Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/5582
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dc.contributor.advisor廖文彬zh_TW
dc.contributor.author劉卜逢zh_TW
dc.date2003zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T06:35:07Z-
dc.date.available2014-06-06T06:35:07Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/5582-
dc.description.abstract本研究利用, 嘉義市南區市郊,湖內里八掌溪河川行水區內,開挖分類出之腐熟土,作為掩埋場覆土或土壤改良劑。試圖提高掩埋場覆土中之甲烷氧化能力,以減少掩埋場甲烷排放,並同時減低全球溫室效應的持續惡化情形。 在實驗室的條件下,分析結果顯示,腐熟土在初期時有抑制甲烷氧化的情況,但在馴化42天後,腐熟土開始有明顯促進甲烷氧化反應的發生,並於145天後腐熟土中甲烷氧化速率更提高到1701nmolCH4/hr-g dry soil,明顯的高於覆土EW-11的甲烷氧化速率54 nmolCH4/hr-g dry soil。 實驗土壤中甲烷氧化菌數,主要受基質濃度及馴養時間所控制,利用10000-20000ppm甲烷,所馴化出的甲烷氧化菌數為105-106MPN/g soil;50%甲烷所馴化出的甲烷氧化菌數為106-107 MPN/g soil,並且20%混合土中甲烷氧化菌數,隨馴養時間的增加有增加的現象,由初期時的1.6×104 MPN/g soil提高到6.9×106MPN/g soil的現象。 甲烷氧化菌與基質甲烷間親和力,主要受到NH4+所控制,實驗中得知,NH4+與半速率常數(Km)具有正相關性(R2=0.8422),故隨著NH4+濃度的增加,將會造成半速率常數(Km)的增加,促使甲烷氧化菌與基質甲烷間的親和力下降,並降低了甲烷氧化速率。此外,實驗中可以明顯得知,硝化作用的進行可以有效的減少NH4+濃度的累積,並且促使甲烷氧化作用的進行。zh_TW
dc.description.abstractThe simulations of methane oxidation under multi-conditions in batch experiments and pretreated fixed-bed columns were carried out in this study. Anaerobic refuse, excavated from a stabilized landfill onto the watershed of Pa-Chiang River near Chia-Yi city, is our focus. After separation the organic matters can be utilized directly as a fertilizer in soil or as the final cover on landfill. It is proposed that the activity of methanotrophs is the driving force of oxidative transformation of methane. So far, there is very limited reports which relate such effect with nitrification, transformation upon substrate species, microbes population, and domestication age. The objective of this study is to investigate the optimum conditions that can be controlled to achieve the highest rate of oxidation of methane. Results of this study demonstrated that inhibition occurred on methane oxidation of samples mixed with anaerobic refuse during the initial period. However, the oxidation reached a promotion level within 42 days, and the highest rate of 1701 nmol CH4/hr-g dry soil was observed at the 145th days. For cover soil EW-11, the oxidation rate is 54 nmol CH4/hr-g dry soil. A higher concentration of methane in culture stage can nurse more population of methantrophs. The population of methanotrophs is 105-106 under 10000-20000 ppm, compared to 106-107 MPN/g soil under 50% methane. On the other hand, the anaerobic refuse can enhance the bacterial micro-environment, such that the population of methanotrophs increased from 1.6×104 to 6.9×106 MPN/g soil in the 20% refuse-soil mixture. Results also indicate that the increase of half-rate constant(Km)is in accordance with a linear decrease of NH4+ concentration(R2=0.8422). The evidence for a slower oxidation rate of methane due to the anaerobic refuse suggested the disadvantage of affinity involved a site competition on mono-oxygenase. Nevertheless, nitrifications in the sample can effectively reduce the amount of NH4+, then benefits methane oxidation.en_US
