pH=7.27,MC=16.24%,om=11.99g/kg时,S-DAMO的氧化速率达到最大;在N-DAMO过程中,环境因子对AOM过程影响的大小顺序是有机质pH温度含水率,T=28.68℃,pH=8.32,MC=21.07%,om=22.40g/kg时,N-DAMO的氧化速率达到最大。(3)渗滤液经好氧处理后,二价铁迅速转化为三价铁,在第二天时就基本达到稳定的状态,反应器运行到第七天时,渗滤液中已经检测不到二价铁的存在,而渗滤液硫化物转化过程相对缓慢,初始硫酸盐的浓度从120mg/L增大到151mg/L。但由于渗滤液好氧处理过程中,发生了硝化-反硝化作用,大部分氨氮转化为氮气释放,所以得到硝态氮的含量较低。但渗滤液好氧处理试验可以证明,渗滤液经过好氧处理后,还原性的物质被氧化成可供AOM利用的电子受体,为填埋场甲烷汇提供了前提保证。(4)根据动力学拟合结果,将过量的三种电子受体(三价铁、硫酸盐、硝酸盐)回灌到模拟填埋场反应器中,结果表明,单位质量的基质对甲烷削减效率可达90%以上,在甲烷通量为3.3×10-2mol/m2情况下,甲烷的氧化效率至少可达到2.97×10-2mol/m。由此可知,在填埋场高度为10m的情况下,通过厌氧甲烷汇可以削减的甲烷量为0.297mol。相比于好氧甲烷氧化,虽然其速率低,但填埋场深度较大,厌氧甲烷氧化区域大,且可通过人为控制电子受体的回灌,削减渗滤液的同时,实现甲烷减排,因此具有良好的应用前景。
【关键词】：垃圾填埋场 甲烷厌氧氧化 电子受体 反应动力学
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X705
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 甲烷厌氧氧化的研究现状12-17
• 1.2.1 甲烷厌氧氧化的发生途径12-14
• 1.2.2 甲烷厌氧氧化的功能微生物14-16
• 1.2.3 耦合电子受体还原的甲烷厌氧氧化生境16-17
• 1.3 问题的提出、研究内容及技术路线17-20
• 第二章 甲烷厌氧氧化过程识别20-26
• 2.1 实验材料与方法20-21
• 2.2 不同厌氧甲烷氧化菌的识别过程21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 甲烷厌氧氧化的反应动力学及影响因素研究26-51
• 3.1 甲烷厌氧氧化的反应动力学26-35
• 3.1.1 实验材料与方法26
• 3.1.2 耦合硫酸盐的甲烷厌氧氧化反应动力学26-29
• 3.1.3 耦合硝酸盐的甲烷厌氧氧化的反应动力学29-32
• 3.1.4 耦合三价铁的甲烷厌氧氧化的反应动力学32-35
• 3.2 甲烷厌氧氧化影响因素研究35-49
• 3.2.1 环境因子对Fe-DAMO影响36-40
• 3.2.2 环境因子对S-DAMO影响40-44
• 3.2.3 环境因子对S-DAMO影响44-49
• 3.3 本章小结49-51
• 第四章 基于渗滤液好氧处理的电子受体转化研究51-56
• 4.1 渗滤液好氧处理过程中硝酸盐的浓度变化51-52
• 4.2 渗滤液好氧处理过程中三价铁的浓度变化52-54
• 4.3 渗滤液好氧处理过程中硫酸盐的浓度变化54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 填埋场厌氧甲烷汇功能评估56-64
• 5.1 Fe-DAMO甲烷汇过程评估56-57
• 5.2 S-DAMO甲烷汇过程评估57-59
• 5.3 N-DAMO甲烷汇过程评估59-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第六章 结论与建议64-67
• 6.1 结论64-66
• 6.2 建议66-67
• 参考文献67-72
• 作者简介及在校期间取得的科研成果72-73
• 致谢73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴晓凤;;“350”厌氧胶在我厂的应用[J];粘接;1982年04期

2 雄心;;三种新型厌氧胶研制成功[J];今日科技;1982年01期

3 T.R.Baldwin;金荣达;;厌氧粘结剂[J];国外机车车辆工艺;1986年05期

4 陈熊飞;;“微胶囊厌氧胶”等项目在杭通过鉴定[J];粘合剂;1986年02期

5 林可君;;厌氧胶粘剂[J];黎明化工;1986年01期

6 杨息;;国内厌氧胶标准的制定与动态[J];粘接;1987年01期

7 杨息;;国内厌氧胶标准的制定与动态[J];粘接;1987年02期

8 郑福民;;厌氧胶应用工艺[J];机械制造;1987年06期

9 李良福;零件固定用的厌氧胶[J];机械科学与技术;1990年06期

10 李良福;;零件固定用的厌氧胶[J];机械科学与技术;1990年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴香尧;;四川省城市生活垃圾厌氧产沼及堆肥的再生利用前景[A];四川省循环经济发展模式（Ⅰ）——污泥再生利用[C];2005年

