課題申報(bào)書填埋場生物覆蓋層及其降解甲烷氣體行為研究

1、從研究我國典型垃圾填埋場甲烷排放的典型濃度和通量范圍入手，確定填埋場生物覆蓋層甲烷氧化的基本指導(dǎo)參數(shù)；制備各種規(guī)格的嗜甲烷菌基質(zhì)，研究評價(jià)其作為生物覆蓋層材料的性能；提出生物覆蓋層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并在實(shí)驗(yàn)室建造相應(yīng)的模擬裝置；開展甲烷在生物覆蓋層內(nèi)的降解動力學(xué)研究，闡釋不同排放條件下，甲烷在不同生物覆蓋層構(gòu)造中的降解規(guī)律。本研究旨在探索適合中國國情的填埋場甲烷減排理論和技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)有效的減少我國溫室氣體排放開辟新的途徑。填埋場，生物覆蓋層，甲烷氧化landfill bio-cover and its mechanism for methane degradationlandfill, bio-c

2、over, methane oxidation填埋場生物覆蓋層及其降解甲烷氣體行為研究報(bào)告正文（一） 立項(xiàng)依據(jù)與研究內(nèi)容（4000-8000字）： 1、 項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（附主要的參考文獻(xiàn)目錄）。隨著京都議定書于2005年2月26日的正式生效，垃圾填埋場ch4作為最具潛力的溫室氣體減排領(lǐng)域，正在全世界范圍內(nèi)形成項(xiàng)目開發(fā)的熱潮（張相鋒，2006）。垃圾填埋場是ch4最大的人類活動釋放源，據(jù)估計(jì)2000年全球垃圾填埋場釋放的ch4為8.42億噸當(dāng)量co2，占當(dāng)年ch4釋放總量的13 ，其中來自美國、中國、俄羅斯和烏克蘭的填埋場ch4釋放占全球填埋場ch4釋放的47 ；至2020年，填埋場ch4釋放將

3、占全球ch4釋放總量的19 （usepa，2005）。我國的城市生活垃圾處理處置以填埋為主，據(jù)預(yù)測至2020年我國填埋場ch4排放將達(dá)35990萬噸當(dāng)量co2，占全國ch4總排放量的31.6 （趙玉杰等，2004）。目前，垃圾填埋場相關(guān)的溫室氣體減排技術(shù)主要有ch4能源回收、焚燒以及生物氧化（張相鋒，2006）。其中，垃圾填埋場ch4氣體能源回收技術(shù)和火炬焚燒技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且該技術(shù)已經(jīng)被寫入政府間氣候變化委員會（ipcc）的相關(guān)技術(shù)報(bào)告（ipcc，2000；cdm executive board，2004）。只有規(guī)模較大的生活垃圾衛(wèi)生填埋場ch4具備能源回收潛力，其余垃圾填埋場的ch4只

4、能以火炬焚燒的形式進(jìn)行處理（usepa，1996）。而火炬焚燒法需要昂貴的設(shè)備，且ch4濃度低于20 %時(shí)需要輔助燃料。對我國這樣的發(fā)展中國家而言，垃圾產(chǎn)氣潛力和填埋場規(guī)模和管理水平均明顯低于發(fā)達(dá)國家，經(jīng)濟(jì)可行的垃圾填埋場ch4能源回收項(xiàng)目較少；火炬焚燒投入大又沒有回報(bào)，在我國少見實(shí)施。借助清潔發(fā)展機(jī)制（cdm）的融資，垃圾填埋場ch4能源回收和火炬焚燒項(xiàng)目有望在我國得以大量開展（張相鋒，2006）。值得注意的是，填埋場ch4能源回收和火炬焚燒的前提是收集到足夠多的ch4氣體。即使是在美國這樣的發(fā)達(dá)國家，垃圾填埋場釋放氣體的收集效率也只能保持在75左右（usepa，2003）。而我國正在開展的

5、幾個(gè)垃圾填埋場ch4回收項(xiàng)目的氣體收集效率估計(jì)在55 68 （ecosecurities ltd., 2005；millennium capital services, 2004）。這意味著，即使開展ch4的能源回收，我國垃圾填埋場ch4仍將有3245%無控釋放到大氣環(huán)境中。而且，我國的垃圾填埋場中小型居多，不具備能源回收條件，城市經(jīng)濟(jì)水平低，無法實(shí)施填埋氣火炬焚燒技術(shù)，大量的ch4持續(xù)無控排放。同時(shí)，我國垃圾的特點(diǎn)是廚余比例高，ch4產(chǎn)生速度快，下降速度也快，產(chǎn)氣高峰往往在填埋場封場不久迅速結(jié)束，屆時(shí)ch4的釋放速率和濃度將明顯下降，可能不再具備能源回收和火炬焚燒的基本條件。考慮到國際社會要

6、求我國減排溫室氣體的壓力日益增大（美國退出京都議定書即為一例），開展適合中國國情的垃圾填埋場ch4替代減排技術(shù)研究，對于像我國這樣的高溫室氣體排放國家至關(guān)重要。利用填埋場覆蓋土層中嗜甲烷菌（methanotrophic bacteria）的作用將高gwp（global warming potential）的ch4氧化為co2，可以有效降低填埋場的ch4排放強(qiáng)度，是一種極具潛力的填埋場溫室氣體減排技術(shù)（hanson, 1996；barlaz et al., 2004；berger et al., 2005）。項(xiàng)目的研究將提高對生物覆蓋層設(shè)計(jì)及其ch4降解機(jī)理的認(rèn)識，強(qiáng)化生物覆蓋層的ch4氧化能力

