基于异化铁还原作用的准好氧填埋场CH4控制技术研究

论文摘要

准好氧填埋工艺具有无动力自充氧的特性，能通过形成局部好氧区域减少CH4內源产生并加速垃圾稳定化。但由于我国垃圾高有机质的特性和运行方式使准好氧填埋出现大面积的厌氧死角区，低二次污染的优势未能显现，急需进行技术改良。事实上，厌氧环境中微生物的异化铁还原过程可实现厌氧区域有机物“无氧矿化”，而垃圾中丰富的Fe含量为该过程的实现创造了得天独厚的条件，这也为进一步实现准好氧填埋场无充氧区CH4的内源削减提供了可行性。基于上述背景，本研究首先对实际厌氧及准好氧填埋场中Fe含量及分布特征进行解析；随后通过填埋柱试验，对Fe在垃圾稳定化过程中动态迁移转化规律及异化铁还原过程进行了模拟研究；在系统分析基于异化铁还原的有机垃圾无氧矿化特性的基础上探讨了CH4削减作用机理，并提出了准好氧填埋场“铁电子泵”机制。论文研究表明，填埋场垃圾中Fe含量为18.531.1g/kg。由于异化铁还原过程，每年约1.4%的Fe被还原，且Fe（II）/Fe（III）与垃圾中的溶解性有机碳（DOC）显著负相关（p<0.05），偶联Fe异化还原过程的有机质降解是填埋场垃圾稳定化的重要途径。填埋柱模拟试验结果显示，异化铁还原速率在有机质剧烈降解的填埋初期较高，随有机质降解速率下降而趋于平缓。准好氧及厌氧填埋柱渗滤液中Fe释放量分别为7.84mg·t-1·d-1和120mg·t-1·d-1，且总释放量仅占垃圾Fe总量的0.057‰和0.81‰。准好氧填埋场中特有的局部好氧、兼氧环境，使Fe在填埋场内纵向迁移性降低，Fe以较稳定的形态赋存于垃圾中。异化铁还原的CH4抑制机理研究表明，异化铁还原过程通过提高氧化还原电位并截断产甲烷菌的底物（H2）获得途径最终实现显著抑制CH4内源生产。不同Fe（III）种类对CH4产生的抑制效果不同，以柠檬酸铁为代表的有机铁当含量达到16000mg/kg时能有效促进基质的降解，并完全抑制CH4产生。结合准好氧填埋场特有的氧环境，提出“铁电子泵”机制。通过电子平衡分析，发现“铁电子泵”强化异化铁还原过程对准好氧填埋场中CH4的内源削减可达3.79.7%。本文系统研究了基于异化铁还原的有机垃圾无氧矿化特性及机理，为准好氧填埋场死角区，即无充氧区域的CH4內源控制提供了新手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 准好氧填埋工艺
• 1.2.2 填埋场铁的迁移转化规律
• 4产生的影响'>1.2.3 异化铁还原过程对 CH₄产生的影响
• 1.3 研究目的与内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 填埋场中铁的分布特征及价态转换探究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试验样品采集
• 2.2.2 分析方法
• 2.2.3 数据处理方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 厌氧填埋场 Fe 分布特征
• 2.3.2 准好氧填埋场 Fe 分布特征
• 2.4 本章小结
• 第3章 准好氧填埋场内铁迁移转化规律及异化铁还原过程
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验设置
• 3.2.2 供试生活垃圾
• 3.2.3 采样和分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 渗滤液中 Fe 的释放特征
• 3.3.2 垃圾中 Fe 的迁移转化行为
• 3.4 本章小结
• 4控制行为及机理研究'>第4章 异化铁还原过程对 CH₄控制行为及机理研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验原料
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4的抑制'>4.3.1 固态培养中异化铁还原作用对 CH₄的抑制
• 4.3.2 液态培养中的异化铁作用
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于准好氧填埋场的“铁电子泵”机制构建
• 5.1 基于异化铁还原过程电子转移的甲烷抑制量衡算
• 5.2 基于“铁电子泵”机制的准好氧填埋场甲烷减排量衡算
• 5.2.1 “铁电子泵”机制原理
• 5.2.2 “铁电子泵”机制对甲烷的削减量
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果