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我国亚热带季风气候区湿地土壤CO2、CH4排放规律研究

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我国亚热带季风气候区湿地土壤CO2、CH4排放规律研究

作者：刘意立浙江大学

学位级别：硕士

碳循环是自然界生态系统重要的物质循环过程。湿地生态系统是陆地生态系统中仅次于森林生态系统的最大碳库,湿地生态系统碳循环在全球碳循环中起着重要作用,对全球气候变化表现出较高的敏感性。目前,我国在湿地碳循环的机理研究工作主... 详细信息

碳循环是自然界生态系统重要的物质循环过程。湿地生态系统是陆地生态系统中仅次于森林生态系统的最大碳库,湿地生态系统碳循环在全球碳循环中起着重要作用,对全球气候变化表现出较高的敏感性。目前,我国在湿地碳循环的机理研究工作主要侧重高纬度温带湿地,但是对于中纬度亚热带湿地的碳循环研究较少。本研究以我国亚热带不同种类湿地土壤为研究对象,室内模拟湿地表层土壤有机物在好氧、厌氧条件下分解过程。对分解过程中土壤含碳气体排放情况进行了观测。并同期测量了该过程中土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、以及总氮(TN)、碳氮比(C/N),pH等指标。以期通过该研究探讨我国亚热带不同种类湿地土壤有机物分解的气体排放规律及所受影响因素。现主要研究结果如下：(1)三种类型湿地表层土壤有机物含量差异显著,各采样点SOC含量为16-32mg/g,其中湖泊滩涂湿地内各个采样点差异较大,稻田与城市次生湿地土壤有机碳含量差异较小。室内培养期内,三类湿地有机碳的矿化排放均以CO2为主,约为1-3mg/g,厌氧条件下CO2释放量略高于好氧条件。CH4的释放量远远低于CO2,好氧条件下CH4累积释放量约为0.2-1ug/g,厌氧条件下为0.3-28ug/g。厌氧时,稻田较其他类型湿地排放出十余倍的甲烷。但稻田土壤CH4氧化率也显著高于其他类型湿地。土壤CO2的释放量与SOC、TN含量呈显著正相关关系,与CH4释放量无明显相关性。(2)好氧、厌氧培养下各采样点土样CO2释放均可分为三个阶段：培养初期(0-14天)由于供试土壤经风干-重湿润过程,土壤“激发效应”显著,CO2释放速率较高,中期(14-45天)平稳,后期(45-70天)缓慢衰减。而各采样点土样CH4释放规律各异,且释放速率差异较大。各采样点土样SOC含量随培养时间增加缓慢下降,土壤总有机碳流失量较少,而脂肪族类化合物分解迅速。随培养时间加长土壤单位质量SOC所释放CO2、CH4能力大幅下降,SOC趋于稳定。土样总氮由有机氮构成为主,含量随培养时间变化不明显。铵态氮是土壤无机氮主要组成,硝态氮比例始终很低,厌氧条件下硝酸盐还原作用不明显。培养开始7天后土样pH值大幅上升,于20-27天达到极值,之后则缓慢下降。厌氧培养过程中含氮有机物持续分解产生铵态氮导致pH值不断上升。土壤DOC均主要由碳水化合物、多糖、羧酸类、芳香类等构成。随培养时间的加长多糖类以及脂肪族类物质比例逐渐降低,羧酸类比例增加。DOC在好氧培养下较厌氧培养下更易矿化,流转迅速,而厌氧培养时单位质量土壤DOC含量较多。好氧培养时CO2、CH4生成速率受土壤DOC含量和DOC结构的共同影响,由DOC紫外光谱特征表明,当DOC芳香化程度增加时,CO2、CH4释放速率下降;而厌氧培养时CO2释放速率仅与土壤DOC含量呈正相关,CH4生成速率则与土壤DOC含量与芳香化程度均呈正相关性。(3)将各个采样点土壤环境按淹水条件分为季节性积水、常年积水和干燥三类。季节性积水较其他两类湿地土壤SOC含量更高,因此CO2、CH4释放量也更大。积水湿地土壤短期好氧培养时CO2排放速率会出现一定程度下降。