7、，填補(bǔ)我國在該領(lǐng)域的研究空白，為我國在未來履行溫室氣體減排承諾提供技術(shù)儲備。本研究不僅具有深廣的生產(chǎn)背景，而且具有重大的理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。盡管人們已經(jīng)從多種水生好氧環(huán)境中分離出嗜甲烷菌，但垃圾填埋場表層土壤中的ch4生物氧化研究起步較晚（anthony, 1982；whalen et al., 1990）。美國的whalen等（1990）較早開展了填埋場覆蓋土ch4氧化能力的研究，氧化能力可達(dá)45 g · m-2 · day-1，遺憾的是該文獻(xiàn)沒有指出相應(yīng)的土壤類型，實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間也僅數(shù)小時(shí)，不足以反映真實(shí)的ch4微生物氧化能力。隨后人們發(fā)現(xiàn)，土壤類型對ch4氧化能力

8、影響較大：肥沃的土壤持水力強(qiáng)、營養(yǎng)豐富，更有利于ch4氧化過程的進(jìn)行，ch4氧化能力可達(dá)15 mol · m-2 · day-1；粗砂土孔隙率大，導(dǎo)氣性好，ch4氧化能力可達(dá)10.4 mol · m-2 · day-1，ch4氧化率達(dá)61；黏土和細(xì)砂導(dǎo)氣性差，ch4氧化能力稍低，分別為6.8 mol · m-2 · day-1和6.9 mol · m-2 · day-1，ch4氧化率分別40和41（kightley et al., 1995；börjesson et al., 1998；visscher

9、et al., 1999）。受填埋場覆蓋層條件的影響，氧氣的傳輸往往受到限制，ch4氧化主要發(fā)生在表面30cm以內(nèi)（vissche et al., 1999）。氣候條件、環(huán)境條件（溫度、水分）、營養(yǎng)條件（氮源等）以及ch4的本底濃度（新舊填埋場）對ch4氧化能力有不同程度的影響。在夏季，新填埋場的ch4氧化率在4150，舊填埋場的ch4氧化率在6094；到了冬季，特別是溫度低于零度，填埋場的ch4氧化幾乎停止（börjesson et al., 2001）。不同溫度條件下的嗜甲烷菌種群各不相同，型嗜甲烷菌在低溫條件下（510）生長迅速，而型嗜甲烷菌在20以上才開始快速生長（b

10、6;rjesson et al., 2004）。在ch4本底濃度較低的條件下，nh4+對ch4氧化能力的影響最大，土壤含水率次之，溫度的影響最??；nh4+的添加對ch4氧化的影響更多是由于硝化作用和ch4氧化作用間相互競爭o2，而不是nh4+濃度本身；土壤最佳含水率為15.618.8，大約為土壤最大持水力的50，超過該范圍均不利于嗜甲烷菌的生長；最佳溫度隨土壤含水率的升高（5%30）呈下降（3020）趨勢（boeckx et al., 1996）。進(jìn)一步的研究表明，nh4+對ch4氧化的影響取決于ch4的本底濃度：在低濃度ch4條件下，如< 5 %，nh4+供應(yīng)過多，會抑制ch4的氧化；

11、而在高濃度ch4條件下，添加nh4+可補(bǔ)充氮源，反而能刺激ch4的氧化（visscher and cleemput, 2003）。1997年unfccc 締約方第三次大會（cop3）通過京都議定書，全世界就溫室氣體減排基本達(dá)成共識，ch4生物氧化作為一種潛在的填埋場ch4低成本減排替代技術(shù)開始引起學(xué)者的興趣，人們開始考慮將堆肥物的有機(jī)質(zhì)含量高、持水力大、多孔性、微生物豐富等特性與填埋場覆蓋層土壤的ch4生物氧化功能相結(jié)合，從而強(qiáng)化ch4的生物氧化功能（humer and lechner, 1999；dammann et al., 1999）。相關(guān)的研究總體可分為生物覆蓋層和生物過濾器兩類，生物

12、覆蓋層旨在替代填埋場原有的每日覆蓋層、中間覆蓋層和最終覆蓋層，同時(shí)減少ch4的排放強(qiáng)度；而生物過濾器是在填埋場外建造工程設(shè)施，減少ch4的排放。澳大利亞的humer and lechner（1999）較早開展了堆肥覆蓋層的ch4氧化能力研究，覆蓋層材料分別為垃圾堆肥物、污泥堆肥物、填埋場表層土和花園肥沃土，在模擬填埋場ch4的排放條件下，熟化60周的垃圾堆肥物的ch4氧化能力明顯高于土壤類覆蓋層材料，幾乎能氧化所有老年填埋場排放的ch4，但熟化20周的污泥堆肥物甚至觀察不到ch4的明顯氧化，說明覆蓋層材料的性質(zhì)對于ch4氧化能力影響巨大。美國的barlaz等（2004）在填埋場現(xiàn)場開展了近14

13、個(gè)月的生物覆蓋層ch4減排能力研究，生物覆蓋層以庭院堆肥物為主要結(jié)構(gòu)層，輔以植被層和排水層，生物覆蓋層的ch4排放通量保持在-1.731.33 g · m-2 · day-1，即使在填埋場氣體回收系統(tǒng)停止運(yùn)行的時(shí)間段，生物覆蓋層的ch4排放強(qiáng)度也沒有明顯增加，而對應(yīng)的土壤覆蓋層在氣體回收系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，ch4排放通量高達(dá)15 g · m-2 · day-1；試驗(yàn)采用穩(wěn)定碳同位素分析技術(shù)測定ch4氧化率，發(fā)現(xiàn)生物覆蓋層的ch4氧化率約為55，明顯高于土壤覆蓋層的21。berger等（2005）在人工環(huán)境室內(nèi)開展了33周模擬填埋場密封層和最終覆蓋層的4層復(fù)合

