垃圾填埋场 的甲烷减排及覆盖层甲烷氧化研究进展

生态环境学报2010,19(8):2010-2016http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：中国环境科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2007KYYW24)；国家自然科学基金项目(50908220)作者简介：岳波(1980年生)，男，博士，主要从事固体废物污染控制与资源化技术研究。E-mail:yuebo@craes.org.cn收稿日期：2010-06-03垃圾填埋场的甲烷减排及覆盖层甲烷氧化研究进展岳波1*，林晔1,2，黄泽春1，黄启飞1，王琪1，张维1,3，刘学建41.中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京100012；2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；3.西北农林科技大学生命科学学院，陕西杨凌712100；4.北京市四清环卫工程集团有限责任公司，北京100012摘要：温室效应导致的全球变暖是备受瞩目的环境问题之一，其中垃圾填埋场产生填埋气是全球温室气体的重要来源。文章从垃圾填埋场的CH4产生、CH4减排技术和覆盖层CH4氧化行为及其影响因素等方面对国内外研究现状进行总结，为全面认识垃圾填埋场的CH4减排提供参考。目前，填埋场CH4减排技术包括填埋层原位减排、资源化利用和末端控制技术等，其中准好氧填埋技术和生物覆盖层甲烷氧化技术是适合我国现阶段大量中小型填埋场CH4减排要求的技术。填埋场覆盖层的特性如温度、含水率、有机质含量、pH值、孔隙率、CH4/O2比、植被和无机氮等都会影响其甲烷氧化能力，是填埋场覆盖层甲烷氧化能力研究和调控的主要参数。关键词：垃圾填埋场；甲烷产生；甲烷减排；覆盖层；甲烷氧化中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1674-5906（2010）08-2010-07人类活动排放的温室气体所导致的全球变暖已成为世界瞩目的重大环境问题之一。在温室气体中，CO2，CH4和CFCs构成了最主要的附加温室效应[1]。CO2的附加温室效应最大，但在全球变暖中的贡献率逐渐降低；CFCs的贡献率虽然较高，但《蒙特利尔议定书》要求在2000年以前全球禁止生产CFCs，其附加温室效应也将逐渐减弱[2-3]。研究结果显示，CH4在近200年内呈加速上升态势，若没有温室气体减排措施，预计2030年大气中CH4将达2.34μL·L-1，可能成为温室效应的主要因素。由于CH4的温室效应为CO2的21倍，故CH4的减排对于控制其温室效应具有更显著的效果[4-5]。人类活动中的CH4释放源主要包括：水稻田[6]、反刍动物[7]、垃圾堆填[8]、煤炭开采[9]、石油与天然气工业等[10-11]，其中垃圾填埋场是重要的CH4释放源之一[12]。2007年我国城市生活垃圾清运量约为1.52×108t，且90%以上采用卫生填埋方式进行处置。其中，我国的垃圾填埋场绝大多数都采用甲烷产生率较高的厌氧填埋工艺，稳定态填埋气中CH4含量约占45%～60%[13]。随着人们对于填埋场CH4气体引起温室效应的重视，研究者开展了大量关于温室气体CH4减排的研究。本文从垃圾填埋场CH4减排技术和覆盖层CH4氧化行为等方面对国内外研究现状进行总结，为全面认识垃圾填埋场的CH4减排提供参考。1填埋场CH4的产生对于垃圾填埋场系统，其输入为填埋垃圾和水分，输出则为渗滤液和填埋气，二者的产生均是填埋场内物理、化学和生物过程共同作用的结果[14]。填埋气是一种混合气体，其组成包括CH4，CO2，O2，N2，H2和多种痕量气体，主要成分则是CH4和CO2等重要的温室气体[15]，其中稳定态填埋气中CH4含量约占一半。产甲烷菌对于垃圾填埋场中CH4气体的产生起主要作用。目前发现的产甲烷细菌包含5个目、11个科、25个属和70多个种[16-17]。产甲烷菌属于厌氧菌，适宜于中性或微碱性环境，所能利用的营养物质很狭窄，主要包括H2、CO2、醋酸盐、甲酸盐和甲基化合物(甲醇、甲胺以及二甲基硫)等小分子物质[18]。影响垃圾填埋气产生的因素主要包括：垃圾特性、含水率、温度和pH值等方面。(1)垃圾特性。垃圾中可降解有机物的含量及其纤维素、蛋白质和脂肪的构成比例，对填埋气的产生起着决定性作用；(2)含水率。含水率是决定垃圾降解过程中填埋气产生量的主要因素，垃圾填埋体中水分的运动有助于营养物质和微生物的转移，同时有助于有机物的水解及微生物的吸收利用[19-20]；(3)温度。温度决定了填埋场内微生物群落的空间分布和填埋气的产气速率。多数产甲烷菌是中温菌，生长适宜温度为15~45℃[21]，40℃时垃圾的降解速度最快[22]。同时，垃圾填埋深度、垃圾密度、环境温度和微生物活性等因素均会影响垃圾的填埋温度[23]；(