李海玲,岳波,黃啟飛,蘇毅,高慶先,馬占云
1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012 2.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所,大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049
?
生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力原位測(cè)試法的優(yōu)化與應(yīng)用
李海玲2,3,岳波1*,黃啟飛1,蘇毅1,高慶先1,馬占云1
1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012 2.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所,大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049
為提高垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力原位測(cè)試方法的適用性,對(duì)基于CO2和CH4濃度比的碳原子守恒法進(jìn)行了優(yōu)化。應(yīng)用優(yōu)化后的方法對(duì)北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力的變化規(guī)律進(jìn)行分析,結(jié)果表明:該垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層表面CO2和CH4釋放通量比在春夏季較高且變動(dòng)范圍較大,而秋冬季則相對(duì)較低且穩(wěn)定;覆蓋層CH4氧化速率和氧化率均表現(xiàn)為秋冬季遠(yuǎn)低于春夏季,監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)(封場(chǎng)時(shí)間為2003年)和監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)(封場(chǎng)時(shí)間為2009年)覆蓋層CH4氧化速率(以C計(jì))平均值春夏季分別為1 569.89和1 054.47 mg/(m2·h),秋冬季分別為171.13和333.02 mg/(m2·h);監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)CH4氧化率平均值春夏季分別為79.69%和44.83%,秋冬季分別為7.54%和11.33%;填埋時(shí)間較長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)覆蓋層的CH4氧化能力〔全年平均值為911.7 mg/(m2·h)〕大于監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)〔全年平均值為707.5 mg/(m2·h)〕。應(yīng)用優(yōu)化后的方法得到的覆蓋層CH4氧化速率和氧化率的變化規(guī)律與文獻(xiàn)報(bào)道相符,該方法對(duì)垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力的估算具有較好的適用性。
生活垃圾填埋場(chǎng);覆蓋層;CH4氧化能力;原位測(cè)試法;CH4釋放通量
CH4作為一種重要的溫室氣體,其100年的全球增溫潛勢(shì)值(global warming potential,GWP)是CO2的25倍。全世界每年CH4排放量有5%~20%來(lái)自生活垃圾填埋場(chǎng)[1]。在各種人為CH4排放源中,生活垃圾填埋場(chǎng)CH4排放總量已列第3位[2-3]。
在生活垃圾填埋場(chǎng)的CH4減排研究中,覆蓋層的CH4氧化作用一直是研究的熱點(diǎn)[4]。研究表明,垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的CH4在通過(guò)覆蓋層過(guò)程中被CH4氧化菌氧化去除,在不同環(huán)境條件下覆蓋層的CH4氧化能力可從忽略不計(jì)到實(shí)現(xiàn)100%的氧化[5]。覆蓋層的存在使垃圾填埋層處于與外界相對(duì)隔離的環(huán)境中,覆蓋層對(duì)CH4的氧化作用以及覆蓋層自身的通透性成為影響生活垃圾填埋場(chǎng)CH4釋放規(guī)律的主要因素[6-8]。作為垃圾填埋場(chǎng)CH4減排的重要途徑,覆蓋層土壤的密度、含水率、溫度、理化性質(zhì)等因素都將直接影響CH4氧化菌的氧化作用。由于影響覆蓋層CH4氧化能力的因素眾多,因此給CH4氧化量的估算帶來(lái)了一定的困難[9]。