关键词：湿地土壤二氧化碳甲烷释放

污泥与生活垃圾混合填埋对渗滤液导排系统堵塞的影响

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环境工程学报 2018年第12期12卷 3490-3497页

作者：孙伟新刘意立刘建国清华大学环境学院固体废物处理与环境安全教育部重点实验室北京100084

污泥经预处理达到入场标准后与生活垃圾混合填埋是我国现阶段污泥处理的主要方式。由于污泥与生活垃圾特性差异较大,会影响渗滤液物理、化学、生物特性,进而对填埋场渗滤液导排系统产生不利影响。通过柱实验对比了污泥与生活垃圾混填前... 详细信息

污泥经预处理达到入场标准后与生活垃圾混合填埋是我国现阶段污泥处理的主要方式。由于污泥与生活垃圾特性差异较大,会影响渗滤液物理、化学、生物特性,进而对填埋场渗滤液导排系统产生不利影响。通过柱实验对比了污泥与生活垃圾混填前后产生的渗滤液水质变化,结果表明:污泥与生活垃圾混填后渗滤液中颗粒物浓度及大颗粒物占比均有显著提升;采用生石灰对污泥预处理提高了污泥自身有机质(VFAs等)的释放速率;8%的生石灰预处理污泥(10%混合比例)掺加量会提高生活垃圾产生的渗滤液中Ca^(2+)浓度31.6%。通过分析可知,结合填埋场导排系统堵塞的影响因素有微细颗粒物沉淀、微生物膜生长及钙基化合物沉积,从减缓填埋场导排系统堵塞、延长填埋场使用年限的角度出发,污泥宜单独分区填埋,生石灰预处理污泥不宜与生活垃圾混填。

关键词：污泥生石灰填埋渗滤液导排系统堵塞

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蔬菜地面源污染生态拦截系统与效果

农业工程学报 2013年第20期29卷 168-178页

作者：单立楠丁能飞王洪才连煦刘意立何云峰浙江大学环境与资源学院杭州310058 农业部面源污染控制重点开放实验室杭州310058 浙江省农业科学院杭州310021

针对蔬菜种植业面源污染日益严重的现状,该文选取浙江省太湖流域典型的蔬菜集约化种植区为研究对象,以因地制宜、实用高效、维护便捷、成本合理为原则,在研究区域构建了农田生态沟渠—生态消纳塘水肥一体化—过滤型主排水渠生态拦截系统... 详细信息

针对蔬菜种植业面源污染日益严重的现状,该文选取浙江省太湖流域典型的蔬菜集约化种植区为研究对象,以因地制宜、实用高效、维护便捷、成本合理为原则,在研究区域构建了农田生态沟渠—生态消纳塘水肥一体化—过滤型主排水渠生态拦截系统,并对拦截系统效果进行综合分析研究,探索高效实用的农田面源污染生态拦截技术。结果表明,与2010年相比,工程建成运行后2011年、2012年总氮去除率分别达33%~52%、43%~67%,总磷去除率达23%~59%、43%~82%,在雨季6-9月间,去除效果最佳,且2012年效果优于2011年。该系统有效削减了菜地废水氮、磷等营养元素的排放,达到改善水质、美化景观、提升经济的综合效果,为蔬菜种植区面源污染控制提供技术工程示范,具有典型的推广应用价值。该文可为农田面源污染拦截技术研究及应用提供参考。

关键词：污染生态工程蔬菜种植生态拦截

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新型加压式过滤分离装置的设计

化学工程与装备 2010年第6期 72-73页

作者：刘意立西安交通大学能源与动力工程学院

本文介绍了一种固液混合物的过滤分离装置的结构组成,该装置实现了过滤和洗涤过程的分离,实现了生产的连续化;整套装置处于密闭的管道中,密封性好;由于重力作用,滤渣在第一过滤介质下不会累积过厚,提升了过滤速度与效率。

