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，据估计2000年全球垃圾填埋场释放的CH4为8.42亿吨当量CO2，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，占全国CH4总排放量的31.6 ％（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（IPCC）的相关技术报告（IPCC，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）较早开展了填埋场