在對(duì)覆蓋層的CH4氧化能力的研究中,有學(xué)者建立了基于CO2和CH4濃度比的碳原子守恒法[10],該法最初是通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立覆蓋層模擬試驗(yàn)土柱來(lái)研究覆蓋層CH4氧化能力。土柱自下而上由礫石透氣層和覆蓋材料層組成,分別向土柱底部和頂部鼓入一定濃度比的CO2、CH4混合氣以及O2,以模擬覆蓋層的CH4氧化過(guò)程,通過(guò)比較填埋柱不同高度處的CO2和CH4濃度比的變化來(lái)評(píng)估覆蓋層的CH4氧化速率,通過(guò)對(duì)模擬土柱的不同設(shè)計(jì),該法可用于覆蓋材料CH4氧化速率及覆蓋層最大CH4氧化深度等方面的研究。20世紀(jì)80年代,基于CO2和CH4濃度比的碳原子守恒法被用于覆蓋層CH4氧化能力的原位分析,但是由于在填埋場(chǎng)實(shí)際填埋條件下,對(duì)覆蓋層底部填埋氣中CO2和CH4濃度比進(jìn)行測(cè)量存在一定的難度,該方法自提出后,一直沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用[11]。
筆者結(jié)合文獻(xiàn)關(guān)于垃圾填埋場(chǎng)填埋垃圾的降解規(guī)律和溫度對(duì)覆蓋層CH4氧化能力作用的相關(guān)研究結(jié)論,對(duì)基于CO2和CH4濃度比的碳原子守恒法進(jìn)行優(yōu)化,并利用優(yōu)化后的方法對(duì)北京阿蘇衛(wèi)生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層的CH4氧化能力進(jìn)行了分析,對(duì)方法的適用性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,以期為我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)CH4氧化能力提供方法學(xué)和數(shù)據(jù)支持。
基于CO2和CH4濃度比的碳原子守恒法的基本原理為:覆蓋層下面的填埋氣在通過(guò)覆蓋層釋放到大氣的過(guò)程中受到覆蓋層CH4氧化作用,部分CH4被轉(zhuǎn)化生成CO2,使得通過(guò)覆蓋層表面最終釋放到大氣中的CO2和CH4的釋放通量比(Z2)相對(duì)于填埋層的填埋氣中CO2和CH4的濃度比(Z1,即覆蓋層下墊面CO2和CH4傳輸通量比)發(fā)生變化[10],反應(yīng)過(guò)程為[5]:
根據(jù)碳原子守恒:
(1)
(2)
OX=MfCH4_in
(3)
式中:fCO2_out和fCH4_out分別為覆蓋層表面CO2和CH4釋放通量(以C計(jì)),mg(m2·h);M為單位面積覆蓋層的CH4氧化速率,mg(m2·h);fCO2_in和fCH4_in分別為由填埋層進(jìn)入覆蓋層底部的CO2和CH4的傳輸通量,mg(m2·h);OX為覆蓋層對(duì)CH4的氧化率,%。
研究表明,溫度、含水率、有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度、pH等理化性質(zhì)均會(huì)影響覆蓋層CH4氧化菌的生物活性[11]。其中,溫度的影響使覆蓋層的CH4氧化能力呈季節(jié)性變化[12],溫暖的氣候有利于提高覆蓋層的CH4氧化能力,冬季特別是溫度低于0 ℃時(shí),填埋場(chǎng)覆蓋層的CH4氧化過(guò)程幾乎停止[12-13]。研究指出,CH4氧化菌的最適宜溫度為20~30 ℃,低于5 ℃時(shí)覆蓋材料的CH4氧化能力極低[14-15]。Mor等[16]研究堆肥CH4氧化速率發(fā)現(xiàn),22和30 ℃條件下CH4氧化菌的最大氧化速率分別為1.68和1.65 μmol(kg·s);當(dāng)溫度低于7 ℃時(shí),最大CH4氧化速率僅為0.15 μmol(kg·s)。綜上,溫度是覆蓋層CH4氧化能力最主要的影響因素之一,特別是我國(guó)北方地區(qū),年溫差變化大,冬季溫度較低,環(huán)境溫度的季節(jié)變化將直接影響覆蓋層CH4氧化能力的季節(jié)性變化。
垃圾填埋場(chǎng)生活垃圾的降解過(guò)程可分為好氧分解階段、水解階段(過(guò)渡階段)、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)CH4階段、填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段[17]。其中,產(chǎn)CH4階段是填埋氣產(chǎn)生的主要階段,并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),可達(dá)數(shù)十年甚至上百年。垃圾降解經(jīng)過(guò)最初的不穩(wěn)定階段后,產(chǎn)生的填埋氣中CH4和CO2濃度在很長(zhǎng)一段時(shí)間里能保持基本穩(wěn)定。劉建國(guó)等[18]的研究表明,填埋場(chǎng)垃圾層溫度由細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)熱決定,受外界環(huán)境氣候變化的影響甚微,因此產(chǎn)CH4階段填埋氣中CH4和CO2濃度幾乎不隨季節(jié)變化。填埋層產(chǎn)生的填埋氣中Z1在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)保持恒定。
