生活垃圾填埋場覆蓋層甲烷氧化能力的原位測試方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種生活垃圾填埋場覆蓋層甲燒氧化能力的原位測試方法，特別設及 一種用于測試我國北方地區(qū)垃圾填埋場覆蓋層CH4氧化速率的原位測試方法。
【背景技術】
[0002] 邸4(甲燒）作為一種重要的溫室氣體，其100年的全球增溫潛勢值（Global Warming化tential，GWP)是％的25倍。研究表明，全世界每年邸4排放量有5%~20% 來自生活垃圾填埋場。在各種人為邸4排放源中，生活垃圾填埋場排放CH 4總量已列第3 位。在生活垃圾填埋場的邸4減排研究中，覆蓋層的邸4氧化作用一直是研究的熱點。研究 表明，垃圾填埋場產生的邸4在通過覆蓋層過程中被邸4氧化菌氧化去除，在不同環(huán)境條件 下覆蓋層的邸4氧化能力可從忽略不計到實現(xiàn)100%氧化。作為垃圾填埋場邸4減排的重 要途徑，覆蓋層±壤的密度、含水量、溫度、理化性質等因素都將直接影響CH4氧化菌的氧化 作用。覆蓋層的存在使垃圾填埋層處于與外界相對隔離的環(huán)境中，覆±層對CH4的氧化作 用W及覆上層自身的通透性成為影響生活垃圾填埋場CH4釋放規(guī)律的主要因素。由于影響 覆蓋層CH屬化能力的因素眾多，因此給其CH屬化量的估算帶來了巨大困難。目前，覆蓋 層邸4氧化能力的測試方法主要包括：厭氧瓶培養(yǎng)實驗、靜態(tài)通量箱法（結合邸4氧化抑制 劑）、覆蓋層±柱模擬法和穩(wěn)定碳同位素原位測定法等[1]。
[0003] (1)厭氧瓶培養(yǎng)實驗：厭氧瓶培養(yǎng)實驗是將供試物料裝于血清瓶中，并充入CH4和 〇2進行培養(yǎng)，通過測定培養(yǎng)前后CH 4濃度的變化來確定材料的邸4氧化能力。厭氧瓶培養(yǎng)實 驗測試具有精度高、易于控制等特點，但該法僅限于實驗室操作，不能反映實際條件下覆蓋 層的CH4氧化能力。
[0004] (2)靜態(tài)通量箱法（結合細4氧化抑制劑）：靜態(tài)通量箱法是常用的測定覆蓋層邸4 釋放通量的方法，該法通過覆蓋層表面安裝靜態(tài)通量箱，并在通量箱內加入CH4氧化抑制劑 (包括氮氣、乙烘、氣甲燒和二氣甲燒等），比較添加抑制劑前后CH4釋放通量的變化獲得覆 蓋層的邸4氧化速率。靜態(tài)通量箱法（結合邸4氧化抑制劑）在原位測定覆蓋層邸4氧化速 率方面具有一定的優(yōu)越性。但是，目前關于CH4氧化抑制劑添加濃度還沒有統(tǒng)一的標準，不 同抑制劑對于邸4氧化抑制效率等方面還存在不確定性。同時，CH4氧化抑制劑在抑制CH4 氧化的同時也會減少或者促進邸4的產生，從而導致對覆蓋層邸4氧化速率的計算存在不確 定性。 陽0化](3)覆蓋層±柱模擬法：該法是在實驗室內建立覆蓋層模擬實驗±柱，±柱自下 而上由堿石透氣層和覆蓋材料層組成，W-定的氣體流速分別向±柱底部和頂部鼓入模擬 填埋氣和空氣W模擬覆蓋層的CH4氧化過程，通過比較模擬填埋氣濃度的變化來評估覆蓋 層的邸4氧化速率。通過對模擬±柱的不同設計，該法可用于覆蓋材料CH 4氧化速率及覆蓋 層最大CH4氧化深度等方面的研究。覆蓋層±柱模擬法具有實驗條件可控性強、操作簡單 等優(yōu)點，并在覆蓋層CH4氧化研究中廣泛采用，但是該法受到覆蓋層材料填裝操作和擾動的 影響較大，且在實驗室條件下模擬很難客觀反映覆蓋層的實際CH4氧化速率。
[0006] (4)穩(wěn)定碳同位素原位測定法：該法的原理是CH4氧化菌更喜好由輕C同位素構成 的CH4因而在不同程度上優(yōu)先氧化i2CH4,從而導致未被氧化而排向大氣的CH4同位素組成發(fā) 生變化（即CH屬化過程發(fā)生同位素分饋作用）。因此，穩(wěn)定碳同位素原位測定法就是通過 測定覆蓋層邸4氧化過程中CH 4同位素組成5 "C的變化，從而計算獲得覆蓋層的邸4氧化 率。該法可在自然條件下測定覆蓋層的CH4氧化速率，具有無破壞性、靈敏度高等優(yōu)點，但是 測定的覆蓋層CH4氧化速率受到同位素分異系數(shù)a值（同位素分異系數(shù)是指兩種物質（或 物相）之間同位素比值，表示同位素的分饋程度）變化的影響較大，而a值的相關計算方 法還不成熟。此外，該法對于技術設備要求較高，因此目前該法在CH4氧化研究中的應用較 少。
[0007] 基于上述分析可知，目前雖然開展了大量生活垃圾填埋場邸4減排及邸4氧化的研 究，但是由于受到現(xiàn)有研究方法的限制，目前研究成果在覆蓋層CH4氧化量估算方面的應用 還存在問題。因此，在現(xiàn)有研究的基礎上開發(fā)一種適用于生活垃圾填埋場覆蓋層C&氧化 原位測試方法具有重要意義。
[0008] 本發(fā)明在分析覆蓋層CH4氧化影響因素和填埋場生活垃圾降解規(guī)律的基礎上，建 立了基于北方地區(qū)典型生活垃圾填埋場C〇2和CH4釋放通量相對關系的覆蓋層邸4氧化能 力原位測試方法，并對該法的適用性和有效性進行了現(xiàn)場實驗驗證。