2 余淦申;郭茂新;张砺彦;陈杭飞;付德龙;宋立志;王炜;董立明;史伟祥;过秀华;;苎麻脱胶废水管道厌氧-好氧治理技术开发[A];中国土木工程学会给水排水学会排水委员会第二届第一次年会论文集[C];1991年

3 杨晓娜;;一种容油性厌氧胶的研制及其应用[A];北京粘接学会第十八届年会暨胶粘剂、密封剂技术发展论坛论文集[C];2009年

4 张耀斌;全燮;;内置零价铁强化厌氧污水处理技术[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

5 董双良;高俊刚;董喜华;张彩云;;硅笼改性耐热厌氧胶的制备及其固化动力学[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2007年

6 魏利;马放;李成军;王博;孙伟;;基于16S rDNA不同靶序列对厌氧ABR反应器微生物多样性分析的影响[A];第十次全国环境微生物学术研讨会论文摘要集[C];2007年

7 C．T．M．J．Frijters;R．H．Vos;G．Scheffer;R．Mulder;;厌氧-好氧法处理漂白和染色废水[A];2006第三届全国染整清洁生产、节水节能、降耗新技术交流会论文集[C];2006年

8 阮海英;陈亮;陈东辉;黄满红;;厌氧/缺氧/好氧组合SBR工艺去除活性艳兰KN-G的研究[A];上海市化学化工学会2009年度学术年会论文集[C];2009年

9 朱伟云;;利用气压转换技术筛选厌氧真菌[A];第三届全国饲料营养学术研讨会论文集[C];1998年

10 何刚;廖日红;刘操;王培京;;厌氧折板滤池处理农村污水试验研究[A];全国给水排水技术信息网2009年年会论文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者张媛;拧紧工业污水的阀门[N];秦皇岛日报;2014年

2 本报记者 苗昆;生物解决方案高效处理污水[N];中国环境报;2012年

3 广州中环万代环境工程有限公司桂琪;“厌氧＋好氧”处理造纸废水[N];中国环境报;2005年

4 本报记者　张显峰;厌氧技术：小反应器里的大产业[N];科技日报;2006年

5 记者 邓娴邋见习记者 李婧瑜 通讯员 李淑慧;世界领先厌氧制沼技术落户安阳[N];安阳日报;2008年

6 宗华;废水处理添新工艺[N];中国石化报;2001年

7 记者　 刘伟 通讯员　 徐侠 龙步青;废物达标排放 年节本两千万[N];连云港日报;2006年

8 广州中环万代环境工程有限公司 桂琪;“厌氧＋好氧”处理造纸废水[N];中国环境报;2005年

9 本报记者 吴诚　李良;发展循环经济的双重驱动[N];中国环境报;2012年

10 中国环境科学院 李岱青;畜禽粪便尿污染恶果已突显[N];中国畜牧报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 王维奇;闽江河口湿地甲烷厌氧氧化及其机制研究[D];福建师范大学;2014年

2 常功法;基于厌氧环境的倒置A~2/O工艺生物除磷机理研究[D];山东大学;2013年

3 袁丽梅;多点进水厌氧—多级缺氧/好氧—膜组合工艺处理生活污水的试验研究[D];东华大学;2007年

4 岳正波;水生植物的瘤胃微生物转化[D];中国科学技术大学;2008年

5 隋倩雯;氨吹脱与膜生物反应器组合工艺处理猪场厌氧消化液研究[D];中国农业科学院;2014年

6 汪林;反硝化同步除磷动力学原理及其在改善MSBR性能中的应用[D];重庆大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘星;一株厌氧发酵木糖产氢菌的分离鉴定及功能评价[D];中国农业科学院;2015年

2 张蓓;农村(社区)污水集中收集厌氧强化预处理技术研究[D];西安建筑科技大学;2015年

3 范秋香;反硝化型甲烷厌氧氧化微生物富集研究[D];中国矿业大学;2015年

4 王昊书;厨房垃圾高效破碎除杂成套化装置设计与优化研究[D];浙江大学;2015年

5 王睿文;厌氧-SBR处理豆油精炼废水及产乙酸的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 孙美洲;草食动物厌氧真菌与共存甲烷菌的分离鉴定及其代谢产物分析[D];南京农业大学;2014年

7 王旭;填埋场甲烷厌氧氧化过程研究[D];吉林大学;2016年

8 李改莲;畜禽粪便厌氧发酵液产品的开发及其防虫特性试验研究[D];河南农业大学;2004年

9 綦峰;柠檬酸厌氧出水回用技术探究[D];江南大学;2013年

10 杨静;甾体雌激素厌氧迁移转化特征研究[D];合肥工业大学;2013年

，

本文编号：587157