綜上可知:1)對(duì)于填埋比較規(guī)范的大型生活垃圾填埋場(chǎng),產(chǎn)CH4階段填埋層產(chǎn)生的填埋氣中Z1在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)保持恒定,即覆蓋層下墊面CO2與CH4傳輸通量比保持穩(wěn)定;2)我國(guó)北方地區(qū),冬季環(huán)境溫度較低時(shí),覆蓋層的CH4氧化作用幾乎停止。因此冬季溫度較低時(shí),Z2等于Z1:
(4)
從而可根據(jù)冬季覆蓋層表面Z2,求得覆蓋層下面填埋氣中的Z1,進(jìn)而根據(jù)式(2)求得覆蓋層的CH4氧化速率。
利用優(yōu)化后的方法對(duì)北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力進(jìn)行分析,覆蓋層表面CH4和CO2釋放通量采用靜態(tài)箱法-氣相色譜法測(cè)定。
2.1 樣品采集
研究場(chǎng)地為北京阿蘇衛(wèi)生活垃圾填埋場(chǎng),該填埋場(chǎng)采用厭氧填埋工藝。監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)邊坡位于垃圾填埋場(chǎng)一層作業(yè)平臺(tái)南區(qū),垃圾填埋時(shí)間為2000年之前,并于2003年完成封場(chǎng);監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)邊坡位于一層作業(yè)平臺(tái)北區(qū),垃圾填埋時(shí)間為2008年之前,并于2009年完成封場(chǎng)。邊坡封場(chǎng)自下而上分別為渣土層、導(dǎo)氣層、GCL防滲層、黏土層(50 cm)、營(yíng)養(yǎng)土層(30 cm)和植被層。在監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn),安裝靜態(tài)通量箱。靜態(tài)通量箱為圓柱體設(shè)計(jì),箱體遮光,底坐直徑為50 cm,高為20 cm,箱蓋高30 cm,箱頂設(shè)取樣口、氣壓平衡塞和溫度測(cè)量接口。采樣日期為2012年7月—2013年7月,采樣時(shí)間為每個(gè)采樣日上午10:00─12:00,采樣過(guò)程中,每隔5 min抽氣1次,連續(xù)抽氣5次。
2.2 樣品分析
樣品采用Agilent 7890A型氣相色譜儀分析,其中,CH4和CO2的色譜分析條件見文獻(xiàn)[19]。
2.3 釋放通量計(jì)算
覆蓋層CH4或CO2釋放通量的計(jì)算公式如下:
(5)
式中:V為通量箱的體積,m3;A為通量箱的覆蓋面積,m2;ΔC/Δt為單位時(shí)間通量箱內(nèi)CH4或CO2濃度的變化(以C計(jì)),mg/(m3·h);T為靜態(tài)箱內(nèi)溫度,℃。
3.1 CO2和CH4釋放通量比變化特征
覆蓋層CO2和CH4釋放通量如表1所示。由表1可計(jì)算出Z2的變化,結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,Z2在春夏季較高且變化范圍較大,其中監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)為2.42~15.13,監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)為0.63~2.72;秋冬季則相對(duì)穩(wěn)定且較低,監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別為0.48~0.71和0.39~0.57。春夏季覆蓋層與外界環(huán)境的水熱交換頻繁,CH4氧化菌活性較強(qiáng),造成Z2較大。相反,秋冬季覆蓋層受外界低溫環(huán)境影響,CH4氧化活性較低,并且秋冬季短時(shí)間的環(huán)境溫度升高不足以恢復(fù)CH4氧化菌的活性,從而導(dǎo)致Z2較低且平穩(wěn)。同時(shí),秋冬季節(jié)CO2和CH4釋放通量較平穩(wěn)也反映了產(chǎn)CH4期覆蓋層下面填埋氣中CO2和CH4濃度比長(zhǎng)期保持穩(wěn)定這一特性。Z2可作為反映覆蓋層CH4氧化能力變化規(guī)律的指標(biāo)。
表1 生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CO2和CH4氣體的釋放通量
Table 1 CO2 and CH4 emission fluxes in MSW landfill cover layers mg(m2·h)
