垃圾填埋场覆盖黄土的甲烷氧化能力及其影响因素研究

杨益彪，詹良通，陈云敏，史 炜

（1.浙江大学，软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江 杭州310058；2.贵州省交通规划勘测设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081；3.西安市固体废物管理处，陕西 西安 710038）

垃圾填埋场覆盖黄土的甲烷氧化能力及其影响因素研究

杨益彪1，2，詹良通1*，陈云敏1，史 炜3

（1.浙江大学，软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江 杭州310058；2.贵州省交通规划勘测设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081；3.西安市固体废物管理处，陕西 西安 710038）

利用西安江村沟填埋场不同覆盖时间的临时覆盖黄土和新鲜黄土掺堆肥配置的土样，开展了甲烷氧化培养瓶试验，培养历时最长达22d，研究了不同覆盖时间的覆盖黄土和不同堆肥掺量的新鲜黄土的甲烷氧化能力，以及含水量对覆盖黄土甲烷氧化能力的影响，分析了甲烷氧化过程中各组分气体体积变化关系.研究结果表明：不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化能力相差很大，覆盖3～5年的黄土最大甲烷氧化能力达26.05～53.95μg CH4/（g·h）， 而未覆盖的新鲜黄土几乎没有甲烷氧化能力.在新鲜黄土中掺入堆肥，能有效提高其甲烷氧化能力，且在堆肥掺量小于50%时，土样的最大甲烷氧化能力与堆肥掺量呈正比例关系.含水量对覆盖土的甲烷氧化能力有很大影响，黄土甲烷氧化的最适宜含水量约为20% ～ 30%.在甲烷氧化过程中，甲烷氧化菌将CH4中约44%的碳氧化为CO2，其余碳转化为甲烷氧化菌胞内物质.实际工程中进行覆盖层设计时，需要根据填埋场实际产气量和覆盖层导气性确定与甲烷通量相匹配的甲烷氧化速率，进而合理确定堆肥掺量.

黄土；甲烷氧化能力；垃圾填埋场覆盖层；覆盖时间；堆肥

CH4是全球变暖贡献仅次于CO2的第二大温室气体，近年来在大气中的浓度迅速增大.垃圾填埋场是CH4的重要释放源，据估计至2020年，填埋场CH4释放将占全球CH4释放总量的19%［1-3］.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t当量CO2，占全国CH4总排放量的31.6%［4］.随着全球气候变化和温室效应倍受关注，诸多研究者已致力于研究如何经济合理地减少填埋场的甲烷释放，特别是对于那些没有填埋气主动收集或填埋气主动收集系统已关闭的垃圾填埋场［5-7］.由于CH4的全球变暖潜势（GWP）是CO2的20到30倍，因而利用填埋场覆盖土层中的甲烷氧化细菌在有氧环境中将CH4转化为CO2以降低填埋场的CH4排放强度，是一种具有应用前景的填埋场温室气体减排技术［5，8］.

覆盖层甲烷氧化受到温度、含水量、覆盖材料类型、有机质含量、CH4和O2浓度等因素的影响［9-10］.研究表明，甲烷氧化的最适宜温度为25～30℃，最佳含水率在20%左右.当覆盖层含水量处于最佳含水量时，微生物能保持较高的活性；当含水量低于5%时，甲烷氧化活动将急剧降低［9，11-13］.覆盖材料类型对甲烷氧化效果的影响主要在于覆盖材料的孔隙大小影响到CH4和O2在覆盖层中的传输［14］；甲烷氧化菌的活性与土壤有机质含量呈正相关关系，富含有机质的覆盖层为甲烷氧化菌提供充足的营养物质，其微生物的数量和活性显著增加［15］.对于已经暴露在甲烷排放下一段时间、来自于填埋场的土壤，其氧化率比新鲜土高.堆肥等高有机物含量的材料具有较高的甲烷氧化效率，在土中该类物质可以使覆盖层的甲烷氧化能力得到有效提高，因而成为目前研究的热点之一［16-18］.

