气体分布层 (GDL) 对工程甲氧化生物系统 (MOBs) 中甲去除效率的影响的数值调查
Wameed Alghazali1, Cole J C Van De Ven1, Vanessa Di Battista2
1Department of Civil and Environmental Engineering, Carleton University, 1125 Colonel By Drive, Ottawa, Ontario, Canada, K1S 5B6.
Journal of environmental management
|September 24, 2025
概括
工程化甲氧化生物系统 (MOBs) 有效地减少了垃圾填埋场的甲排放. 气体分布层 (GDL) 通过改善气体扩散和微生物氧化,显著提高了甲去除效率.
科学领域:
- 环境工程 环境工程
- 生物地化学工程 生物地化学工程
- 温室气体减排措施 温室气体减排措施
背景情况:
- 垃圾填埋场甲 (CH4) 排放是一个重要的温室气体问题,特别是当传统的收集失败时.
- 工程甲氧化生物系统 (MOBs) 使用微生物过程将CH4转化为CO2,提供了一个可持续的解决方案.
- 气体分布层 (GDL) 对于将MOB中的CH4重新分配到甲氧化层 (MOL) 至关重要.
研究的目的:
- 为MOBs开发和验证2D反应性气体运输模型.
- 研究GDL设计参数 (厚度,宽度,透性) 对CH4分布和氧化的影响.
- 确定最佳的GDL特性,以最大限度地提高MOB的效率.
主要方法:
- 一个二维的多元组件反应性气体运输模型是使用COMSOL Multiphysics开发的.
- 该模型结合了斯蒂芬-马克斯韦尔扩散,双相附加流,以及CH4氧化过程中的Monod动力学.
- 对反应性和非反应性场景的基准数据进行了模型验证.
主要成果:
- 一维模拟表明,较低的CH4流量和更高的氧气可用性提高了氧化效率.
- 一个GDL,即使在0.1米厚度,有效地横向散布CH4,减少峰值流量.
- 在4米MOB中,安装GDL将CH4的去除率从60%提高到91%,在高GDL/MOL透性对比度 (>=10^2) 中获得最佳结果.
结论:
- GDL是有效的MOB设计的基本要素.
- 存在 10^-10 m^2 的 GDL 透度值,超过这个值后,收益率进一步增加,收益率下降.
- 优化GDL特性,特别是透性与MOL相比,是最大限度地捕获和转化CH4的关键.