[0009] [1]馬靜，徐華，蔡祖聰.稻田甲燒氧化研究方法進展[J]. ±壤，2007,39(2): 153-156。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種適用于北方地區(qū)生活垃圾填埋場覆蓋層CH4氧化原位 測試方法。本方法可W克服傳統(tǒng)覆蓋層CH4氧化測試方法的各種缺陷，為原位估算我國北 方地區(qū)生活垃圾填埋場覆蓋層的CH4氧化能力提供方法學支持。
[0011] 本發(fā)明包括如下方面：
[0012] <1〉. 一種生活垃圾填埋場覆蓋層甲燒CH4氧化能力的原位測試方法，所述方法包 括如下步驟：
[0013] 第一步，在垃圾填埋場覆蓋層選擇合適的原位測試點位，要求所測試的區(qū)域完成 封場且填埋垃圾仍處于甲燒氣體釋放期間，并且是具有導氣層的完整的終場覆蓋系統(tǒng)；
[0014] 第二步，采用靜態(tài)箱法定期對監(jiān)測點位的填埋氣進行采樣，即，采用靜態(tài)箱法定期 測定填埋場覆蓋層表面C〇2和CH4釋放通量；
[0015]第S步，分析所取填埋氣樣品中的CH4和C02氣體的濃度；
[0016] 第四步，根據(jù)第=步的樣品分析結果計算氣體釋放通量
[0017] 垃圾填埋堆體覆蓋層表面CH4和C0 2氣體的釋放通量計算如公式（9)所示：
[0018]
(9)
[0019] 其中，f為CH4或者C〇2氣體的釋放通量，mg C/(m2，h) ;V為箱蓋和固定部分形成 的空間體積，m3;A為固定部分的覆蓋面積，m 2; A C/ A t為單位時間內箱內CH 4或者C0 2濃度 的變化，mg C/(m3 ? h) ;T為靜態(tài)箱內溫度，°C ;
[0020] 第五步，計算覆蓋層CH4氧化速率和氧化率
[0024] 式中乂和/w,,仙分別為覆蓋層表面C〇2和CH4釋放通量，mgC/(m2?h) ;M為單 位面積覆蓋層的CH4氧化速率，mg C/(m2 ? h);.魚nj，，為覆蓋層底部CH4向單位面積覆蓋層 的傳輸速度，mg C/(m2 ? h) ;0X為覆蓋層對CH4的氧化率，％，Z 1為填埋層產生的填埋氣中 C〇2和邸4的釋放通量比，其在監(jiān)測期內保持恒定；其中所述式化)-(8)的建立基礎是覆蓋 層邸4氧化菌活性的影響因素和覆蓋層邸4氧化原位測試方法的理論基礎，并依此推斷出的 兩個假設：①產邸4階段填埋層產生的填埋氣中c〇2與邸4體積分數(shù)比之1::::抑C〇2)/(p(CH4) 在監(jiān)測時段內保持恒定；②針對冬季環(huán)境溫度低于零度時，覆蓋層的CH4氧化作用完全停 止。
[00對 <2〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，所述第二步驟的填埋場覆蓋層表面％和CH 4釋 放通量采用靜態(tài)箱法定期測定中，應測試夏季和冬季不同溫度時期的表面C02和邸4釋放通 量。
[0026] <3〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，在所述第二步驟中，采樣時應在Omin時進行一次 采樣，作為通量箱中CH4和C0 2濃度的初始值。
[0027] <4〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，在所述第二步驟中，采樣時應在Omin時進行一 次采樣，作為通量箱中細4和C0 2濃度的初始值，之后每隔5min采一次樣，整個采樣時間為 20min，年變化數(shù)據(jù)采樣時間為每個采樣日的上午10 :00~12 :00, 24小時變化在采樣當天 的中午12 :00、下午6 :00、夜間0 :00和第二天清晨6 :00,每6小時采集一次，共四次。
[0028] 巧〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，在所述第=步驟中，采用氣相色譜儀分析樣品中 邸4和C〇2氣體的濃度。
[0029]<6〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，由于覆蓋層CH屬化率為0時，C02釋放通量和CH4 釋放通量的比值Z2最低，此時認為Z 2= Z 1，因此測試時分別選取監(jiān)測區(qū)Z2為最低值時的覆 蓋層表面C〇2和CH 4釋放通量來計算CH 4氧化速率和氧化率。
[0030] <7〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，所述影響因素包括溫度、含水率、有機質含量、孔 隙度和/或抑值。
[0031] <8〉.根據(jù)<1〉所述的測試方法，所述方法用于測試我國北方地區(qū)垃圾填埋場覆蓋 層CH4氧化速率。
[0032] 本發(fā)明的方法具有較好的適用性，且操作簡單、精度高，適合于我國北方地區(qū)垃圾 填埋場覆蓋層邸4氧化速率的原位測試及估算，尤其在定量分析覆蓋層邸4氧化長期變化規(guī) 律方面具有明顯優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0033] 圖1為生活垃圾填埋場垃圾降解進程及填埋氣的主要組分圖。
[0034] 圖2為垃圾填埋場覆蓋層CH屬化的示意圖，其覆蓋系統(tǒng)可同實施例1所示。
[0035] 圖3為靜態(tài)采樣箱示意圖，其中1.氣壓平衡口；2.把手；3.取樣管；4.溫度測量 接