研究表明［19-20］，基于水分储存-释放原理的土质覆盖层在干旱和半干旱气候区可有效替代欧美及我国标准推荐的复合覆盖层，从而降低造价，并可有效克服压实粘土覆盖层在气候干湿循环作用下易发生干缩开裂失效的问题.我国西北地区气候相对比较干旱，黄土分布广泛，黄土作为覆盖土料容易就地取材，目前西北地区已有个别城市填埋场采用黄土作为填埋场覆盖层的案例.土质覆盖层的导气性使得O2和CH4能在其中传输，为甲烷氧化菌氧化CH4提供了必备条件.然而目前国内外关于覆盖黄土的甲烷氧化能力的研究较为少见，对如何提高新覆盖黄土的甲烷氧化能力及改良后的黄土的甲烷氧化效果评价还有待进一步研究.本文以西安江村沟填埋场的临时覆盖黄土和杭州某堆肥厂生产的堆肥为试验材料，通过培养瓶试验测试不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化速率； 在未做覆盖的新鲜黄土中掺入不同比例的堆肥，研究堆肥对新鲜黄土甲烷氧化速率的提升效果； 研究含水量对覆盖黄土甲烷氧化速率的影响； 分析甲烷氧化过程中的各气体组分体积变化关系，并对黄土覆盖层的甲烷氧化能力进行简单评估.研究成果可为黄土覆盖层的甲烷减排提供理论依据和数据支持.

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

表1 覆盖黄土及堆肥的基本理化性质Table 1 Basic soil physical-chemical properties of loess and compost

试验所用材料为取自西安江村沟垃圾填埋场的临时覆盖黄土和杭州某堆肥厂生产的堆肥.江村沟填埋场已达到设计填埋高度的几级台阶均采用当地黄土进行临时覆盖，本试验所用的临时覆盖黄土分别取自覆盖时间为5，3，0.5，0.5a的第1、4、6、7级台阶，以及尚未覆盖的新鲜黄土，对土样相应编号为1#、2#、3#、4#以及5#.上述临时覆盖的做法是在垃圾层上铺设30cm厚的卵石后再铺设30～50cm厚的黄土.第1、4、6级台阶上有野生植物生长，第7级台阶还未见植被，为防止雨水冲刷，在黄土层表面铺设一层LDPE膜.这些临时覆盖区域没有填埋气收集或填埋气主动收集系统已关闭.在覆盖层上取土时，先除去覆盖层表层1cm左右的覆盖土，然后再取上层20cm的覆盖土带回实验室保存.堆肥为杭州某堆肥厂生产，堆肥原料为泥炭、木屑和牛粪.覆盖黄土和堆肥的基本理化性质如表1所示.

1.2 试验方法

本文采用培养瓶试验研究覆盖黄土的甲烷氧化能力及其影响因素.将从填埋场覆盖层取回的各类试验备用土过2mm筛，除去草根等杂物，然后称取干重为50g（实际重量根据含水量换算）的土样加水或风干配制成目标含水量下的试验用土；堆肥则过3mm筛后采用天然含水量状态下的材料进行试验.

将各类配制好的试验用土装入容积为330mL的培养瓶中，用丁基胶塞塞紧，再用胶木盖盖紧.从培养瓶中抽出20mL空气后，再往瓶中注入20mL纯甲烷气体，作为甲烷氧化的初始状态.此时瓶内CH4和O2的体积分数分别为6.5%和19.6%左右，O2的含量约是CH4的3倍，与Albanna等［21］的甲烷氧化培养瓶试验中的O2和CH4的比值一致，根据Hilger等［16］的研究，甲烷氧化菌消耗1molCH4需1.50～1.57molO2，因此上述体积分数可确保试验过程中O2充足.此时可根据土的比重、含水量等估算培养瓶中的O2、N2、CH4、CO24种气体的体积百分数，并在瓶中气体均匀化之后，从瓶中抽取1mL气体进行检测验证.培养瓶中注入CH4后，将培养瓶置于20℃的恒温环境中培养，并每隔24h从各培养瓶中抽取1mL气体样品用气相色谱仪检测O2、N2、CH4、CO24种气体组分的体积分数.为使每天培养瓶中甲烷氧化的各气体组分初始状态明确以便于计算甲烷氧化速率，在抽取气体样品后，须给培养瓶换气.即打开瓶盖和瓶塞后，用空气反复冲洗瓶中，使瓶中气体再次恢复为洁净空气，然后在盖上瓶塞和瓶盖后重新抽出20mL空气，之后往瓶中注入20mL纯甲烷并置于20℃的恒温环境中培养.当土样的甲烷氧化速率较高时，应及时给培养瓶换气，以保证培养瓶中始终存有甲烷，避免甲烷浓度过低对甲烷氧化速率造成影响.