表1 生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CO2和CH4氣體的釋放通量
日期CH4監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)CO2監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)2012-07-181069.28±652.68401.83±322.932610.51±827.53974.73±341.832012-07-25689.19±407.722183.98±2001.083803.67±2431.322225.07±987.262012-08-16849.85±503.82623.24±536.632994.32±1289.121692.49±559.492012-08-29292.02±241.931053.71±627.261401.88±508.571227.30±475.872012-09-18155.90±80.671104.71±747.321460.28±589.901046.01±435.522012-09-26330.20±209.751360.10±1080.79798.21±318.601279.01±734.482012-10-172682.88±1387.774082.63±2742.171350.16±479.621902.36±1091.152012-11-012204.24±1138.294180.37±3329.431046.47±467.902196.66±1725.652012-11-211269.85±938.922624.37±1944.21896.85±496.181022.27±588.212012-12-041362.11±620.532215.91±1504.23657.34±279.481171.28±752.692012-12-202627.11±1349.731485.97±932.091661.38±1003.53787.25±456.632013-01-182964.92±1666.742202.63±1630.621521.02±816.961249.67±910.772013-02-281735.14±869.472370.84±1373.00902.24±543.941162.38±637.842013-03-141956.61±789.962138.99±1419.971315.96±465.441227.47±724.982013-04-17497.40±372.942499.89±2257.321467.70±1017.601583.51±1121.172013-05-2170.36±56.522602.87±2461.49717.67±233.072142.36±1233.832013-07-1654.93±21.841355.79±779.66831.21±304.891592.56±663.14
圖1 覆蓋層CO2和CH4釋放通量比隨溫度的變化Fig.1 Variation relationships between emission flux ratio of CH4 to CO2 and ambient temperature in cover layers
3.2 覆蓋層CH4氧化能力
監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的覆蓋層CH4氧化速率和氧化率分別如圖2和圖3所示。由圖2和圖3可知,2個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)覆蓋層CH4氧化能力隨溫度變化表現(xiàn)出較好的相關(guān)性,2個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)覆蓋層CH4氧化速率和氧化率均表現(xiàn)為秋冬季低于春夏季。監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)覆蓋層CH4氧化速率和氧化率平均值春夏季分別為1 569.89 mg/(m2·h)和79.69%,秋冬季分別為171.13 mg/(m2·h)和7.54%;監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)覆蓋層CH4氧化速率和氧化率平均值春夏季分別為1 054.47 mg/(m2·h)和44.83%,秋冬季節(jié)分別為333.02 mg/(m2·h)和11.33%。Chanton等[20]通過(guò)碳同位素示蹤原位測(cè)定研究發(fā)現(xiàn),覆蓋層CH4氧化率冬季為3%~5%,夏季最大值為43%±10%。B?rjesson等[17]研究了季節(jié)變化對(duì)覆蓋層CH4氧化能力的影響,結(jié)果表明,夏季填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化率為41%~94%,冬季特別是溫度低于0 ℃,氧化過(guò)程幾乎完全停止??梢?,溫度的季節(jié)性變化是覆蓋層CH4氧化能力季節(jié)性變化規(guī)律的決定性因素。
