疏水性生物炭改性填埋场土壤覆盖层强化甲烷减排技术及其机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51668014
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Biochar-amended landfill cover become research fronts because it can minimize the adverse impacts of current biocover such as compost biocover, enhances methane transport and adsorption, and favors growth and methane oxidation activity of methanotrophs. Although biochar-amended landfill cover can enhance methane transport and adsorption, it can also promote the diffusion of the rainwater, and lead to the contradiction of waterproofness and gas permeability. Depending on the micro porous principle of the waterproof breathable material taking advantage of hydrophobic structure and micropore size, the project puts forward an integrated research program by hydrophobic biochar replacing ordinary biochar. The optimal parameters of waterproof and breathable coupling are determined by investigating the physical, geochemical and geotechnical properties of hydrophobic biochars and hydrophobic biochar-amended soils. The mechanism of methane transport and adsorption is determined and the optimal technical parameters of methane adsorption is obtained by researching the transport and enhanced adsorption of hydrophobic biochars and hydrophobic biochar-amended cover soils for methane and oxygen. The optimal operation parameters of promoting methane oxidation is obtained by investigating the rates of methane oxidation in hydrophobic biochars and hydrophobic biochar-amended soils. By porous ceramics replacing hydrophobic biochar, the mechanism of methane oxidation is revealed by the comparison of the rates of methane oxidation between porous ceramics-amended soils and hydrophobic biochar-amended soils. Based on the above research, a set of technology of enhancing methane mitigation in hydrophobic biochar-amended landfill soil cover is developed. It can improve the waterproofness and gas permeability of the cover material, and realize the maximization of methane oxidation. This project will result in a creative, low-cost, sustainable hydrophobic biochar-amended landfill soil cover to mitigate methane emissions at landfills and protect the environment and public health.
生物炭覆盖层因可克服传统生物覆盖层堵塞等缺点,促进甲烷氧化而成为覆盖层甲烷减排技术的前沿。但是添加生物炭促进甲烷和氧气扩散的同时,也会促进雨水的扩散,导致覆盖层防水透气的矛盾。根据防水透气材料利用材料的疏水结构和控制孔隙的微多孔原理,本项目提出采用疏水性生物炭替代普通生物炭,通过疏水性生物炭改性土壤物理化学性质的研究,确定其防水和透气耦合的最佳指标参数;通过疏水性生物炭改性土壤甲烷吸附研究,揭示甲烷吸附机理及变化规律,确定甲烷吸附的最佳技术参数;通过疏水性生物炭改性土壤甲烷氧化研究,获得促进甲烷氧化的最优操作参数和变化规律;采用多孔陶瓷颗粒替代生物炭,通过对比两者的甲烷氧化效果,揭示生物炭促进甲烷氧化的机理。在此基础上,形成一套疏水性生物炭改性土壤覆盖层强化甲烷减排技术,以改善覆盖材料的防水透气性能,实现甲烷减排的最大化。项目的研究将为填埋场甲烷减排提供技术支撑,具有重要的理论和应用价值。

结项摘要

针对填埋场生物炭土壤覆盖层甲烷氧化技术因促进CH4和O2扩散与防止雨水进入覆盖层存在矛盾,本研究提出采用疏水性生物炭替代普通生物炭,形成疏水性生物炭土壤覆盖层(RH),采用无机陶瓷材料替代生物炭,形成无机陶瓷材料改良土壤覆盖层(RC),同时设置传统土壤覆盖层(RS)、生物炭土壤覆盖层(RB)作为对照组,考察了其甲烷氧化性能;并借助高通量测序技术、荧光原位杂交(FISH)技术揭示了不同覆盖材料的微生物群落结构和功能微生物空间分布的变化规律。.结果表明,当模拟填埋气中CH4浓度为5-15%时,RB的甲烷减排性能提升较快,第81d时进气中99%的甲烷已被去除,RS在第95d时才达到99.16%的甲烷减排率;RS上、中、下3层的优势甲烷氧化细菌(MOB)为Methylocaldum,而RB的上层和中层为Methylobacter,下层则为Methylocaldum。至试验末期时,RS在上、中、下3层的总MOB相对丰度分别为9.05%、5.95%和42.12%,RB则分别为50.81%、42.67%和31.41%。同时在RS和RB中均检测出厌氧甲烷氧化古菌。由此表明生物炭的添加改变了填埋场土壤覆盖层的菌属分布,促进了MOB的生长,提高了甲烷减排性能。当模拟填埋气中CH4浓度为35%时,RB、RH和RC对CH4的总去除率分别为95.80%、99.50%和64.98%。RB和RH对CH4都表现出了较好的氧化效果,但是以RH最佳。在模拟降水条件下,RB和RH的总CH4去除率分别为71.59%和77.01%,RB和RH的含水率分别为31.22%和22.68%,渗透系数分别为1.15×10-7 m·s-1和7.68×10-8 m·s-1。RH对CH4的氧化能力比RB好,且防水能力更强。RB、RH和RC中不同深度相对丰度最大的细菌门类均为Proteobacteria,优势甲烷氧化菌属均为Methylobacter。RH上层的总甲烷氧化菌属的相对丰度比RB高13%以上,中层较RB低,下部相差不大,但RH使菌群在覆盖层中的分布更加均匀,且更有利于维护细菌群落多样性和丰度免受环境变化的影响。RC与RB的上层和中层差异不大,RC下层的总甲烷氧化菌属相对丰度比RB低10%以上。结合CH4的去除效果推测,RB较高的甲烷氧化效率是生物炭多孔结构和营养物质共同作用的结果。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Ex situ simultaneous nitrification-denitrification and in situ denitrification process for the treatment of landfill leachates
异位同步硝化反硝化和原位反硝化工艺处理垃圾渗滤液
  • DOI:
    10.1016/j.wasman.2019.03.057
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Waste Management
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Li Jie;Wu Beibei;Li Qian;Zou Yuzhu;Cheng Zhaowen;Sun Xiaojie;Xi Beidou
  • 通讯作者:
    Xi Beidou
生物炭填埋场土壤覆盖层的甲烷减排性能和生物特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    秦永丽;孙晓杰;王春莲;伍贝贝;薛晨楠;张红霞
  • 通讯作者:
    张红霞
硅烷偶联剂改性生物炭的疏水性能优化试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙晓杰;秦永丽;伍贝贝;李洁;薛晨楠
  • 通讯作者:
    薛晨楠
十六烷基三甲氧基硅烷改性生物炭的疏水性能优化试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    桂林理工大学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙晓杰;伍贝贝;秦永丽;李洁;郭静晗
  • 通讯作者:
    郭静晗
中国生活垃圾分类政策制度的发展演变历程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙晓杰;王春莲;李倩;张红霞;叶宇航
  • 通讯作者:
    叶宇航

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其他文献

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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于春磊;邹宇;孙晓杰;牛英才
  • 通讯作者:
    牛英才
进水频次对矿化垃圾反应器处理渗滤液的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    环境科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖攀飞;孙晓杰;王思明;赵孝芹;成兆文
  • 通讯作者:
    成兆文

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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