气体样品检测采用气相色谱仪GC9800，配置TCD检测器，用H2作载气，柱温、汽化室和检测器温度分别为80，100，120℃.测试采用手动进样，进样量为1mL.

由于在甲烷氧化过程中，消耗了CH4和O2，产生了CO2，虽该反应过程气体体积是减小的，但由于N2未参加任何反应，其量始终保持不变.因此，可根据培养后各气体组分的体积分数及N2的量计算出培养瓶中O2、N2、CH4、CO2在常压下的体积，进而可计算出瓶中气体总体积和各组分气体体积的变化量，并可根据培养时间计算出该类土的此时的甲烷氧化速率V，即单位质量的干土在单位时间内的甲烷消耗量［μg CH4/（g·h）］.

1.3 试验方案

表2 封顶覆盖黄土甲烷氧化培养瓶试验方案Table 2 Schemes of batch tests

本文为研究覆盖时间不同的覆盖黄土的甲烷氧化速率，以临时覆盖时间分别为5，3，0.5，0.5a（表面盖膜）的覆盖黄土为试验土样，调节土样含水量均为20%，置于20℃的恒温环境中培养；为研究在新鲜黄土中加入堆肥对新鲜黄土甲烷氧化速率的提升效果，在新鲜黄土中分别掺入1.5%、3.0%、10%、25%、50%的堆肥进行培养；为研究含水量对甲烷氧化速率的影响，以覆盖时间为3a的覆盖黄土和堆肥掺量为3.0%的新鲜黄土为试验土样，均调节含水量分别为10%、15%、20%、25%、30%进行培养.3种试验工况设置如表2所示.

2 结果与讨论

2.1 不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化效率

覆盖时间分别为5，3，0.5，0.5a的覆盖黄土1#、2#、3#、4#和未做覆盖的新鲜黄土5#土样在20℃的恒温环境中培养22d过程中的甲烷氧化速率如图1所示.

图1 不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化速率Fig.1 The methane oxidation rates of landfill cover loess with different placement duration

从图1中可以看出，覆盖时间不同的5种土样在培养过程中的甲烷氧化速率相差很大，但在培养的最初2d，所有土样均几乎没有甲烷氧化能力，随后覆盖时间为5a的1#土样、覆盖时间为0.5a的3#土样、覆盖时间为3a的2#土样的甲烷氧化能力依次开始增大，并在甲烷氧化速率达到各自的最大值Vmax（分别为26.05，8.04，53.95μg CH4/（g·h））后，甲烷氧化速率随着培养时间的增加而大幅减小.该工况下的5种土样中，2#土样的最大甲烷氧化速率最大，且能够保持较强的甲烷氧化能力一段时间；1#土样在培养的第9d就达到甲烷氧化速率的最大值，然后迅速减小至较小值；3#土样在培养的第5d，其甲烷氧化速率就达到了最大值，该值要比1#和2#土样的最大值小得多.而在整个培养过程中，覆盖时间为0.5a且表面盖了一层土工膜的4#土样甲烷氧化能力非常小，未做覆盖的新鲜黄土5#土样甚至几乎没有甲烷氧化能力.在本试验中，试验土样的甲烷氧化能力经一段时间培养逐渐增长至最大后均降低至较小值.造成该现象的原因是由于培养瓶中土料较少，甲烷氧化活动代谢产物—胞内聚合物的积累和土料中的营养物质消耗使得土中甲烷氧化菌数量减少、活性降低，从而造成甲烷氧化速率降低［22-23］.前人开展的更大尺度的试验（如模拟土柱试验）中没有发现甲烷氧化速率显著降低的现象［9，24-26］，这与模拟土柱的土料及营养物质较充足、甲烷菌生长条件较佳有关.本文的培养瓶试验主要目的是测试各种土料的最大甲烷氧化能力，为覆盖土料选择提供依据.