14、生物覆蓋層中試研究，研究分別模擬了氣溫、降雨等各種氣候條件對ch4氧化的影響，監(jiān)測了不同深度氣體濃度的變化，發(fā)現(xiàn)模擬降水前ch4最大氧化速率發(fā)生在約30cm處，但降水后氧化能力下降，且出現(xiàn)ch4氧化最大值的位置上移，由此推斷氧氣向下擴(kuò)散受限是影響系統(tǒng)性能的最重要因素，應(yīng)設(shè)計(jì)更為合理的生物覆蓋層系統(tǒng)。德國的dammann等（1999）較早開展了堆肥生物濾池的ch4氧化模擬研究，1.7（v/v）的ch4在堆肥生物濾池（h27cm，24cm）內(nèi)的氧化能力最高可達(dá)53 g/m3·h（折合294.5 mol · m-2 · day-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤的ch4氧化能力（kig

15、htley et al., 1995；visscher et al., 1999）。gebert等（2003）用多孔黏土丸作為過濾材料，設(shè)計(jì)了一種5層植草生物過濾器，進(jìn)行了低濃度（3% v/v）ch4氧化動力學(xué)研究，獲得了高達(dá)109 g / m3·h的ch4氧化速率；研究還發(fā)現(xiàn)，氧氣濃度對ch4氧化影響顯著，當(dāng)氧氣濃度低于1.72.6（v/v）時(shí)，ch4氧化活動幾乎停止。streese 等（2003）研究對比了單一過濾材料（庭院堆肥物）和復(fù)合過濾材料（等量的庭院堆肥物、草炭、云杉纖維混合組成）的生物濾池ch4氧化性能，發(fā)現(xiàn)過濾材料為庭院堆肥物的試驗(yàn)裝置在良好運(yùn)行進(jìn)行5個(gè)月后，過濾器內(nèi)

16、產(chǎn)生了胞外聚合物（eps）堵塞孔隙，ch4氧化能力下降，而復(fù)合過濾材料的過濾器一直運(yùn)行良好，ch4氧化速率可達(dá)20 g/m3·h。wilshusen等（2004）的研究發(fā)現(xiàn)，在高o2濃度條件下，應(yīng)用樹葉堆肥物進(jìn)行ch4氧化時(shí)所產(chǎn)生的eps是低o2濃度條件下的250，這意味著o2供應(yīng)并非多多益善。德國的gebert等（2004）在填埋場現(xiàn)場開展了生物過濾法高濃度（56 v/v）ch4氧化研究，ch4去除效率達(dá)63，采用磷脂肪酸分析法（plfa）分析生物濾池內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在生物濾池的不同深度存在不同的微生物群落。與臭氣凈化相比，生物濾池法氧化ch4速度慢，所需占地是臭氣生物濾池

17、的100倍，這必將成為該技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸因素。我國在填埋場ch4氧化方面的研究少見報(bào)道。綜合國內(nèi)外的相關(guān)研究，主要取得以下成果：認(rèn)識到填埋場覆蓋土層有ch4氧化能力；初步理解了土壤類型、氣候、環(huán)境條件、營養(yǎng)條件等復(fù)雜因素對填埋場覆蓋土層ch4氧化能力的影響；認(rèn)識到生物覆蓋層和生物過濾器的ch4氧化能力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)覆蓋土層；認(rèn)識到堆肥物在ch4氧化研究中的巨大作用。還存在下列問題有待進(jìn)一步解決：填埋場的ch4排放強(qiáng)度在0.00044000 g · m-2 · day-1變化很大（bogner et al., 1997），我國填埋場ch4的排放規(guī)律和覆蓋土壤層ch4氧化能力尚不

18、清楚，缺乏準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；沒有科學(xué)的生物覆蓋層材料質(zhì)量評價(jià)方法，材料選擇隨意性大，導(dǎo)致ch4氧化效果不穩(wěn)定（humer and lechner, 1999；streese et al., 2003）；植被是傳統(tǒng)覆蓋層的一部分，在目前的生物覆蓋層研究中很少考慮植被的功能；生物覆蓋層設(shè)計(jì)處于摸索階段，尚未提出可靠的生物覆蓋層設(shè)計(jì)方法；生物覆蓋層內(nèi)的ch4氧化動力學(xué)機(jī)制還不清楚。參考文獻(xiàn)：anthony, c., 1982. biochemistry of methylotrophs. academic press, inc., new york.barlaz, m.a., r.b. green,

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25、engroeft and g. miehlich, 2003. kinetics of microbial landll methane oxidation in biolters. waste management, 23: 609619.gebert, j., a. gröengröft, m. schloter et al., 2004. community structure in a methanotroph biolter as revealed by phospholipid fatty acid analysis. fems microbiology let

26、ters, 240: 61-68.hanson, r.s. and hanson t.e., 1996. methanotrophic bacteria. microbiological reviews, 60: 439-471.humer, m. and p. lechner, 1999. methane oxidation in compost cover layers on landfills. in proceedings sardinia 99, seventh international waste management and landfill symposium.ipcc, 2

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28、92-601.millennium capital services, 2004. cdm-pdd: anding landfill gas recovery and utilization project beijing, pr china. 10.streese, j., r. stegmann, 2003. microbial oxidation of methane from old landfills in biofilters. waste management, 23: 573580.usepa, 1996. turning a liability into an asset:

