课题申报书-填埋场生物覆盖层及其降解甲烷气体行为研究.doc

从研究我国典型垃圾填埋场甲烷排放的典型浓度和通量范围入手,确定填埋场生物覆盖层甲烷氧化的基本指导参数;制备各种规格的嗜甲烷菌基质,研究评价其作为生物覆盖层材料的性能;提出生物覆盖层结构设计方法,并在实验室建造相应的模拟装置;开展甲烷在生物覆盖层内的降解动力学研究,阐释不同排放条件下,甲烷在不同生物覆盖层构造中的降解规律。本研究旨在探索适合中国国情的填埋场甲烷减排理论和技术,为经济有效的减少我国温室气体排放开辟新的途径。
填埋场,生物覆盖层,甲烷氧化
Landfill Bio-cover and its Mechanism for Methane Degradation
Landfill, bio-cover, methane oxidation
填埋场生物覆盖层及其降解甲烷气体行为研究
报告正文
立项依据与研究内容(4000-8000字):
项目的立项依据(附主要的参考文献目录)。
随着《京都议定书》于2005年2月26日的正式生效,垃圾填埋场CH4作为最具潜力的温室气体减排领域,正在全世界范围内形成项目开发的热潮(张相锋,2006)。垃圾填埋场是CH4最大的人类活动释放源,,占当年CH4释放总量的13 %,其中来自美国、中国、俄罗斯和乌克兰的填埋场CH4释放占全球填埋场CH4释放的47 %;至2020年,填埋场CH4释放将占全球CH4释放总量的19 %(USEPA,2005)。我国的城市生活垃圾处理处置以填埋为主,据预测至2020年我国填埋场CH4排放将达35990万吨当量CO2, %(赵玉杰等,2004)。
目前,垃圾填埋场相关的温室气体减排技术主要有CH4能源回收、焚烧以及生物氧化(张相锋,2006)。其中,垃圾填埋场CH4气体能源回收技术和火炬焚烧技术已经比较成熟,而且该技术已经被写入政府间气候变化委员会()的相关技术报告(,2000;CDM – Executive Board,2004)。只有规模较大的生活垃圾卫生填埋场CH4具备能源回收潜力,其余垃圾填埋场的CH4只能以火炬焚烧的形式进行处理(USEPA,1996)。而火炬焚烧法需要昂贵的设备,且CH4浓度低于20 %时需要辅助燃料。对我国这样的发展中国家而言,垃圾产气潜力和填埋场规模和管理水平均明显低于发达国家,经济可行的垃圾填埋场CH4能源回收项目较少;火炬焚烧投入大又没有回报,在我国少见实施。借助清洁发展机制(CDM)的融资,垃圾填埋场CH4能源回收和火炬焚烧项目有望在我国得以大量开展(张相锋,2006)。值得注意的是,填埋场CH4能源回收和火炬焚烧的前提是收集到足够多的CH4气体。即使是在美国这样的发达国家,
垃圾填埋场释放气体的收集效率也只能保持在75%左右(USEPA,2003)。而我国正在开展的几个垃圾填埋场CH4回收项目的气体收集效率估计在55 %~68 %(EcoSecurities Ltd., 2005;Millennium Capital Services, 2004)。这意味着,即使开展CH4的能源回收,我国垃圾填埋场CH4仍将有32~45%无控释放到大气环境中。而且,我国的垃圾填埋场中小型居多,不具备能源回收条件,城市经济水平低,无法实施填埋气火炬焚烧技术,大量的CH4持续无控排放。同时,我国垃圾的特点是厨余比例高,CH4产生速度快,下降速度也快,产气高峰往往在填埋场封场不久迅速结束,届时CH4的释放速率和浓度将明显下降,可能不再具备能源回收和火炬焚烧的基本条件。考虑到国际社会要求我国减排温室气体的压力日益增大(美国退出《京都议定书》即为一例),开展适合中国国情的垃圾填埋场CH4替代减排技术研究,对于像我国这样的高温室气体排放国家至关重要。
利用填埋场覆盖土层中嗜甲烷菌(Methanotrophic Bacteria)的作用将高GWP(Global Warming Potential)的CH4氧化为CO2,可以有效降低填埋场的CH4排放强度,是一种极具潜力的填埋场温室气体减排技术(Hanson, 1996;Barlaz et al., 2004;Berger et al., 2005)。项目的研究将提高对生物覆盖层设计及其CH4降解机理的认识,强化生物覆盖层的CH4氧化能力,填补我国在该领域的研究空白,为我国在未来履行温室气体减排承诺提供技术储备。本研究不仅具有深广的生产背景,而且具有重大的理论价值和工程应用价值。
尽管人们已经从多种水生好氧环境中分离出嗜甲烷菌,但垃圾填埋场表层土壤中的CH4生物氧化研究起步较晚(Anthony, 1982;Whalen et al., 1990)。美国的Whalen等(1990)较早开