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研究生:謝一誠
論文名稱:掩埋場覆土中氣體濃度分佈與覆土甲烷氧化作用之研究
指導教授:廖文彬廖文彬引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:環境工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:掩埋場甲烷
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甲烷及二氧化碳為造成全球溫室效應的重要氣體,1998年台灣地區甲烷總排放量為913千公噸,其中甲烷排放源以垃圾衛生掩埋場為最大宗。掩埋場覆土具有氧化甲烷的能力,因此可利用掩埋場覆土氧化甲烷的能力,來減少掩埋場甲烷的排放量。
本研究之研究目的主要為繼續執行覆土表面溫室氣體排放量的監測,期能更瞭解排放行為特性。另外,掩埋場氣體於覆土中的濃度變化與覆土中各深度之甲烷氧化作用之差異,亦為本研究之主要方向。本研究工作項目如下:掩埋場溫室氣體排放量的監測與探討、掩埋場覆土中土壤氣體濃度的監測、不同深度之掩埋場覆土之甲烷氧化作用的探討。
掩埋場覆土成份分析結果顯示,覆土重量含水量範圍在5~15﹪左右,為甲烷氧化菌適合生存的含水量範圍內,但含水量在不同位置與深度而有顯著不同的變化;有機碳含量隨深度遞增而減少,全氮含量與深度無直接線性關係,而銨態氮、硝酸態氮隨深度而遞增。
掩埋場氣體經由覆土表面的排放量有著顯著的空間變異性,而二氧化碳與甲烷排放量質量比(CO2/CH4),其範圍在1.8至3.2之間。另外,掩埋場氣體排放行為有著明顯的季節性變化,10、11、12月為高排放量月份。甲烷排放量依循著大氣壓力越大則甲烷的排放率也越大的關係;當土壤溫度變化範圍為20℃至40℃時,土壤溫度與甲烷排放量呈負相關。
掩埋場氣體濃度分佈情形,其中甲烷濃度隨深度增加而增加,二氧化碳濃度變化與深度較無明顯的關係。氧氣與氮氣其濃度隨深度增加而減少,但濃度隨深度變化的關係並非十分明顯。
不同深度的掩埋場覆土之最大甲烷氧化速率深度並非在接近表面處,而是發生於深度20公分處。掩埋場土壤於暴露於現地甲烷濃度時,甲烷氧化反應為零階反應。本研究發現掩埋場土壤之最大氧化速率遠大於森林土壤,由此可知掩埋場土壤為一重要的甲烷消失源之一。
摘要 Ⅰ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅸ
第一章 序論 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 4
1-3 研究範疇 4
第二章 文獻回顧 6
2-1 台灣地區垃圾處理方式 6
2-2 掩埋場垃圾穩定化過程 7
2-3 掩埋場氣體的組成與特性 11
2-4 掩埋場甲烷排放量影響因子 14
2-4-1 影響掩埋場氣體產生量之因子 15
2-4-2 影響掩埋場氣體排放過程之因子 22
2-4-3 影響掩埋場甲烷氧化量之因子 27
2-4-4 影響掩埋場氣體遷移量、儲存量、回收量之因子 32
2-5 通量室法之理論 34
2-6 掩埋場土壤氣體調查技術 37
2-7 掩埋場氣體的移動 39
第三章 材料與方法 42
3-1 研究場址簡介 42
3-1-1 掩埋場地理位置 42
3-1-2 研究場址 42
3-1-3 第一、二期垃圾衛生掩埋場復育工程 44
3-1-4 沼氣回收處理發電設施 45
3-1-5 第三期掩埋區域 45
3-1-6 垃圾衛生掩埋場之氣候狀況 45