关键词：过滤分离重力效率

影响湿地甲烷产生、传输与氧化因素的研究进展

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2014年第9期42卷 157-162页

作者：刘意立李竺霖何云峰浙江大学环境与资源学院浙江杭州310058 三星(中国)半导体有限公司陕西西安710000

湿地甲烷排放对温室效应的贡献十分明显。湿地甲烷排放是有机物(底物)输入、分解、厌氧产甲烷以及甲烷传输、氧化等环节综合作用的结果。文章对影响湿地甲烷生成、传输与氧化的温度、水位、土壤有机物、土壤pH和氧化还原电位、植物类型... 详细信息

湿地甲烷排放对温室效应的贡献十分明显。湿地甲烷排放是有机物(底物)输入、分解、厌氧产甲烷以及甲烷传输、氧化等环节综合作用的结果。文章对影响湿地甲烷生成、传输与氧化的温度、水位、土壤有机物、土壤pH和氧化还原电位、植物类型以及土壤离子、土质等主要因素进行了阐述,对未来湿地甲烷排放变化趋势进行了探讨,并对此方面的研究方向进行了分析,旨在为全球气候变化以及人类活动影响导致大气甲烷浓度变化预测提供依据。

关键词：湿地甲烷影响因素变化趋势

基于高压挤压预处理的生活垃圾干湿分离处理工艺不同场景综合效益分析

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环境科学学报 2020年第9期40卷 3445-3452页

作者：孔鑫刘建国刘意立赵克袁进岳秀萍太原理工大学环境科学与工程学院太原030024 清华大学环境学院北京100084 长安大学汽车学院西安710064 北京环境工程技术有限公司北京100101

目前,生活垃圾分类已经在我国逐渐成为一种“新风尚”,但现阶段以厨余组分为代表的湿垃圾和可燃组分为代表的干垃圾分离效率仍然有限,使得后端生物处理技术难以高效运行,同时也降低了垃圾焚烧厂的能源回收率,这些问题已成为制约我国生... 详细信息

目前,生活垃圾分类已经在我国逐渐成为一种“新风尚”,但现阶段以厨余组分为代表的湿垃圾和可燃组分为代表的干垃圾分离效率仍然有限,使得后端生物处理技术难以高效运行,同时也降低了垃圾焚烧厂的能源回收率,这些问题已成为制约我国生活垃圾分类持续推进的瓶颈.本文在前期对高压挤压预处理的研究基础上,利用生命周期清单分析的方法,从温室气体排放、净能源产生、污染物释放、资源回收和垃圾减量等方面,对高压挤压预处理后“湿垃圾厌氧消化+沼渣填埋+干垃圾焚烧发电”、“湿垃圾厌氧消化+沼渣土地利用+干垃圾焚烧发电”和“混合垃圾焚烧”3种处理场景开展对比分析,评估3种场景的综合环境效益,阐明预处理作用与意义.结果表明,处理每吨原生垃圾,两种基于高压挤压预处理的生活垃圾干湿分离处理场景可分别减排温室气体218.84和264.08 kgCO2-Eq,远高于混合垃圾焚烧工艺(169.68 kgCO2-Eq);在净能源产生方面,两种干湿分离处理场景较混合垃圾焚烧场景约少10%,但同样会削减焚烧过程产生的有毒污染物.此外,利用“湿垃圾厌氧消化产生的沼渣进一步脱水后进行土地利用”这一场景处理每吨生活垃圾,不仅能够实现约160.7 kg的资源回收,而且垃圾整体减量率达到93.4%,是一种适合我国国情的垃圾处理方式.