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30、environments. environmental science & technology, 33: 1854-1859.visscher, a.d. and o. v. cleemput, 2003. induction of enhanced ch4 oxidation in soils: nh4+ inhibition patterns. soil biology & biochemistry, 35: 907-913.whalen, s.c., w. s. reeburgh, and k. a. sandbeck, 1990. rapid methane oxid

31、ation in a landfill cover soil. applied and environmental microbiology, 56(11): 3405-3411.wilshusen, j.h., j.p.a. hettiaratch, a. de visscher et al., 2004. methane oxidation and formation of eps in compost: effect of oxygen concentration. environmental pollution, 129: 305-314.張相鋒，肖學(xué)智, 何毅等, 2006. 垃圾填

32、埋場的甲烷釋放及其減排. 中國沼氣, 24(1): 3-5.趙玉杰, 王偉, 2004. 垃圾填埋場甲烷氣的排放及減排措施. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 12(4): 217-219.2、 項(xiàng)目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵問題。研究目標(biāo)：² 調(diào)查研究我國典型填埋場的ch4排放規(guī)律，為本研究提供基本數(shù)據(jù)，為我國參加氣候變化的政府間談判提供一定的數(shù)據(jù)支持；² 開發(fā)出適合中國國情的填埋場生物覆蓋層ch4減排技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)有效的減少我國溫室氣體排放開辟新的途徑；² 揭示ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解行為。研究內(nèi)容：（一）我國典型填埋場的ch4排放² 監(jiān)測典型填埋場的ch

33、4排放速率和排放濃度；² 研究典型填埋場的ch4排放規(guī)律；（二）生物覆蓋層材料質(zhì)量評價(jià)² 各種生物覆蓋層材料的制備及其物性分析；² 各種自制堆肥物做嗜甲烷菌載體時(shí)的ch4氧化動力學(xué)，評價(jià)相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)，作為相應(yīng)的質(zhì)量評價(jià)依據(jù)。（三）生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)² 單一生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)；² 復(fù)合生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)（含水氣分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)）。（四）ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解行為² ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解動力學(xué)；² 不同生物覆蓋層構(gòu)造的ch4降解規(guī)律；² 不同ch4排放條件（濃度、通量）下的生物覆蓋層ch4降解規(guī)律；²

34、; 植被生長對生物覆蓋層內(nèi)ch4降解的影響。擬解決的關(guān)鍵問題： 典型填埋場的篩選與ch4排放監(jiān)測； 各種堆肥物的制備； 生物覆蓋層構(gòu)造要滿足ch4降解的特殊需要：持水力強(qiáng)、滲透性強(qiáng)、有機(jī)質(zhì)含量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、生物穩(wěn)定性好等； ch4通量和濃度變化的條件下，生物覆蓋層系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 不同嗜甲烷菌載體條件和不同生物覆蓋層構(gòu)造條件下，ch4降解動力學(xué)分析； 植物在生物覆蓋層降解ch4中的作用分析。3、 擬采取的研究方案及可行性分析。研究方案：本研究首先選擇若干個(gè)典型的垃圾填埋場，確定我國填埋場ch4排放的典型濃度范圍和通量范圍，作為生物覆蓋層ch4氧化的基本運(yùn)行參數(shù)；然后，制備各種規(guī)格的天然土壤和

35、堆肥物，作為嗜甲烷菌的固相載體，并通過研究，確定生物覆蓋層材料的質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；針對ch4氧化對覆蓋層的特殊要求，同時(shí)結(jié)合填埋場對每日覆蓋層和最終覆蓋層的不同要求，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，分別設(shè)計(jì)出單一生物覆蓋層和復(fù)合生物覆蓋層結(jié)構(gòu)，以滿足填埋場不同運(yùn)行階段對覆蓋層的要求；最后分別建造若干實(shí)驗(yàn)室水平的生物覆蓋層，開展ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解動力學(xué)研究，揭示不同生物覆蓋層構(gòu)造的ch4降解規(guī)律，揭示不同ch4排放條件（濃度、通量）下的生物覆蓋層ch4降解規(guī)律，以及考察植被生長對生物覆蓋層內(nèi)ch4降解的影響；最終整合研究成果，得到一整套適合中國國情的填埋場生物覆蓋層ch4減排理論和技術(shù)，為在中試尺度上進(jìn)

36、一步開展填埋場生物覆蓋層ch4減排研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（一）我國典型填埋場的ch4排放研究結(jié)合我國填埋場運(yùn)行情況和垃圾填埋深度，選擇4個(gè)典型填埋場，用靜態(tài)通量箱技術(shù)監(jiān)測目標(biāo)填埋場的填埋氣排放通量，現(xiàn)場采集填埋氣體，回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜分析其ch4濃度，從而確定ch4的排放速率和排放濃度。該項(xiàng)研究計(jì)劃在一年內(nèi)完成，每個(gè)填埋場分別在春夏秋冬四個(gè)季節(jié)里分4次監(jiān)測，每次監(jiān)測持續(xù)3天的時(shí)間。主要目標(biāo)是獲得各填埋場在不同氣象條件下的ch4排放數(shù)據(jù)，作為開發(fā)適合中國國情的填埋場生物覆蓋層研究的基本依據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)，還可分析研究我國典型填埋場的ch4排放規(guī)律，為我國參加氣候變化的政府間談判提供一定的數(shù)據(jù)支持。