dc.description.tableofcontents目錄 摘要 目錄 表目錄 圖目錄 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溫室效應與甲烷排放…………………………………………..5 2.1.1溫室效應………………………………………………….5 2.1.2甲烷對溫室效應的衝擊…………..……………………6 2.1.3甲烷排放統計…………………………………………7 2.2甲烷氧化菌特性及生理分類…………………………………10 2.2.1甲烷氧化菌………………………………………………10 2.2.2甲烷單氧氧化酶…………………………………………11 2.2.2.1可溶性甲烷單氧氧化酵素( sMMO) ………………12 2.2.2.2膜結合性甲烷單氧氧化酵素(pMMO) …….………12 2.2.3甲烷氧化菌分解甲烷之機制途徑………………………13 2.2.4甲烷氧化之動力模擬……………………………………15 2.3影響甲烷氧化之因子……………………………………………16 2.3.1土壤質地及礦物……………………………………………..17 2.3.2土層深度……………………………………………………17 2.3.3 pH………………………………….………………………18 2.3.4含水量…………………………….……….…………………18 2.3.5甲烷…………………………………….…….………………19 2.3.6氧氣……………………………………….…….……………19 2.3.7氮鹽……………………………………….…….……………20 2.3.8銅離子……………………………………..………………21 2.3.9溫度………………………………………….………………21 2.3.10抑制物質……………………………………………………22 2.3.11有機物添加對甲烷氧化作用之影響……………………23 2.4甲烷氧化之研究…………………………………………………26 2.5長期掩埋產物-腐熟土之來源…………………………………29 第三章 材料與方法……………………………………………………33 3.1土樣的採樣及前處理……………………………………………33 3.1.1掩埋場覆土的採樣………………………………………33 3.1.2腐熟土採樣……………………………………………….34 3.1.3土樣之前處理……………………………………………34 3.2土壤基本性質分析……………………………………………..35 3.2.1土壤粒徑分析實驗………………………………………….35 3.2.2 pH值………………………………………………..………35 3.2.3 含水量………………………………………………………36 3.2.4土壤揮發性有機物………………………………………….36 3.2.5無機氮之萃取法…………………………………………….36 3.2.6銨氮分析………………………………………………….37 3.2.7硝酸態氮分析………………………………………………37 3.3批次實驗…………………………………………………………38 3.4甲烷氧化菌數測量………………………………………………40 3.4.1培養方法…………………………………………………….40 3.4.2計數方法…………………………………………………….40 3.5管柱實驗………………………………………………………44 3.6甲烷氧化Michaelis-Menten equation計算方法………………46 3.7分析方法QA/QC………………………………………………47 第四章 結果與討論………………………………………………….51 4.1基本性質分析結果……………………………………………….51 4.1.1 土壤質地分析結果………………………………………..53 4.2基本性質對甲烷氧化之影響…………………………………….55 4.2.1含水量對甲烷氧化之影響………………………………….55 4.2.2 pH對甲烷氧化之影響…………………………………….57 4.2.3揮發性有機物對甲烷氧化之影響…………………………..58 4.3批次實驗結果……………………………………………………60 4.3.1甲烷濃度變化曲勢………………………………………60 4.3.2 甲烷氧化速率變化………………………………………65 4.3.3 甲烷氧化Michaelis-Menten equation動力參數變化……67 4.3.4 經批次實驗馴養後甲烷氧化菌菌數變化……………68 4.3.5硝酸鹽及銨鹽濃度變化………………………….