关键词：生活垃圾干湿分离高压挤压预处理综合环境效益温室气体生命周期清单分析

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生活垃圾源头沥水的减量提质效应研究

环境科学学报 2017年第3期37卷 1032-1037页

作者：张明武宋敏英刘意立干磊何晟刘建国固体废物处理与环境安全教育部重点实验室清华大学环境学院北京100084 苏州市环境卫生管理处苏州215007

针对我国生活垃圾厨余组分含量高、含水率高和热值低的特点,提出以降低厨余组分含水率为主要手段,实现生活垃圾源头减量和提质为主要目标的源头沥水和选择性分质收集模式.在苏州市两个居民小区进行了为期10个月的项目试点,监测结果显示... 详细信息

针对我国生活垃圾厨余组分含量高、含水率高和热值低的特点,提出以降低厨余组分含水率为主要手段,实现生活垃圾源头减量和提质为主要目标的源头沥水和选择性分质收集模式.在苏州市两个居民小区进行了为期10个月的项目试点,监测结果显示,居民家庭采取源头沥水措施后,生活垃圾产生量减少6.47%,含水率降低2.23%,低位热值提高10.94%.生活垃圾源头沥水的减量提质效应良好,有助于提高后续焚烧及填埋处理设施运行效率和二次污染控制水平,降低运输及处理成本.

关键词：生活垃圾理化特性源头沥水分类收集

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生活垃圾分类运输能耗分析

环境工程 2021年第10期39卷 136-142页

作者：贺嘉妮刘意立李竺霖邱兆文长安大学汽车学院西安710064 中南大学交通运输工程学院长沙410075 三星(中国)半导体有限公司西安710119

我国生活垃圾分类运输能耗高的问题一直未能根本解决。对该环节开展能耗分析是综合评价垃圾分类环境、经济效益的基础,也可为我国城市垃圾分类运输系统设计提供依据。基于分类垃圾性质与产生特征,结合运输车辆运行规律,构建了以居民区... 详细信息

我国生活垃圾分类运输能耗高的问题一直未能根本解决。对该环节开展能耗分析是综合评价垃圾分类环境、经济效益的基础,也可为我国城市垃圾分类运输系统设计提供依据。基于分类垃圾性质与产生特征,结合运输车辆运行规律,构建了以居民区、办公区/商业区及学校为主要业态的3类典型城市区域分类垃圾直接运输,以及一级转运运输场景,并对各场景综合能耗进行核算。结果表明:不同典型城市区域生活垃圾分类运输单位能耗差异不显著[直运0.11~0.12 kgce/(t·km),转运0.06~0.08 kgce/(t·km)],分类运输较混合运输能耗增加77%~116%(直运)和25%~42%(一级转运),而转运操作对运输能耗的降低与运输距离负相关。对各垃圾组分而言,厨余垃圾运输能耗[直运0.09~0.10 kgce/(t·km),转运0.05~0.07 kgce/(t·km)]略低于其他垃圾和可回收物[直运0.11~0.13 kgce/(t·km),转运0.07~0.08 kgce/(t·km)],而有害垃圾运输能耗最高[直运0.21~0.30 kgce/(t·km),转运0.13~0.20 kgce/(t·km)]。

关键词：生活垃圾分类运输能耗直运转运

生命周期评价方法在生活垃圾填埋中的应用与问题分析

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环境工程 2016年第2期34卷 19-22页

作者：刘意立刘建国蔡博峰清华大学环境学院北京100084 固体废物处理与环境安全教育部重点实验室北京100084 环境保护部环境规划院气候变化与环境政策研究中心北京100012

对生活垃圾填埋过程中的生命周期评价方法按环境影响指标、计算方法与软件以及研究类型进行了分类总结。填埋过程导致的温室效应以及酸化效应造成的环境影响最大。通过分别讨论垃圾组成与特性、系统边界、计算规则、参数选取、敏感性分... 详细信息

对生活垃圾填埋过程中的生命周期评价方法按环境影响指标、计算方法与软件以及研究类型进行了分类总结。填埋过程导致的温室效应以及酸化效应造成的环境影响最大。通过分别讨论垃圾组成与特性、系统边界、计算规则、参数选取、敏感性分析以及时间效应对于生命周期评价产生的影响为后续研究提出参考。

关键词：生命周期评价生活垃圾填埋