37、（二）生物覆蓋層材料質(zhì)量評價(jià)生物覆蓋層的備選材料包括主要功能材料和輔助材料。主要功能材料是指可作為嗜甲烷菌固相載體的材料，輔助材料主要包括用于植被生長、布水布?xì)庖约坝糜谠鰪?qiáng)氧氣傳輸性能的的材料。鑒于研究報(bào)道某些堆肥物的ch4最大氧化能力顯著高于天然土壤，某些堆肥物又不具備此種能力，本研究擬廣泛考察各種堆肥物的潛在ch4氧化性能，進(jìn)而提出其質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。1堆肥物制備選擇有機(jī)城市垃圾、市政污水廠污泥、農(nóng)業(yè)秸稈、畜禽糞便等富含有機(jī)成分的固體廢物，用先進(jìn)的堆肥工藝堆積30300天，制作出不同生物穩(wěn)定化性能的堆肥物12種，分析其生物穩(wěn)定度、有機(jī)質(zhì)含量、持水力、孔隙度、n的各種組分、ph值等可能影響其ch

38、4氧化性能的參數(shù)。2堆肥物ch4氧化動力學(xué)分析開展堆肥物ch4氧化接種試驗(yàn)，ch4接種濃度分別為2.5，5，10，20，40和60%的條件下，研究12種堆肥物的ch4氧化動力學(xué)，建立動力學(xué)方程，獲得相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)：ch4最大氧化速率值vmax和反應(yīng)速率常數(shù)k。將動力學(xué)參數(shù)vmax和k作為關(guān)鍵參數(shù)，將堆肥物按ch4氧化性能分為5個(gè)等級，作為評價(jià)堆肥物作為嗜甲烷菌固相載體的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3輔助材料評價(jià)用于植被生長的材料選自填埋場表層覆蓋土。植被材料選擇應(yīng)用廣泛的黑麥草。用于布水布?xì)饧霸鰪?qiáng)氧氣傳輸能力的材料主要包括：粗砂、陶粒、中砂。測試輔助材料的相關(guān)物性，如滲透系數(shù)、持水力、孔隙度等，并按照透水

39、、透氣性能將材料分為5個(gè)等級，作為輔助材料的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。（三）生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)分為單一生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)和復(fù)合生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)。單一生物覆蓋層用于替代傳統(tǒng)填埋場的每日覆蓋層和中間覆蓋層，復(fù)合生物覆蓋層用于替代傳統(tǒng)填埋場的最終覆蓋層。1單一生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)上主要考慮覆蓋層厚度和覆蓋材料的配合比。擬設(shè)計(jì)1550cm厚度的生物覆蓋層，選用堆肥物、陶粒、中粗砂為基本材料，以堆肥物ch4氧化潛力等級、混合料的透水透氣等級為基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出6個(gè)單一生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)方案，并搭建相應(yīng)的試驗(yàn)裝置。2復(fù)合生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)上考慮既保持傳統(tǒng)覆蓋層的基本功能，又強(qiáng)化生物覆蓋層

40、的ch4氧化功能。為此，擬設(shè)計(jì)厚度在50120cm的復(fù)合生物覆蓋層，主要包括：ch4氧化層、水氣分布層、弱透水層及最上層的黑麥草。最終設(shè)計(jì)出6個(gè)復(fù)合生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)方案，并搭建相應(yīng)的試驗(yàn)裝置。（四）ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解行為結(jié)合所調(diào)查的4個(gè)典型填埋場的ch4排放通量和排放濃度，確定模擬試驗(yàn)的4種ch4負(fù)荷：高濃度、高通量，高濃度、低通量，低濃度、高通量，低濃度、低通量。擬用1218個(gè)月的時(shí)間，研究ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解動力學(xué)機(jī)制，著重考察：1生物覆蓋層構(gòu)造對ch4降解性能的影響：對6個(gè)單一生物覆蓋層和6個(gè)復(fù)合生物覆蓋層分別進(jìn)行不同ch4負(fù)荷的ch4氧化試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為3個(gè)月。測試相應(yīng)

41、的ch4氧化能力、生物覆蓋層不同部位的ch4濃度、氧氣濃度、溫度、濕度、ph、氧化還原電位等參數(shù)，分析其時(shí)空動態(tài)變化，評價(jià)各生物覆蓋層的性能。將最佳單一生物覆蓋層設(shè)計(jì)和復(fù)合生物覆蓋層設(shè)計(jì)用于后續(xù)研究的試驗(yàn)裝置建造。2供氧方式對ch4降解能力的影響：供氧方式分為表面擴(kuò)散供氧和底部強(qiáng)制供氧。其中，底部強(qiáng)制供氧又可分為3種供氧水平。本研究擬選擇高濃度、高通量和高濃度、低通量對2個(gè)生物覆蓋層分別進(jìn)行不同供氧方式的ch4氧化試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為3個(gè)月。測試相應(yīng)的ch4氧化能力、生物覆蓋層不同部位的ch4濃度、氧氣濃度、溫度、濕度、ph、氧化還原電位等參數(shù)，分析氧氣對生物覆蓋層ch4氧化的動態(tài)影響，評價(jià)兩種生