圖2 監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)覆蓋層CH4氧化速率Fig.2 Variation of CH4 oxidation velocity in monitoring zone Ⅰ and Ⅱ of cover layers
圖3 監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)覆蓋層CH4氧化率Fig.3 Variation of CH4 oxidation ratio in monitoring zone Ⅰ and Ⅱ of cover layer
3.3 垃圾填埋齡對(duì)覆蓋層CH4氧化能力的影響
監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)覆蓋層CH4氧化速率全年最低值、最高值和平均值分別為0、3 463.5和911.7 mg/(m2·h),氧化率全年最低值、最高值和平均值分別為0%、94%和46%;監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)覆蓋層CH4氧化速率全年最低值、最高值和平均值分別為0、1 578.3和707.5 mg/(m2·h),氧化率全年最低值、最高值和平均值分別為0%、72%和29%。填埋時(shí)間較長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)覆蓋層的CH4氧化能力大于監(jiān)測(cè)Ⅱ區(qū)。Visscher等[21]研究表明,農(nóng)田土壤的最大CH4氧化速率為6 000 mg/(m2·h),而廢棄9 a的垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層的最大氧化速率為9 050 mg/(m2·h);B?rjesson等[22]研究發(fā)現(xiàn),夏季新填埋場(chǎng)覆蓋層的CH4氧化率為41%~50%,舊填埋場(chǎng)(封場(chǎng)17 a)為60%~94%;何品晶等[12]的實(shí)驗(yàn)室土柱模擬研究表明,經(jīng)過(guò)40 d培養(yǎng),覆蓋材料的CH4氧化速率由1 650 mg/(m2·h)升至4 165 mg/(m2·h)。可見,長(zhǎng)期暴露在富CH4環(huán)境中可有效提高覆蓋層材料的CH4氧化能力。
綜上,應(yīng)用優(yōu)化后的方法研究垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)區(qū)覆蓋層CH4氧化能力,得到的覆蓋層CH4氧化速率和氧化率及其變化規(guī)律與已有文獻(xiàn)報(bào)道的研究結(jié)果相符,該方法對(duì)垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力的估算具有較好的適用性。
(1)覆蓋層表面CO2和CH4釋放通量比(Z2)在春夏季較高且變化較大,監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別為2.42~15.13和0.63~2.72;秋冬季則相對(duì)穩(wěn)定且較低,監(jiān)測(cè)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別為0.48~0.71和0.39~0.57。Z2可作為反映覆蓋層CH4氧化能力變化規(guī)律的指標(biāo)。
(2)覆蓋層CH4氧化速率和氧化率均表現(xiàn)為秋冬季遠(yuǎn)低于春夏季,溫度的季節(jié)性變化是覆蓋層CH4氧化能力季節(jié)性變化規(guī)律的決定性因素。
(3)利用優(yōu)化后的方法計(jì)算得到的覆蓋層CH4氧化速率和氧化率的變化規(guī)律與文獻(xiàn)報(bào)道的研究結(jié)果符合程度較好,該方法對(duì)生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力的估算具有較好的適用性。
[1] NETZ B,DAVIDSON O R,BOSCH P R.Climate change 2007:mitigation contribution of working group Ⅲ to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[J].Computational Geometry,2007,18(2):95-123.
[2] 高慶先,杜吳鵬,盧士慶,等.中國(guó)城市固體廢棄物甲烷排放研究[J].氣候變化研究進(jìn)展,2006,3(6):70-74. GAO Q X,DU W P,LU S Q,et al.Methane emission from municipal solid waste in China[J].Advances in Climate Change Research,2006,3(6):70-74.