出现上述土样甲烷氧化能力差异巨大的原因主要在于土样覆盖时间不同，造成土样暴露于有CH4和O2存在的环境中的时间和有机质含量不同.最大甲烷氧化速率Vmax最大的2#土样的覆盖时间为3a，且所在覆盖台阶未进行填埋气收集，虽填埋垃圾已很少产气，但覆盖土所在环境缺乏CH4的时间并不长，且该级覆盖层的植被生长良好，有机质含量最高，因而其甲烷氧化能力最强，也能将较强的甲烷氧化能力保持一段时间.覆盖时间为5a的1#土样所在的覆盖台阶也不进行填埋气收集，但由于该级台阶覆盖较早，垃圾停止产气时间较长，覆盖土所处环境早已缺少CH4供应，虽土样有机质含量也较高，其甲烷氧化能力小于2#土样.3#土样和4#土样的覆盖时间均为0.5a，所在覆盖台阶的填埋气主动收集系统均已关闭，土样暴露于CH4和O2存在的环境中的时间相对较短，且土样有机质含量均较低，因而其甲烷氧化能力很小；特别是覆盖后还在覆盖层表面盖有土工膜的4#土样，则更少暴露于自然环境中，因而其甲烷氧化能力与未做覆盖的新鲜黄土一样，几乎没有甲烷氧化能力.该试验结果与某些学者的研究发现较为一致.何品晶等［13］在研究杭州市天子岭废弃物处置总场封场覆盖土的甲烷氧化影响因素时，同样发现覆盖土的甲烷氧化能力受覆盖时间和填埋气主动收集系统关闭时间长短的影响，封场覆盖时间和填埋气主动收集系统关闭时间过长的覆盖土样的甲烷氧化能力反而稍低.岳波等［27］研究发现填埋场老覆土的甲烷氧化能力大于新覆土，且新覆土的甲烷氧化能力极低.

2.2 不同堆肥掺量的新鲜黄土的甲烷氧化速率

从图2可以看出，不同堆肥掺量的新鲜黄土和纯堆肥在培养过程的前6d均几乎没有甲烷氧化能力，随后才逐渐增长至最大值（分别为1.74，4.14，10.4，69.9，177.6，310.3，300.7μg CH4/（g·h）），然后再减小至较低值.当堆肥掺量达到50%时，土样的甲烷氧化速率则与纯堆肥的甲烷氧化速率基本相同.这说明通过向土中掺入堆肥来增强土壤的甲烷氧化能力时，当堆肥掺量达到50%，再增加堆肥掺量，则已不能进一步提高土壤的甲烷氧化能力.

图2 不同堆肥掺量的新鲜黄土的甲烷氧化速率Fig.2 The methane oxidation rates of fresh loess with different compost content

从图3可看出，当堆肥掺量小于50%时，掺入堆肥的新鲜黄土培养过程中的最大甲烷氧化速率甲烷氧化速率Vmax与堆肥掺量基本呈线性关系.这说明通过在未做覆盖的新鲜黄土中掺入一定量的堆肥，可有效提高黄土的甲烷氧化能力.其原因主要在于堆肥含有大量有机质，能为甲烷氧化菌生长提供充足的营养物质，将其掺入有机质含量极低、几乎没有甲烷氧化菌的新鲜黄土中后，黄土土样的有机质含量等条件得到改善，甲烷氧化菌也能在土中良好生长，从而新鲜黄土的甲烷氧化能力得到相应提高.岳波等［27］通过在填埋场新覆土中接种陈腐垃圾来提高新覆土的甲烷氧化能力，当陈腐垃圾与新覆土质量比为1：10时，其甲烷氧化能力比新覆土有明显提高，但增大陈腐垃圾比例时，甲烷氧化能力进一步提高效果不明显.