42、物覆蓋層對氧氣供應(yīng)的響應(yīng)能力。3營養(yǎng)物質(zhì)對ch4氧化性能的影響：本研究擬分別添加2種劑量的硝態(tài)氮/氨態(tài)氮，測試相應(yīng)的ch4氧化能力、生物覆蓋層不同部位的ch4濃度、氧氣濃度、溫度、濕度、ph、氧化還原電位等參數(shù)，分析氮源對生物覆蓋層ch4氧化的動態(tài)影響，評價(jià)兩種生物覆蓋層對氮源供應(yīng)的響應(yīng)能力。4氣候條件變化對ch4降解性能的影響：擬模擬3種降雨條件，考察在降雨前后兩種生物覆蓋層不同部位的ch4濃度、氧氣濃度、溫度、濕度、ph、氧化還原電位等參數(shù)的變化，分析降雨對ch4降解性能的影響，評價(jià)兩種生物覆蓋層對降雨的響應(yīng)能力。5植被生長對生物覆蓋層內(nèi)ch4降解的影響：以黑麥草為例，考察有植被和沒有植被

43、時(shí)，兩種復(fù)合生物覆蓋層不同部位的ch4濃度、氧氣濃度、溫度、濕度、ph、氧化還原電位等參數(shù)的變化，分析植被對ch4降解性能的影響，特別注意考察植被的氧氣輸送能力?？尚行苑治觯禾盥駡龈采w層中的ch4氧化研究已經(jīng)有十幾年的歷史，人們已經(jīng)比較透徹的理解了天然土壤中ch4氧化的內(nèi)在機(jī)制。本研究提出的生物覆蓋層內(nèi)ch4降解行為，是以人造堆肥物為主要研究對象，天然土壤中ch4的氧化行為研究成果為本研究的順利進(jìn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。最近，應(yīng)用堆肥物作為生物覆蓋層和生物過濾器的主要材料用于強(qiáng)化ch4氧化也有一些報(bào)道，但研究比較凌亂。本項(xiàng)目提出的生物覆蓋層設(shè)計(jì)和材料質(zhì)量評價(jià)方法是在這些研究的基礎(chǔ)上提出的，可以

44、為生物覆蓋層的進(jìn)一步發(fā)展提供技術(shù)支持。項(xiàng)目申請者一直從事有機(jī)固體廢物生物處理的科學(xué)研究工作，積累了較為豐富的科研和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目申請者曾作為國家環(huán)?？偩掷盥駳忭?xiàng)目咨詢專家參與了國內(nèi)數(shù)個(gè)垃圾填埋氣cdm項(xiàng)目前期開發(fā)，對國內(nèi)垃圾填埋場的情況比較熟悉，在典型填埋場的篩選與監(jiān)測方面有較好的基礎(chǔ)。項(xiàng)目申請者已經(jīng)著手試驗(yàn)平臺的搭建，并擬在近期開展預(yù)備試驗(yàn)研究，有望在本項(xiàng)目的資助下，將研究推向深入。項(xiàng)目組中既有熟悉堆肥物制備的教師，又有熟悉垃圾填埋工程和植被恢復(fù)的科研人員，還有一批富有朝氣的博碩士研究生，實(shí)現(xiàn)了學(xué)科領(lǐng)域的交叉互補(bǔ)和科研力量的優(yōu)化組合。這種合理的研究梯隊(duì)是本研究所有目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)的人力保障。

45、申請者所在單位北京師范大學(xué)是環(huán)境模擬與污染控制國家聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的依托單位之一，學(xué)院有氣相色譜-質(zhì)譜儀(gc-ms)、高壓液相色譜儀、激光掃描顯微鏡等大型儀器設(shè)備，能夠提供研究所需的自動化堆肥反應(yīng)器、小型測試儀器及處理數(shù)據(jù)所需的軟、硬件設(shè)備。這些良好的軟硬件設(shè)施是本項(xiàng)目研究內(nèi)容順利開展的物質(zhì)保障?？傊卷?xiàng)目研究無論從技術(shù)支撐、人員組成和設(shè)備條件方面都能保證整個(gè)計(jì)劃的順利進(jìn)行，有望通過學(xué)科交叉在填埋場溫室氣體減排技術(shù)方面取得突破性的研究成果。4、 本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處。本項(xiàng)目創(chuàng)新之處l 首次在我國開展填埋場溫室氣體減排的生物技術(shù)研究，填補(bǔ)國內(nèi)在該方面的研究空白；l 首次提出填埋場生物覆蓋層材

46、料質(zhì)量評價(jià)方法；l 首次提出填埋場生物覆蓋層設(shè)計(jì)方法；l 首次開展填埋場生物覆蓋層中的甲烷降解動力學(xué)研究。5、 年度研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果。年度研究計(jì)劃主要工作內(nèi)容07年14月07年510月07年11月08年4月08年510月08年11月09年4月09年510月09年1112月資料收集、前期準(zhǔn)備工作*典型填埋場的ch4排放研究*生物覆蓋層材料質(zhì)量評價(jià)*堆肥物制備*堆肥物ch4氧化動力學(xué)分析*輔助材料評價(jià)*生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)單一生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)*復(fù)合生物覆蓋層構(gòu)造設(shè)計(jì)*ch4在生物覆蓋層內(nèi)的降解行為*生物覆蓋層構(gòu)造對ch4降解性能的影響*供氧方式對ch4降解能力的影響*營養(yǎng)物質(zhì)對ch4氧化性能

47、的影響*氣候條件變化對ch4降解性能的影響*植被生長對生物覆蓋層內(nèi)ch4降解的影響*數(shù)據(jù)分析*整理、發(fā)表研究成果*課題總結(jié)*注： *表示相應(yīng)工作內(nèi)容的實(shí)施和工作量。預(yù)期研究成果 ( 完成一份填埋場甲烷排放及其控制的建議性報(bào)告，供國家相關(guān)決策機(jī)構(gòu)和地方填埋場管理部門參考。)( 發(fā)表sci論文23篇，國內(nèi)核心期刊34篇， 通過項(xiàng)目研究培養(yǎng)碩士生12，培養(yǎng)博士生12名。)（二）研究基礎(chǔ)與工作條件1、研究基礎(chǔ)北京師范大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在固體廢物生物處理（如堆肥化）領(lǐng)域開展了一系列的研究，建立了固體廢物實(shí)驗(yàn)室，自制了先進(jìn)的固體廢物生物反應(yīng)器及其自動化控制系統(tǒng)。課題申請人一直從事有機(jī)

