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甲烷气体是一种重要的温室气体，其对全球温室效应的贡献率约占12%~20%[1-2]。目前，垃圾填埋处置是仅次于湿地和稻田的第三大甲烷排放源[3-5]。据统计，2008年我国城市生活垃圾无害化处理量为10216万t，其中卫生填埋8559万t（占83.8%）[6]。由于我国生活垃圾绝大部分采用厌氧填埋处置，其甲烷的产生量巨大[5，7]。
填埋场覆土对于CH4气体具有明显的氧化作用，可以减少CH4气体的排放量。甲烷氧化是利用填埋场覆土中的甲烷氧化菌，在好氧环境下将CH4催化氧化为CO2的过程[8]。王云龙等研究指出，垃圾填埋场覆土具有较强的甲烷氧化能力，甲烷氧化速率最大可达290g/（m2•d）[9]。同时，甲烷氧化速率会受到覆盖材料和环境因素（如温度，含水率，有机质含量，孔隙度，pH和CH4/O2比等）的影响[10-13]。其中，覆盖材料的特性对甲烷氧化具有显著影响。研究表明，腐熟堆肥中微生物数量约为土壤的10倍，其有机质含量高，易形成疏松结构，利于气体扩散，故腐熟堆肥是较好的CH4氧化材料。Humer等研究堆肥和填埋场覆土的CH4氧化能力后指出，堆肥的CH4氧化能力显著高于覆土[14]。Barlaz等的研究也表明，在同等条件下垃圾堆肥能够氧化约55%的CH4气体，显著高于覆土的21%[15]。
Juha-Kalle等研究结果显示，稳定化垃圾具有孔隙率高、持水力强、有机质含量高等优点，是一种有利于甲烷氧化菌生长和繁殖的生物载体[16]。笔者对陈腐垃圾、覆土、堆肥和其他有机材料的CH4氧化能力进行分析比较，并对温度和含水率等环境因素以及物料接种措施对覆盖材料CH4氧化能力的影响进行了研究，以期为科学合理选择和设计填埋场覆盖层材料提供理论依据和数据支持。
1材料与方法
1.1供试物料
供试物料包括陈腐垃圾（准好氧和厌氧填埋陈腐垃圾）、城市生活垃圾堆肥、畜禽粪便堆肥、填埋场覆土（新覆土和老覆土，其中把填埋场覆盖时间超过2a的覆土称作老覆土）。其中，厌氧填埋和准好氧填埋陈腐垃圾取自九江市浔阳区城市生活垃圾填埋场，其填埋时间均为5a；城市生活垃圾堆肥取自北京市南宫堆肥厂，其堆肥时间在30d左右；畜禽粪便堆肥来自北京市郊某农场，腐熟期为1a；填埋场覆土取自北京市阿苏卫生活垃圾填埋场，其中老覆土的覆盖时间超过4a。供试物料的基本理化性质如表1所示。
表1供试物料的基本理化性质
1.2试验方法
采用血清瓶进行室内培养试验，定期采集血清瓶中的气体，并采用气相色谱分析其CH4和O2的浓度。其中，每批试验设定空白对照，每一试验处理设置3个重复。
1.2.1物料
将供试物料进行风干处理，测定其含水率并调节含水率为15%左右。分别称取10g供试物料置于200mL血清瓶中，用密封胶塞密封瓶口并用铝盖固定，用注射器通入等体积的CH4，放入25℃培养箱中保持10min左右，待气体扩散均匀后采样测试，作为初始CH4浓度，此后每24h抽样测试一次。
1.2.2含水率
选择陈腐垃圾和老覆土作为研究对象，分别设置含水率为5%，15%，25%和35%，后续操作步骤同1.2.1节。
1.3分析方法
CH4和O2浓度的测定采用安捷伦7890A型气相色谱仪，配TCD检测器，色谱柱为毛细管柱（30m×530μm×50μm，HP-MOLESIEVE）。采用微量进样针手动进样，进样量为100μL，其中进样口温度和检测器温度分别为200和250℃。
2结果与讨论
2.1不同覆盖材料的CH4氧化速率
2.1.1陈腐垃圾
陈腐垃圾在厌氧和准好氧填埋培养过程中CH4和O2浓度变化如图1所示（其中虚线表示在该时刻添加CH4气体）。由图1可知，厌氧和准好氧填埋陈腐垃圾在培养过程中CH4和O2浓度的变化规律相似，即在O2浓度较高条件下，分别经过7和10d的培养后达到较高的CH4氧化速率。同时，陈腐垃圾培养过程对O2消耗较小，O2浓度始终保持在20%～25%，这与CH4氧化菌以CH4作为唯一的碳源和能源有关。由此可知，陈腐垃圾是一种优质的填埋场CH4氧化覆盖材料。
图1陈腐垃圾培养过程中CH4和O2浓度变化
3结论
（1）覆盖材料的CH4氧化能力存在较大的差异，其大小依次为陈腐垃圾（厌氧和准好氧填埋）>老覆土>垃圾堆肥和畜禽粪便堆肥>新覆土。厌氧和准好氧填埋陈腐垃圾和老覆土的CH4氧化速率分别为0.146，0.138和0.129mg/（g•d）；垃圾堆肥和畜禽粪便堆肥的CH4氧化速率小于陈腐垃圾和老覆土1个数量级，分别为0.013和0.018mg/（g•d）；新覆土的CH4氧化速率极小，约为0.004mg/（g•d）。
（2）含水率对于覆盖材料的CH4氧化速率具有极其显著的影响，其影响程度与覆盖材料本身的理化性质有关，最佳含水率在25%左右。
参考文献略