图3 最大甲烷氧化速率Vmax与堆肥掺量的关系Fig.3 Relationship between maximal methane oxidation rates Vmaxwith compost content

2.3 含水量对甲烷氧化效率的影响

从图4、图5中可以看出，覆盖时间为3a的覆盖黄土和堆肥掺量为3.0%的新鲜黄土在含水量为20%、25%、30%时，经一定时间培养，均能达到相应的最大甲烷氧化速率Vmax.含水量为15%的覆盖黄土和新鲜黄土均需要较长时间（分别为18d和20d）培养才能达到其相应的最大甲烷氧化速率Vmax，且其Vmax值是含水量为25%土样Vmax值的1/3.而含水量为10%的覆盖黄土和新鲜黄土在整个培养过程中的甲烷氧化速率均接近于零，即几乎没有甲烷氧化能力.

从图4、图5可以发现，覆盖黄土在含水量小于25%时，其最大甲烷氧化速率随含水量的增加而增大；当含水量大于25%时，覆盖黄土的最大甲烷氧化速率随含水量的增加反而开始减小.因此，可以得到本试验中覆盖时间为3a的覆盖黄土甲烷氧化的最适宜含水量为25%.堆肥掺量为3.0%的新鲜黄土在含水量为10%～30%时，最大甲烷氧化速率随含水量的增加而增大，且在20%～30%范围内均相对较大.说明本试验中堆肥掺量为3.0%的新鲜黄土甲烷氧化最适宜含水量的范围为20%～30%.掺有堆肥的新鲜黄土甲烷氧化的最适宜含水量比覆盖黄土稍高，其原因主要在于新鲜黄土中所掺堆肥的甲烷氧化最适宜含水量要比一般土壤高很多［22，28］.含水量为10%的两类土的最大甲烷氧化速率均接近于零则说明过低的含水量会造成甲烷氧化菌的活性降低［12-13］.

图4 不同含水量的覆盖黄土（封顶覆盖时间为3a）的甲烷氧化速率Fig.4 The methane oxidation rates of landfill cover loess（placement duration is 3a） with different moisture content

图5 不同含水量的新鲜黄土（堆肥掺量为3%）的甲烷氧化速率Fig.5 The methane oxidation rates of fresh loess（compost content is 3.0%） with different moisture content

2.4 甲烷氧化过程中各气体组分体积变化关系

图6 甲烷氧化过程中CO2产生量、O2消耗量、气体总体积减少量与CH4消耗量的关系Fig.6 Relationship between output of CO2， consumption of O2， gas volume reduction with CH4consumption

从图6可以看出，甲烷氧化过程中，CO2产生量、O2消耗量、气体总体积减少量与CH4消耗量均具有较好的线性关系，且VCH4消耗：VCO2产生约为1：0.440，VCH4消耗：VO2消耗约为1：0.977，VCH4消耗：V总体积减少约为1 ： 1.535.即甲烷氧化过程中消耗1mLCH4将会产生0.440mLCO2，同时消耗掉0.977mLO2，气体总体积将减少1.535mL.

Hilger等［16］认为甲烷氧化菌将CH4转化为CO2主要有2种途径，其总反应式分别为：

根据碳守恒，由本文甲烷氧化过程中气体体积变化量的关系可以得到甲烷氧化菌氧化甲烷的总反应表达式为：

从式（3）可以看出，甲烷氧化菌在氧化甲烷的过程中将1mol CH4转化为0.440mol CO2，该结果稍低于何品晶等［24］的测试结果（即甲烷氧化和二氧化碳的转化比例为0.51），也低于Hilger等提出的反应式中的转化系数（即0.529～0.573），这说明有部分碳转化为甲烷氧化菌细胞内物质有关.通过甲烷氧化菌的甲烷氧化作用，不仅可以将高GWP（全球变暖潜势）的CH4转化为低GWP的CO2，而且大部分的碳在甲烷氧化过程中已转化成甲烷氧化菌的细胞构成物质，即已被微生物所固定.这表明利用覆盖土中甲烷氧化菌的甲烷氧化作用可以有效实现填埋场的甲烷减排.