48、固體廢物生物處理的理論與應(yīng)用研究工作，2000-2003年參加了我國第一個(gè)面源污染控制研究項(xiàng)目、國家重大科技攻關(guān)專項(xiàng)滇池流域面源污染控制技術(shù)研究，從事其中的農(nóng)業(yè)固體廢物堆肥化的建模、試驗(yàn)與工程應(yīng)用研究。2003-2005年參加了國家863高技術(shù)資助的“城市生活垃圾資源化技術(shù)與設(shè)備”項(xiàng)目，主要負(fù)責(zé)有機(jī)垃圾高效降解工藝與設(shè)備的研發(fā)。在國內(nèi)較早發(fā)表了“垃圾填埋場的甲烷釋放及其減排”等學(xué)術(shù)論文，并向有關(guān)學(xué)術(shù)刊物投送“甲烷氣體在填埋場生物覆蓋層內(nèi)的降解研究進(jìn)展”、“垃圾填埋場覆蓋層的甲烷氧化”等學(xué)術(shù)論文，介紹填埋場甲烷氧化對全球氣候變化的影響。目前課題申請人已著手填埋場甲烷氧化的實(shí)驗(yàn)室模擬工作。上述研究

49、工作和試驗(yàn)積累為本項(xiàng)目的順利開展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐和基礎(chǔ)保障。2、工作條件北京師范大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能夠提供基本的測試儀器和實(shí)驗(yàn)條件。必要時(shí)可借助北京師范大學(xué)分析測試中心的儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員力量。北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院能夠提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析的軟、硬件設(shè)備支持。3、申請人簡歷課題主持人張相鋒，男，33歲，博士，講師，主要研究領(lǐng)域?yàn)楣腆w廢物生物處理及其相關(guān)的溫室氣體控制。2000年農(nóng)業(yè)部可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲工學(xué)碩士學(xué)位，2003年清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系獲工學(xué)博士學(xué)位，2003年至今北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院任講師，其中2005年2月9月任國家環(huán)境保護(hù)總局對外經(jīng)濟(jì)合作

50、中心cdm項(xiàng)目咨詢專家。參加完成國家重大科技攻關(guān)專項(xiàng)、國家863高技術(shù)項(xiàng)目等國家級課題數(shù)項(xiàng)，在國內(nèi)外專業(yè)期刊發(fā)表論文近20篇（其中ei檢索論文4篇），申報(bào)和固體廢物生物處理相關(guān)的國家發(fā)明專利5項(xiàng)，其中1項(xiàng)已經(jīng)獲得授權(quán)，其余4項(xiàng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查階段。在本項(xiàng)目中全面負(fù)責(zé)課題的設(shè)計(jì)、組織和研究工作。與本項(xiàng)目相關(guān)的主要成果有：1. 張相鋒，肖學(xué)智, 何毅等, 2006. 垃圾填埋場的甲烷釋放及其減排. 中國沼氣, 24(1): 3-5.2. 張相鋒, 2006. 垃圾填埋場覆蓋層的甲烷氧化（已投稿，中國沼氣）3. 張相鋒, 葛垚, 2006. 甲烷氣體在填埋場生物覆蓋層內(nèi)的降解研究進(jìn)展（已投稿，環(huán)境污

51、染治理技術(shù)與設(shè)備）4. 張相鋒, 2006. 垃圾填埋場甲烷減排分析及其表層氧化（已投稿，中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)）5. 張相鋒, 2006. 垃圾填埋場甲烷的生物過濾（已投稿，城市環(huán)境與城市生態(tài)）6. 張相鋒, 2005. 我國垃圾填埋氣發(fā)電項(xiàng)目利用清潔發(fā)展機(jī)制的潛力（已投稿，太陽能學(xué)報(bào)）7. 殷勇, 王洪濤, 張相鋒, 2002. 垃圾填埋場水分遷移模型的應(yīng)用研究. 環(huán)境污染治理與設(shè)備.3(10)：36-40.8. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐, 2005. 通風(fēng)速率對農(nóng)業(yè)蔬菜花卉廢物混合堆肥的影響（ei 05479497800）. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 21(10): 134-137. 9. 張相鋒,

52、王洪濤, 聶永豐, 2006. 溫度對高水分蔬菜廢物和花卉秸稈共堆肥的影響（ei 06089716050）. 環(huán)境科學(xué), 27(1): 171-174.10. 張相鋒, 2003. 農(nóng)業(yè)蔬菜花卉廢物和糞便共堆肥的研究與應(yīng)用. 博士學(xué)位論文, 清華大學(xué), 北京.11. 王洪濤, 張相鋒, 周輝宇, 2003. 一種新型有機(jī)廢物堆肥倉強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng). 發(fā)明專利03119303.x（已授權(quán)）12. 張相鋒，楊志峰，陳家軍, 2005. 發(fā)明專利2005101142369（實(shí)審階段）13. 張相鋒，楊志峰，陳家軍, 2005. 發(fā)明專利2005101142034（實(shí)審階段）14. 張相鋒，楊志峰，陳家軍