3-2 採樣使用之相關設備 48
3-2-1 氣體採樣方法 48
3-2-2 樣品分析設備 57
3-3 甲烷氧化實驗 60
3-3-1 土樣之前處理 60
3-3-2 氧化實驗 60
第四章 結果與討論 61
4-1 掩埋場覆土土壤分析 61
4-1-1 重量含水量的變化 62
4-1-2 有機碳、全氮、銨態氮及硝酸態氮 64
4-2 甲烷與二氧化碳排放量 66
4-2-1 各地點排放量結果 67
4-2-1-1 Site-1排放量結果 67
4-2-1-2 Site-2排放量結果 70
4-2-2 排放量之季節變化 72
4-2-3 大氣壓力與土溫對甲烷排放的影響 74
4-2-3-1 大氣壓力的影響 74
4-2-3-2 土溫的影響 75
4-3 掩埋場氣體濃度分佈 77
4-3-1 Site-1掩埋場氣體濃度分佈 78
4-3-2 Site-2掩埋場氣體濃度分佈 80
4-3-3 掩埋場氣體長時間濃度分佈範圍 81
4-4 甲烷氧化能力 88
4-4-1 甲烷氧化作用前期實驗 88
4-4-2 各深度覆土土壤氧化能力 89
4-4-3 覆土土壤氧化作用動力參數 92
第五章 結論與建議 95
5-1 結論 95
5-1-1 掩埋場覆土土壤分析 95
5-1-2 甲烷與二氧化碳排放量 95
5-1-3 掩埋場氣體濃度分佈情形 96
5-1-4 甲烷氧化作用 97
5-2 建議 98
參考文獻 99
附錄一 掩埋場氣體表面排放通量數據整理表 壹
附錄二 掩埋場氣體濃度分佈數據整理表 壹拾肆
附錄三 甲烷氧化作用批次實驗數據整理表 貳拾參
圖目錄
圖2-1 產氣率與含水量之關係圖 18
圖2-2 通量室示意圖 36
圖3-1 實驗地點示意圖 43
圖3-2 台中地區各月平均氣溫分佈情形 46
圖3-3 台中地區各月大氣壓力分佈情形 47
圖3-4 台中地區各月降水量 47
圖3-5 氣體採樣器示意圖 52
圖3-6 通量室示意圖 54
圖4-1 各深度土壤重量含水量 63
圖4-2 Site-1甲烷與二氧化碳排放量結果 69
圖4-3 Site-2甲烷與二氧化碳排放量結果 71
圖4-4 大氣壓力與甲烷排放量之關係圖 76
圖4-5 土溫與甲烷排放量之關係圖 76
圖4-6 Site-1掩埋場氣體濃度變化圖 79
圖4-7 Site-2掩埋場氣體濃度變化圖 80
圖4-8 Site-1甲烷濃度變化範圍 82
圖4-9 Site-1二氧化碳濃度變化範圍 82
圖4-10 Site-1氧氣濃度變化範圍 83
圖4-11 Site-1氮氣濃度變化範圍 83
圖4-12 Site-2甲烷濃度變化範圍 86
圖4-13 Site-2二氧化碳濃度變化範圍 86
圖4-14 Site-2氧氣濃度變化範圍 87
圖4-15 Site-2氮氣濃度變化範圍 87
圖4-16 甲烷濃度變化趨勢圖 89
圖4-17 各深度甲烷氧化速率 90
圖4-18 甲烷氧化實驗之甲烷濃度對時間的變化圖 94
表目錄
表1-1 以100年期溫室氣體之全球暖化潛能(GWP) 3
表2-1 掩埋場氣體典型的成分 12
表2-2 台灣地區1990-1998年甲烷清單 13
表4-1 土壤成份分析 64
表4-2 Site-1甲烷與二氧化碳排放量統計 69
表4-3 Site-2甲烷與二氧化碳排放量統計 71
表4-4 甲烷排放量季節性變化 73
表4-5 Site-1掩埋場氣體濃度分佈 81
表4-6 Site-2掩埋場氣體濃度分佈 85
表4-7 動力參數比較表 94
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