[3] 董路,劉玉強(qiáng),黃啟飛,等.準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)CH4含量分布變化研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,2005,18(3):20-23. DONG L,LIU Y Q,HUANG Q F,et al.Study on distribution of methane content in semi-aerobic landfilling structure[J].Research of Environmental Sciences,2005,18(3):20-23.
[4] 周北海,王琪,松藤康司,等.我國(guó)填埋場(chǎng)改造及發(fā)展方向的探討[J].環(huán)境科學(xué)研究,2000,13(3):12-15. ZHOU B H,WANG Q,MATSUFUJI Y,et al.Discussion on landfill improvement and the way to develop in China[J].Research of Environmental Sciences,2000,13(3):12-15.
[5] HILGERI H,HUMER M.Biotic landfill cover treatments for mitigating methane emissions[J].Environmental Monitoring & Assessment,2003,84(1):71-84.
[6] BOGNER J,SPOKAS K,BURTON E,et al.Landfills as atmospheric methane sources and sinks[J].Atmospheric Environment,1995,31(9):4119-4130.
[7] KIGHTLEY D,NEDWELL D B,COOPER A M.Capacity for methane oxidation in landfill cover soils measured in laboratory-scale soil microcosms[J].Applied & Environmental Microbiology,1995,61(2):592-601.
[8] 王延華,楊浩.產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌分布對(duì)土壤-植物系統(tǒng)甲烷逸出的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究,2011,24(10):1136-1141. WANG Y H,YANG H.Effects of methanogens and methanotrophs distribution on methane emissions from a soil-plant system[J].Research of Environmental Sciences,2011,24(10):1136-1141.
[9] BOGNER J,MATTHEWS E.Global methane emissions from landfills:new methodology and annual estimates 1980-1996[J].Global Biogeochemical Cycles,2003,17(2):157-168.
[10] CHRISTOPHERSEN M,KJELDSEN P,HOLST H,et al.Lateral gas transport in soil adjacent to an old landfill:factors governing emissions and methane oxidation[J].Waste Management & Research the Journal of the International Solid Wastes & Public Cleansing Association Iswa,2001,19(2):126-143.
[11] SADASIVAM B Y,REDDY K R.Landfill methane oxidation in soil and bio-based cover systems:a review[J].Reviews in Environmental Science and BioTechnology,2014,13(1):79-107.
[12] 何品晶,瞿賢,楊琦,等.填埋場(chǎng)終場(chǎng)覆蓋層甲烷氧化行為實(shí)驗(yàn)室模擬研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(1):40-44. HE P J,QU X,YANG Q,et al.Simulated study on methane oxidation in landfill cover soil[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2006,26(1):40-44.
[13] 岳波,林曄,黃澤春,等.垃圾填埋場(chǎng)的甲烷減排及覆蓋層甲烷氧化研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2010,19(8):2010-2016. YUE B,LIN Y,HUANG Z C,et al.Methane emission reduction in msw landfills and methane oxidation in landfill covers:a review[J].Ecology and Environment,2010,19(8):2010-2016.
[14] 丁維新,蔡祖聰.溫度對(duì)甲烷產(chǎn)生和氧化的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2003,14(4):604-608. DING W X,CAI Z C.Effect of temperature on methane production and oxidation in soils[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2003,14(4):604-608.
[15] SCHEUTZ C,MOSBAEK H,KJELDSEN P.Attenuation of methane and volatile organic compounds in landfill soil covers[J].Journal of Environmental Quality,2004,33(1):61-71.
[16] MOR S,DE V A,RAVINDRA K,et al.Induction of enhanced methane oxidation in compost:temperature and moisture response[J].Waste Management,2006,26(4):381-388.
[17] B?RJESSON G,SUNDH I,BO S.Microbial oxidation of CH4at different temperatures in landfill cover soils[J].Fems Microbiology Ecology,2004,48(3):305-312.
