锰矿石人工湿地中甲烷厌氧氧化及锰价态变化研究

摘要

在全球变暖是热点研究课题情况下，甲烷的产生和排放的相关研究引起了广泛关注。甲烷厌氧氧化是地球上减少甲烷排放量的一个重要途径，至少在现在的甲烷水平上减少了10％-60%。因此甲烷厌氧氧化可有效地减少甲烷排放量，减缓因温室效应而带来的全球气候变暖。湿地甲烷氧化是控制湿地甲烷排放的重要环节，对于最终减少湿地甲烷排放的影响巨大。
　　实验中以天然锰矿石和普通砂砾作为湿地装置填料基质，采用对比试验，在厌氧条件下，开展了一年半的室内实验研究，观察不同反应器内甲烷的产生情况，探究湿地甲烷产生及甲烷厌氧氧化效果、锰矿石湿地甲烷厌氧氧化发生的主要机理及锰的价态变化及循环等，得到以下研究成果：
　　①通过对比分析，锰矿石湿地对于污水中的COD及TP的去除具有良好的效果，去除率都在90%以上。
　　②对比分析实验期间锰矿石和砂砾湿地气样中CH4含量，锰矿石人工湿地中基本上检测不到CH4的存在，砾石组中能够检测到CH4，并两个装置中都发现了产甲烷菌，说明天然锰矿石湿地装置中，发生了甲烷厌氧氧化（AOM）反应消耗了CH4，锰矿石人工湿地对CH4的去除具有很明显的效果。
　　③通过对比锰矿石和砂砾湿地中pH值、Mn2+浓度随着培养时间增多的变化情况及甲烷CH4的产生量；推断在锰矿石装置中MnO2作为电子受体氧化了CH4：
　　小组成员在后续实验中观察到金属还原菌，验证了在锰矿石湿地中二价锰增多的现象。
　　④锰矿石组中Mn2+的浓度与普通砾石组中CH4的相关性分析中，发现二者具有极大相关性。并且锰矿石组中被MnO2氧化消耗的CH4远比普通砾石中产生的CH4少，原因可能是在锰矿石组中厌氧金属还原菌与产甲烷菌有竞争关系，抑制了甲烷的产生。
　　⑤装置最底部的完全厌氧环境中，更适宜将MnO2还原成Mn2+；培养五天后，四个取样点Mn2+的浓度与培养两天后各取样点Mn2+的浓度相比较都有所下降；考虑到测量误差等原因，还是可以推断在培养期间植物根系部位存在部分Mn2+被氧化成了MnO2的可能性。
　　⑥通过对比分析，发现锰矿物湿地中的培养七个月后的根系部位及装置底部的锰矿石还有新鲜锰矿石三者成分相差不大。

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目录

1 绪 论

1.1课题研究背景

1.2研究现状

1.2.1甲烷厌氧氧化研究历程

1.2.2高价锰驱动的甲烷厌氧氧化研究历程

1.3实验研究的目的、意义

1.3.1实验研究的目的

1.3.2 研究意义

1.4实验研究的主要内容及技术路线

1.4.1湿地填料选择及其性质

1.4.2实验内容

1.4.3 技术路线

2 实验方案和实验材料

2.1实验设计

2.1.1实验装置

2.1.2 实验阶段

2.1.3实验步骤

2.2研究方法

2.2.1 指标测量方法

2.2.2 数据处理方法

2.3实验材料及设备

2.3.1实验药品、试剂与材料

2.3.2实验仪器及设备

3 天然锰矿石人工湿地甲烷厌氧氧化效果研究

3.1适应期及稳定期反应器中各项指标分析

3.1.1人工湿地中COD处理率的分析

3.1.2人工湿地中NH4+-N去除率分析

3.1.3人工湿地中NO2--N浓度分析

3.1.4人工湿地中NO3--N浓度分析

3.1.5人工湿地中TP去除率分析

3.1.6人工湿地中pH变化分析

3.2 人工湿地中甲烷厌氧氧化效果分析

3.2.1 甲烷去除效果比较分析

3.2.2人工湿地去除甲烷机理分析

3.3本章小结

4 天然锰矿石人工湿地甲烷厌氧氧化中锰循环研究

4.1四价锰和二价锰的价态转换

4.2锰矿石组中Mn2+的浓度与普通砾石组中CH4的相关性分析

4.3锰矿物表面的的XRD分析

4.4 本章小结

5 结论与建议

5.1结论

5.2建议

致谢

参考文献