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研究生:李甘露
論文名稱:添加有機污泥對掩埋場覆土甲烷氧化行為之研究
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:溫室效應掩埋場甲烷氧化污泥
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為尋找增進覆土內甲烷氧化菌活性的方法及原因,添加有機污泥泥餅於掩埋場覆土中,(1)以批次實驗分別探討覆土及污泥之甲烷氧化基本性質,(2)使用管柱模擬掩埋場動態之甲烷排放,以比較覆土及污泥整體的甲烷氧化活性,(3)分析管柱內縱深土壤之速率與碳、氮成分的變化。
批次實驗中,有機污泥和掩埋場覆土都顯現出受甲烷刺激而增加甲烷氧化速率的現象,約增加5-6倍。同時,將污泥、覆土以不同比例混合,發現污泥含量越大,其甲烷氧化速率越大;但覆土60﹪的樣品,其甲烷氧化速率超越覆土40﹪的樣品;經過間歇性添加2000 ppm甲烷,覆土60﹪樣品進一歩超越純污泥的甲烷氧化速率。實驗也顯示,有機污泥不只以它豐富的內含物充當營養鹽,來促進甲烷氧化菌的增殖,同時它本身就含有豐富的甲烷氧化菌,可快速氧化甲烷。
管柱實驗結果顯示,混合土的甲烷氧化速率最佳,分層(污泥)土與覆土的甲烷氧化速率低於混合土甚多。甲烷化速率最大的土層,混合土與分層管柱在10-20公分深處,覆土管柱在20-30公分深處。影響管柱的甲烷氧化速率因子包括土壤材質、氣體傳輸性、氧氣、含水量等。氧氣濃度小於3﹪時對甲烷氧化速率有影響。覆土60﹪的材質兼有砂質土的大表面積、傳輸孔隙與污泥的豐富微生物量,所以甲烷氧化能力優異。含水量太高影響氣體的傳輸。前述因子共同影響管柱的甲烷氧化能力。
管柱實驗前後,覆土含水量降低,混合土與污泥含水量增加。甲烷氧化動力參數Vmax值,污泥大於混合土但仍在同一級數內,兩種土都大於覆土兩個級數。三根管柱在實驗後,有機碳、全氮及銨態氮含量都減少,但是硝酸態氮含量變化增減不一。
摘要 I
目錄 Ⅱ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
第一章 序論 1
1.1 研究動機與緣起 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究範疇 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 溫室效應與掩埋場氣體 5
2.1.1 溫室效應 5
2.1.2 溫室效應氣體 6
2.1.3 掩埋場的產氣作用 6
2.2 基質甲烷 9
2.2.1 甲烷的特性 9
2.2.2 甲烷的溫室效應特性 9
2.2.3甲烷被甲烷氧化菌氧化的特性 11
2.2.4 大氣甲烷的產生源及消失源 11
2.3 甲烷氧化菌 13
2.3.1生理特性及分類 13
2.3.2甲烷單氧氧化酶 16
2.4甲烷氧化作用 17
2.4.1甲烷氧化菌的甲烷氧化途徑 18
2.4.2非甲烷氧化菌的甲烷氧化作用 20
2.4.3厭氧下的甲烷氧化 20
2.5影響甲烷氧化之因子 21
2.5.1氧氣 21
2.5.2含水量 22
2.5.3溫度 23
2.5.4土壤深度 24
2.5.5氮鹽 25
2.5.6 銅離子 25
2.5.7 pH值 26
2.5.8抑制性物質 26
2.5.9 有機物對甲烷氧化之影響 27
2.6有機污泥 28
2.6.1 活性污泥法的污水處理流程 28
2.6.2 曝氣槽內活性污泥生物相 29
2.6.3 厭氧消化槽內的反應 31
2.6.4 有機污泥泥餅的組成 32
2.6.5有機污泥對甲烷氧化作用的影響 35
第三章 材料與方法 36
3.1 實驗目的 36
3.2實驗內容 36
3.3 採樣位置的選擇及描述 37
3.3.1 掩埋場覆土採樣點的選擇 37
3.3.2有機污泥採樣源的描述 40
3.4土壤及活性污泥基本性質分析 41
3.4.1重量含水量(water content by weight)之試驗 41
3.4.2 pH值 42
3.4.3土壤的總體乾密度 42
3.4.4土壤揮發性有機物 43
3.4.5土壤粒徑分析實驗 43
3.5甲烷氧化之批次實驗 46
3.6 半連續式批次實驗 47
3.7 管柱實驗 49
3.8歸納整理實驗結果並求其Km及Vmax值 53
3.9分析管柱內部碳氮變化 54
3.10 氣體濃度分析方法之QA/QC 54
第四章 結果與討論 57
4.1土壤基本性質分析之結果 57
4.2批次實驗 58
4.2.1單批次甲烷氧化 58
4.2.2二氧化碳的變化情形 60
4.2.3污泥批次實驗的二氧化碳變化 62
4.2.4覆土土質對實驗的影響 64
4.2.5覆土添加熱處理污泥對甲烷氧化活性的影響 65
4.3半連續式批次實驗 66
4.3.1掩埋場覆土與污泥的半連續式實驗 66
4.3.2覆土與污泥混合的半連續式實驗 68
4.4管柱實驗 73
4.4.1管柱頂部甲烷濃度變化 73
4.4.2混合管柱甲烷的縱深變化 75
4.4.3實驗前後各管柱氣體的縱深變化 77
4.4.3.1覆土管柱實驗前後氣體的縱深變化 77
4.4.3.2分層管柱實驗前後氣體的縱深變化 79
4.4.3.3混合管柱實驗前後氣體的縱深變化 83
4.4.4各管柱的甲烷氧化速率 86
4.4.5實驗前後各管柱含水量的變化 88
4.5實場覆土之甲烷氧化潛勢與管柱甲烷氧化速率之比較 90
4.6甲烷氧化動力常數 92
4.7 管柱最活潑層碳氮含量的變化 94
4.8 本研究實務上的應用 98
4.8.1污泥材質對管柱甲烷氧化速率之探討 98
4.8.2其他應用上之探討 99
4.8.3其他應用上之效益 100
第五章 結論與建議 101
5.1結論 101
5.2建議 103
參考文獻 104
附錄一:污水處理廠送驗的污泥檢驗報告 109
附錄二:甲烷氧化實驗濃度數據整理 110
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