[18] 劉建國(guó),邵可聲,邵敏,等.中國(guó)典型城市垃圾填埋場(chǎng)甲烷δ13C特征研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,2004,17(5):41-43. LIU J G,SHAO K S,SHAO M,et al.Characteristic δ13C of methane from a typical metropolitan landfill in China[J].Research of Environmental Sciences,2004,17(5):41-43.
[19] 岳波,林曄,王琪,等.填埋場(chǎng)覆蓋材料的甲烷氧化能力及其影響因素研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2011,1(1):57-62. YUE B,LIN Y,WANG Q,et al.Research on methane oxidation capacity of landfills cover materials and its impact factors[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2011,1(1):57-62.
[20] CHANTON J,LIPTAY K.Seasonal variation in methane oxidation in a landfill cover soil as determined by an in situ stable isotope technique[J].Global Biogeochemical Cycles,2000,14(1):51-60.
[21] VISSCHER A D,THOMAS D,PASCAL B A,et al.Methane oxidation in simulated landfill cover soil environments[J].Environmental Science & Technology,1999,33(11):1854-1859.
[22] B?RJESSON G,CHANTON J,SVENSSON B H.Methane oxidation in two swedish landfill covers measured with carbon-13 to carbon-12 isotope ratios[J].Journal of Environmental Quality,2001,30(2):369-376.□
Modification and application of methane oxidation capacity in-situ testing methodology in MSW landfill cover layer
LI Hailing2,3, YUE Bo1, HUANG Qifei1, SU Yi1, GAO Qingxian1, MA Zhanyun1
1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China 3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
To expand the applicability of the in-situ landfill layer CH4oxidation capability analysis method, the carbon conservation method based on the ratio of CO2and CH4was optimized. The optimized method was then applied on Asuwei landfill site located in Beijing for analysis of the variation rule of landfill layer CH4oxidation capability. The results showed that CO2and CH4flux ratios on the cover layer surface were higher in summer than that in winter, and relatively stable in autumn and winter. Both the CH4oxidation velocities and oxidation ratios of cover layer in autumn and winter were far lower than that in spring and summer. In addition, the average CH4oxidation velocity (by carbon) in monitoring zone Ⅰ was 1 569.89 mg(m2·h) in spring and summer, and 171.13 mg(m2·h) in autumn and winter, while in monitoring zone Ⅱ the average velocity was 1 054.47 mg(m2·h) in spring and summer, and 333.02 mg(m2·h) in autumn and winter. The average CH4oxidation ratio in monitoring zone Ⅰ was 79.69% in spring and summer, and 7.54% in autumn and winter, while in monitoring zone Ⅱ that was 44.83% in spring and summer, and 11.33% in autumn and winter. The annually averaged CH4oxidation capacity in monitoring zone Ⅰ with longer landfilling time was 911.7 mg(m2·h), greater than that in in monitoring zone Ⅰ 〔707.5 mg(m2·h)〕.The results of CH4oxidation velocities and oxidation ratios of cover layer had a good coherence with the existing related studies, and this method should have a better applicability for the estimation of the CH4oxidation capability in the landfill layer.
MSW landfill site; cover layer; methane oxidation capacity; in-situ test methodology; methane emission fluxes
2017-01-10
國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAL02B01);中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA05020601)
李海玲(1987—),女,博士,主要從事溫室氣體減排研究,lihailing0715@foxmail.com
*責(zé)任作者:岳波(1980—),男,副研究員,博士,主要從事農(nóng)村生活垃圾污染防治、溫室氣體減排、固體廢物填埋污染控制等方面研究,yuebo@craes.org.cn
X705
1674-991X(2017)04-0483-06
10.3969/j.issn.1674-991X.2017.04.066
李海玲,岳波,黃啟飛,等.生活垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層CH4氧化能力原位測(cè)試法的優(yōu)化與應(yīng)用[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2017,7(4):483-488.
LI H L, YUE B, HUANG Q F, et al.Modification and application of methane oxidation capacity in-situ testing methodology in MSW landfill cover layer[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(4):483-488.