2.5 黄土覆盖层甲烷氧化能力

由于填埋场的新覆土的甲烷氧化能力非常微弱，当填埋气通过覆盖层时，填埋气中的CH4不能被有效消耗.因此，诸多学者通过在覆盖土中加入堆肥、污泥等有机质含量较高的材料形成生物覆盖层或生物滤池，用以提高覆盖土的甲烷氧化能力［16-17，23，29-32］.本文试验同样发现未覆盖的新鲜黄土经22d的培养几乎没有甲烷氧化能力；而在新鲜黄土中掺入堆肥后，培养6d，土样的甲烷氧化能力就开始增长；且堆肥掺量为10%的新鲜黄土的甲烷氧化能力就已大于甲烷氧化能力最强的覆盖黄土（覆盖时间为3a）.这说明在新鲜黄土中掺入适量堆肥，不仅可以提高黄土的甲烷氧化能力，还能缩短达到较高甲烷氧化效率的时间.

虽然在黄土中掺入堆肥等高有机质材料可有效提高黄土的甲烷氧化能力，但在覆盖层设计的实际工程中，需要保证覆盖层的防渗闭气性能，还需考虑经济因素和施工可行.因此，新鲜黄土的堆肥掺量并非越多越好，需要根据垃圾的产气量和覆盖层的导气性确定与覆盖层CH4通量相匹配的甲烷氧化速率，进而确定适宜的堆肥掺量.

研究表明［9，11，15，24］，甲烷氧化一般发生在覆盖层表层30～40cm的范围内，且在覆盖层表面以下10～20cm范围甲烷氧化活动最为强烈，因为此区域为CH4和O2分布的重叠区域.因此，Scheutz等

［15］在估算覆盖层的甲烷氧化速率时采用以下计算公式：

式中： K0为覆盖层的甲烷氧化速率，gCH4/（m2·d）；k0为覆盖土的甲烷氧化速率，μg CH4/（g·d）； da为甲烷氧化区域的厚度，m； ρb为甲烷氧化区域土的干密度，Mg/m3.

进入覆盖层的甲烷通量与填埋垃圾的产气速率和填埋气抽气速率相关，因为当垃圾产气速率很高或覆盖层的气体渗透系数很小时，为保证覆盖层的安全稳定，需通过抽排填埋气以控制填埋气压小于警戒气压值.因而进入老填埋场或有填埋气主动收集系统的填埋场覆盖层的CH4通量相对较小，现场测试数据表明，国内垃圾填埋场的CH4通量介于0.142～20.380g CH4/（m2·d）［33-35］.按这个CH4通量考虑，若要将这些CH4全部氧化，则覆盖层所需的甲烷氧化速率K0达到0.142～20.380g CH4/（m2·d）.设覆盖层甲烷氧化层厚度da= 0.3m、土的干密度ρb=1.3Mg/m3，则由式（1）可算出覆盖土料所需达到的甲烷氧化速率k0= 0.364～52.256μg CH4/（g·d）［即0.015～2.177μg CH4/（g·h）］.Scheutz等［9］和Chanton等［14］总结多篇文献之后认为，由于环境因素等原因，培养瓶试验、土柱试验和现场试验得到的甲烷氧化速率最大值依次减小.因此，若以培养瓶试验的最大甲烷氧化速率来估算覆盖层的甲烷氧化速率，需要将培养瓶试验的最大甲烷氧化速率除以一个“安全系数N”.当取N=2时，根据本文培养瓶试验的结果，由新鲜黄土掺3%堆肥构建的黄土覆盖层可将上述通量0.142～20.380g CH4/（m2·d）的CH4消耗掉，而没有必要在新鲜黄土中掺入更多的堆肥.