53、, 2005. 發(fā)明專利2005101146618（實(shí)審階段）15. 張相鋒，楊志峰，陳家軍, 2005. 實(shí)用新型專利200520129613.116. 張相鋒, 王洪濤, 周輝宇, 2003. 發(fā)明專利03119301.3（實(shí)審階段）17. 王洪濤, 張相鋒, 周輝宇, 2003. 發(fā)明專利03119302.1（實(shí)審階段）18. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐等, 2003. 花卉廢物和牛糞共堆肥中的氮素遷移. 環(huán)境科學(xué)，24(3): 126-131.19. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐等, 2003. 高水分蔬菜廢物和花卉、雞舍廢物共堆肥的中試研究. 環(huán)境科學(xué)，24(2): 147-151.2

54、0. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐等, 2003. 蔬菜廢物和花卉廢物批式進(jìn)料聯(lián)合堆肥的中試. 環(huán)境科學(xué), 24(5): 146-150.21. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐等, 2003. 蔬菜廢物和花卉廢物序批式進(jìn)料聯(lián)合堆肥的中試. 環(huán)境科學(xué), 24(6): 148-151.22. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐等, 2003. 花卉廢物和牛糞共堆肥的中試研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，23(3): 360-36423. 張相鋒, 王洪濤, 聶永豐等, 2003. 豬糞和鋸末共堆肥的中試研究. 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境, 18(4):19-224、承擔(dān)科研項(xiàng)目情況申請人承擔(dān)項(xiàng)目：· 2000年1月 - 200

55、3年7月： 國家重大科技攻關(guān)專項(xiàng)（k99-05-35-02）滇池流域面源污染控制技術(shù)研究，主要參加人；· 2003年8月 - 2005年2月： 國家863高技術(shù)項(xiàng)目（2001aa644020）城市生活垃圾資源化技術(shù)與設(shè)備，主要參加人。（三）經(jīng)費(fèi)預(yù)算說明經(jīng)費(fèi)總預(yù)算：39.28萬元。其中，各項(xiàng)預(yù)算及依據(jù)如下：一、研究經(jīng)費(fèi) （總額：36.3萬元） 1科研業(yè)務(wù)費(fèi)：25.1萬元。 （1）測試、分析、計(jì)算費(fèi)：15萬元。樣品的實(shí)驗(yàn)室分析，共需測試費(fèi)用9萬，分析費(fèi)用6萬。 （2）能源、動力費(fèi)：2.1萬元。實(shí)驗(yàn)室模擬甲烷氧化系統(tǒng)需要連續(xù)通風(fēng)，原料預(yù)處理等都要消耗能源（每年約需0.6萬元）。 （3）會議

56、費(fèi)/差旅費(fèi)：8萬元。主要用于參加學(xué)術(shù)交流的差旅費(fèi)和國內(nèi)典型填埋場的調(diào)研的差旅費(fèi)。 （4）出版物/文獻(xiàn)/信息傳播事務(wù)費(fèi)：0.5萬元。主要用于文獻(xiàn)檢索、資料收集及出版物購買。 （5）其它：0.6萬元。論文版面費(fèi)（每篇核心刊物論文版面費(fèi)平均0.15萬元）。2實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)：7萬元。（1）原材料/試劑/藥品購置費(fèi)：7萬元。共需原料費(fèi)1萬，實(shí)驗(yàn)室模擬、堆肥物的制備及樣品分析需要試劑3萬，藥品3萬。（2）其它：0萬元。3儀器設(shè)備費(fèi)：3.2萬元。（1）購置費(fèi)：1萬元。主要用于購買小型篩分機(jī)和混合機(jī)各1臺。（2）試制費(fèi)：2.2萬元。自制甲烷氧化模擬系統(tǒng)4套，2萬；日常儀器的調(diào)制、維修和保養(yǎng)0.2萬。4實(shí)驗(yàn)室改裝費(fèi)

57、：0.5萬元。建造小型通風(fēng)系統(tǒng)1套主要用于甲烷的排出。5協(xié)作費(fèi)：0.5萬元。用于和其它相關(guān)部門的組織與協(xié)調(diào)。二、國際合作與交流 （總額：0萬元）三、勞務(wù)費(fèi)：1.08萬元（預(yù)算小于總經(jīng)費(fèi)的15%）。試驗(yàn)材料的制備等輔助工作（15元/天/人 *120天/年* 3年 * 2人）。四、管理費(fèi)：1.9萬元。按項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)的5%計(jì)。（四）其他附件登記序號： 項(xiàng)目編號：中醫(yī)藥、中西醫(yī)結(jié)合科研項(xiàng)目課題設(shè)計(jì)書課題名稱：痛痹顆粒對骨關(guān)節(jié)炎細(xì)胞凋亡和增殖的機(jī)理研究申報(bào)單位： 江蘇省中醫(yī)院課題負(fù)責(zé)人： 朱萱萱計(jì)劃年限：郵政編碼： 210029 聯(lián)系電話： 8661714130306申報(bào)日期：江蘇省中醫(yī)藥局制填寫提綱一、立項(xiàng)依據(jù)：與選題直接相關(guān)的國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢；選題的理論和實(shí)踐依據(jù)；研究目的、意義；本研究達(dá)到的科學(xué)技術(shù)水平，預(yù)期社會經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用推廣前景。二、科研假說或技術(shù)構(gòu)思，主要研究內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)、目標(biāo)（達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)），技術(shù)特征及創(chuàng)新之處，開發(fā)項(xiàng)目應(yīng)說明開發(fā)規(guī)模。三、研究試驗(yàn)方法及技術(shù)