………70 4.3.6批次實驗中二氧化碳產生量………………………………71 4.4批次實驗中甲烷氧化之影響……………………………………74 4.4.1甲烷濃度消耗曲勢與甲烷氧化速率之關係……………74 4.4.2馴養天數與甲烷氧化速率之關係……………………77 4.4.3 Michaelis-Menten equation動力參數對甲烷氧化之影響…78 4.4.5二氧化碳產生量對甲烷氧化作用之影響…………………79 4-5土壤管柱實驗結果………………………………………81 4.5.1初期管柱氣體濃度分布………………………………….81 4.5.2平衡後管柱氣體濃度分布………………………………….85 4.5.3管柱頂部破出甲烷濃度變化………………………………89 4.5.4土壤管柱中Michaelis-Menten equation動力參數………..91 4.5.5管柱中銨態氮及硝酸態氮濃度分布……………………..93 4.5.6土壤管柱中甲烷氧化菌菌數分布…………………………95 4.6 混合土(20%)之甲烷氧化能力、菌數、硝酸鹽、銨鹽之變化情形……….96 4.7甲烷氧化菌菌數對甲烷氧化之影響…………………………..98 4.7.1甲烷氧化菌數之影響因子…………………………………98 4.7.2甲烷氧化菌數與甲烷氧化速率之相關性探討………….98 4.8腐熟土對甲烷氧化菌活性之影響…………………………..103 4.9硝酸鹽及銨鹽對甲烷氧化菌活性之影響……………………108 4.9.1 NH4+的競爭性抑制對甲烷氧化菌活性之影響………….108 4.9.2硝化作用對甲烷氧化作用之影響…………………………108 4.10腐熟土的應用性………………………………………………….111 第五章 結論與建議………………………………………………..113 5.1結論………………………………………………………113 5.2建議…………………………………………………………...115 主要文獻 參考文獻 附錄一:腐熟土肥力及重金屬分析 附錄二:腐熟垃圾物理組成及化學分析 表目錄 表2-1 台灣地區1990.2000 年各部門甲烷排放量………………..8 表3-1無機營養源成分及濃度……………………………………..42 表4-1土壤基本性質……………………………………………….52 表4-2土壤質地分析…………………………………………………..54 表4-3批次實驗前後土壤菌數之變化…………………………….69 表4-4批次實驗甲烷氧化菌之動力參數…………………………….67 表4-5實驗前後之硝酸鹽及銨鹽變化濃度…………………………70 表4-6批次實驗前二氧化碳產生量………………………………..72 表4-7批次實驗後二氧化碳產生量…………………………………72 表4-8 腐熟土管柱分解甲烷動力參數………………………………92 表4-9掩埋場覆土管柱分解甲烷動力參數…………………………92 表4-10 20%混合土管柱分解甲烷動力參數………………………92 表4-11土壤管柱銨態氮濃度分布……………………………………94 表4-12土壤管柱硝酸態氮濃度分布………………………………….94 表4-13 土壤管柱甲烷氧化菌數分布…………………………………95 表4-14 20%混合土不同時間甲烷氧化菌數之變化…………………..97 圖目錄 圖2-1 我國1990.2000 年各部門甲烷排放趨勢圖…………………..8 圖2-2、甲烷氧化菌氧化甲烷路徑………………………………….14 圖2-3 分子生物方法在甲烷氧化菌的研究………………………….28 圖2-4:掩埋場不同時期之pH、Eh、氣體產生變化……………….29 圖2-5腐熟土近照圖………………………………………………….32 圖2-6腐熟土遠照圖…………………………………………………..32 圖2-7開挖出之掩埋場垃圾…………………………………………..32 圖3-1 MPN之測甲烷消耗量法的計數流程…………………………43 圖3-2管柱實驗架設圖形…………………………………………….45 圖4-1第1天甲烷消秏濃度變化……………………………………..61 圖4-2第5天甲烷消秏濃度變化………………………………………62 圖4-3第42天甲烷消秏濃度變化…………………………………….63 圖4-4第145天甲烷消秏濃度變(1)(2)………………………….64 圖4-5甲烷氧化速率變化…………..…………………………66 圖4-6滅菌組初期氣體分布……………………………………………82 圖4-7混合土(20)%初期氣體分布…………………………………83 圖4-8掩埋場覆土初期氣體分布………………………………………84 圖4-9腐熟土初期氣體分布……………………………………………84 圖4-10滅菌組平衡後氣體分布…………………………………….86 圖4-11混合土(20%)平衡氣體分布………………………………….86 圖4-12 掩埋場覆土平衡後氣體分布………………………………..88 圖4-13 腐熟土平衡氣體分布……………………………………….88 圖4-14管柱頂部甲烷濃度變化…………………………………….90 圖4-15混合土(20%)甲烷氧化速率與培養時間之關係………………97 圖4-16 批次實驗後甲烷氧化菌數與甲烷氧化速率之關係…..100 圖4-17 混合土(20%)管柱中甲烷氧化菌數與甲烷氧化速率相關性100 圖4-18 覆土管柱中菌數與甲烷氧化速率相關性………………..101 圖4-19 腐熟土管柱中菌數與甲烷氧化速率相關性…….……..101 圖4-20覆土管柱中NH4+與Km值趨勢分布……………………….106 圖4-21 混合土(20%)管柱中NH4+與Km值趨勢分布……………..106 圖4-22腐熟土管柱中NH4+與Km值趨勢分布……………………..107 圖4-23 NH4+與Km之關係圖………………………………………107zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher環境工程學系zh_TW
dc.subjectlandfillen_US
dc.subject掩埋場zh_TW
dc.subjectmethane oxidationen_US
dc.subjectmethanotrophicen_US
dc.subjectanaerobic organic refuseen_US
dc.subject甲烷氧化zh_TW
dc.subject甲烷氧化菌zh_TW
dc.subject腐熟土zh_TW
dc.title甲烷氧化菌在厭氧腐熟土中之動力活性探討zh_TW
dc.titleKinetic activity of methanotrophs in soil mixed with anaerobic refuse from landfillen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.fulltextno fulltext-
item.languageiso639-1en_US-
item.grantfulltextnone-
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