3 结论

3.1 临时覆盖时间不同的覆盖黄土的甲烷氧化能力相差很大， 覆盖3～5a的黄土最大甲烷氧化能力达26.05～53.95μg CH4/（g·h）， 而新鲜黄土几乎没有甲烷氧化能力；覆盖时间主要影响黄土暴露于有CH4存在环境中的时间和有机质含量，进而影响覆盖土的甲烷氧化能力.

3.2 在未做覆盖的新鲜黄土中掺入堆肥能有效提高新鲜黄土的甲烷氧化能力；且当堆肥掺量小于50%时，土样的最大甲烷氧化速率与堆肥掺量呈正比例关系；当堆肥掺量达到50%后，增加堆肥掺量已不能进一步提高黄土的甲烷氧化能力.

3.3 含水量对覆盖土的甲烷氧化能力有很大影响；覆盖时间为3年的覆盖黄土和堆肥掺量为3.0%的新鲜黄土甲烷氧化的最适宜含水量分别为25%和20%～30%；当含水量低于15%时，覆盖黄土的甲烷氧化能力较低.

3.4 甲烷氧化过程中CO2产生量、O2消耗量、气体总体积减少量与CH4消耗量具有良好的线性关系；且甲烷氧化菌将CH4中约44%的碳氧化为CO2，其余碳转化为甲烷氧化菌胞内物质.

3.5 在实际覆盖层设计中，若要通过在新覆盖土中加入堆肥等高有机质含量的材料以提高覆盖层的甲烷氧化能力，需要根据填埋场的实际产气量和覆盖层的导气性确定与甲烷通量匹配的甲烷氧化速率，进而确定堆肥的合理掺量.

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Methane oxidation capacity of landfill cover loess and its impact factors.

YANG Yi-biao1，2， ZHAN Liang-tong1*， CHEN Yun-min1， SHI Wei3
（1.Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering， Ministry of Education， Zhejiang University， Hangzhou 310058， China；2. Guizhou Transportation Planning， Survey and Design Co.， LTD.， Guiyang 550081，China； 3.Xi'an solid waste management office， Xi'an 710038， China）.

China Environmental Science， 2015，35（2）：484～492

Batch tests with a duration up to 22 days were carried out on the loess samples to measure their methane oxidation capacity. Some loess samples were taken from the temporary covers with different durations of placement at Xi'an landfill， the others were produced by mixing fresh loess with different content of compost. The influence of moisture content on methane oxidation was also investigated. The relationships among the volume changes of different gas compositions during methane oxidation process were analyzed. The experiments demonstrated that the methane oxidation capacity of the covering loess depended significantly on the duration of placement on the landfill. The maximum methane oxidation capacity ranged from 26.05 to 53.95μg CH4/（g·h） for the temporary cover loess with a placement duration in between 3 and 5 years. The fresh loess had no methane oxidation capacity within 22 days of incubation. The admixture of fresh loess with compost significantly enhanced the methane oxidation capacity of the loess. When the compost content was less than 50%， the maximum methane oxidation capacity of loess increased linearly with an increase in the compost content. The moisture content of loess had a significant influence on the methane oxidation， and the optimum moisture content of loess for methane oxidation is 20% ～ 30%. During the methane oxidation process， about 44% of carbon in CH4was oxidized to CO2， the rest carbon was converted to intracellular substances. In the design of a landfill final cover， the required methane oxidation capacity as well as the required compost addition should be determined according to the CH4generation from the landfill and the gas permeability of the landfill cover.

loess；methane oxidation capacity；landfill cover；duration of placement； compost

X705

A

1000-6923（2015）02-0484-09

杨益彪（1988-），男，贵州省三穗县人，浙江大学硕士研究生，主要从事非饱和土与环境土工研究.

2014-04-13

国家“973”项目（2012CB719805）

* 责任作者， 教授， zhanlt@zju.edu.cn