[发明专利]生活垃圾填埋场覆盖层甲烷氧化能力的原位测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生活垃圾填埋场覆盖层甲烷氧化能力的原位测试方法，特别涉及一种用于测试我国北方地区垃圾填埋场覆盖层CH₄氧化速率的原位测试方法。

背景技术

CH₄(甲烷)作为一种重要的温室气体，其100年的全球增温潜势值(Global Warming Potential，GWP)是CO₂的25倍。研究表明，全世界每年CH₄排放量有5％～20％来自生活垃圾填埋场。在各种人为CH₄排放源中，生活垃圾填埋场排放CH₄总量已列第3位。在生活垃圾填埋场的CH₄减排研究中，覆盖层的CH₄氧化作用一直是研究的热点。研究表明，垃圾填埋场产生的CH₄在通过覆盖层过程中被CH₄氧化菌氧化去除，在不同环境条件下覆盖层的CH₄氧化能力可从忽略不计到实现100％氧化。作为垃圾填埋场CH₄减排的重要途径，覆盖层土壤的密度、含水量、温度、理化性质等因素都将直接影响CH₄氧化菌的氧化作用。覆盖层的存在使垃圾填埋层处于与外界相对隔离的环境中，覆土层对CH₄的氧化作用以及覆土层自身的通透性成为影响生活垃圾填埋场CH₄释放规律的主要因素。由于影响覆盖层CH₄氧化能力的因素众多，因此给其CH₄氧化量的估算带来了巨大困难。目前，覆盖层CH₄氧化能力的测试方法主要包括：厌氧瓶培养实验、静态通量箱法(结合CH₄氧化抑制剂)、覆盖层土柱模拟法和稳定碳同位素原位测定法等[1]。

(1)厌氧瓶培养实验：厌氧瓶培养实验是将供试物料装于血清瓶中，并充入CH₄和O₂进行培养，通过测定培养前后CH₄浓度的变化来确定材料的CH₄氧化能力。厌氧瓶培养实验测试具有精度高、易于控制等特点，但该法仅限于实验室操作，不能反映实际条件下覆盖层的CH₄氧化能力。

(2)静态通量箱法(结合CH₄氧化抑制剂)：静态通量箱法是常用的测定覆盖层CH₄释放通量的方法，该法通过覆盖层表面安装静态通量箱，并在通量箱内加入CH₄氧化抑制剂(包括氮气、乙炔、氟甲烷和二氟甲烷等)，比较添加抑制剂前后CH₄释放通量的变化获得覆盖层的CH₄氧化速率。静态通量箱法(结合CH₄氧化抑制剂)在原位测定覆盖层CH₄氧化速率方面具有一定的优越性。但是，目前关于CH₄氧化抑制剂添加浓度还没有统一的标准，不同抑制剂对于CH₄氧化抑制效率等方面还存在不确定性。同时，CH₄氧化抑制剂在抑制CH₄氧化的同时也会减少或者促进CH₄的产生，从而导致对覆盖层CH₄氧化速率的计算存在不确定性。

(3)覆盖层土柱模拟法：该法是在实验室内建立覆盖层模拟实验土柱，土柱自下而上由砾石透气层和覆盖材料层组成，以一定的气体流速分别向土柱底部和顶部鼓入模拟填埋气和空气以模拟覆盖层的CH₄氧化过程，通过比较模拟填埋气浓度的变化来评估覆盖层的CH₄氧化速率。通过对模拟土柱的不同设计，该法可用于覆盖材料CH₄氧化速率及覆盖层最大CH₄氧化深度等方面的研究。覆盖层土柱模拟法具有实验条件可控性强、操作简单等优点，并在覆盖层CH₄氧化研究中广泛采用，但是该法受到覆盖层材料填装操作和扰动的影响较大，且在实验室条件下模拟很难客观反映覆盖层的实际CH₄氧化速率。