[发明专利]一种甲烷生物氧化有机－无机复合基质

说明书

技术领域

本发明涉及垃圾填埋场甲烷气体减排领域，特别是涉及到一种有机-无机复合甲烷生物氧化基质。

背景技术

随着甲烷(CH₄)等温室气体排放产生的温室效应对人类的威胁逐渐加大，如引起更多的干旱、洪水和其他恶劣气候，作为全球第二大温室气体排放国，中国面临巨大的减排压力。CH₄在大气中的寿命约12年，其全球变暖潜势(GWP)是CO₂的23倍，附加温室效应贡献率为20％，减排CH₄将起到立竿见影的效果。大气中的甲烷来源主要包括：湿地、稻田、反刍动物、垃圾填埋场、煤矿开采、天然气泄漏等。垃圾填埋场是CH₄重要的人类活动释放源。随着我国的城市化进程的加快，垃圾处理模式正逐步从露天堆放转变为以卫生填埋为主，填埋场CH₄排放量将逐年上升。甲烷氧化细菌可以利用甲烷为惟一碳源和能源，将甲烷氧化为二氧化碳和水，从而减少温室气体排放强度，这一过程称为甲烷生物氧化。甲烷氧化细菌在自然界中天然存在，特别是在甲烷丰富地区，如垃圾填埋场表层覆盖土壤。

甲烷生物氧化必须有氧气的参与才能完成。土壤孔隙中的氧气来源于空气的扩散作用。由于土壤颗粒细小，导致空气的扩散作用较弱及细菌消耗氧气，使得甲烷氧化细菌的活性及其活动范围大大受限，一般情况下甲烷氧化细菌主要出现在土壤表层50cm以内，制约了甲烷生物氧化在温室气体减排中的积极作用。发明人先前申请的专利(申请号200710079552.6)旨在通过改变氧气的供应模式，提高甲烷氧化效果，但该方法需要额外提供动力供应氧气，有一定的运行费用。另一方面，甲烷氧化细菌还需要有一定的营养物质才能良好生长，而土壤中营养物质较少，也制约了甲烷氧化细菌的活性的充分发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机-无机复合甲烷生物氧化基质制备方法，以提高甲烷氧化的基质养分及基质孔隙。

本发明所提供的有机-无机复合甲烷生物氧化基质是由有机活性材料、无机多孔材料和水以一定的比例掺混而成，其中有机活性材料、无机多孔材料以及水之间的体积比例为1∶(0.1～10)∶(0.1～10)。

所述的有机活性材料通常为，经堆肥处理后的物质、草炭、泥炭中的一种或几种。其中用于堆肥处理的原料物质主要包括，污泥、生活垃圾、食品残渣、植物残体、动物排泄物。

所述的有机活性材料的粒径分布范围是0.1mm～100mm。所述的有机活性材料的有机质含量为2％～95％。所述的有机活性材料的水分含量为10％～80％。

所述的无机多孔材料通常为，陶粒、炉渣、矿渣、砂中的一种或几种。其中用于制作陶粒的原料物质主要包括，黏土、煤矸石、粉煤灰、页岩；炉渣的来源包括但不限于，金属冶炼、锅炉燃烧；矿渣的来源包括但不限于矿物加工；砂的来源包括但不限于，天然砂、人工砂。

所述的无机多孔材料的粒径分布范围是1mm～100mm。所述的无机多孔材料的水分含量为0.1％～50％。所述的无机多孔材料的孔隙度为10％～80％。

本发明具有显著的有益效果：

(1)由于甲烷的GWP是二氧化碳的23倍，因此本发明通过将甲烷转化为二氧化碳大大降低了其全球增温潜势，对于削减填埋场温室气体排放具有显著效应；

(2)本发明所述的无机多孔材料能提高基质的透气性，减少大气扩散的阻力，从而提高基质氧气供应能力；

(3)本发明所述的有机活性材料能提高基质的养分、保持适当水分以及提供包括甲烷氧化细菌在内的丰富的微生物种群，使得甲烷氧化细菌在自然界中的适应能力强；

(4)本发明所述的制备方法简单易掌握，不需要昂贵的仪器设备；

(5)本发明不需要提供额外动力即可实现填埋场甲烷的生物氧化，有利于减轻填埋场运行负担；

(6)本发明所述材料廉价易得，具有巨大的推广价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例选择污泥堆肥物为有机活性材料，选择粉煤灰陶粒为无机多孔材料，其中污泥堆肥物的水分含量为30％，粉煤灰陶粒的水分含量为5％。

(1)将粉煤灰陶粒和污泥堆肥物以1∶1的体积比混合；

(2)加水将混合物的水分调整为60％左右，并混合均匀制备成有机-无机复合基质；

(3)在填埋场表面挖除原有的覆盖土层，代之以有机-无机复合基质，其表面尺寸为5m×5m；