[发明专利]用于氧化甲烷的系统和方法

说明书

背景

甲烷是强效温室气体，据估计其在捕获热上比二氧化碳更有效约23倍。此外，甲烷在足够高浓度爆炸，并且因此在释放甲烷的地点构成安全担心。

填埋是主要的甲烷释放源。由固体废弃物通过微生物活动和化学反应的分解产生的甲烷可以在固体废弃物内积累并被释放至大气中，导致极大的环境问题和安全担心。

已经使用了多种方法减少填埋处的甲烷释放，包括收集甲烷用于能源用途和将甲烷在其释放之前氧化。然而，现有的方法在多个方面受限，如低氧化效率和对昂贵设备的需求。

概述

一方面，本公开提供一种用于氧化甲烷的系统，所述系统包括具有至少一个配置成用于空气进入的导管的构筑物；和配置成围绕至少一个导管的矿化废弃物层。

另一方面，本公开提供一种用于氧化甲烷的方法，所述方法包括使用于氧化甲烷的系统与所要氧化的材料接触，其中所述系统包括具有至少一个配置成用于空气进入的导管的构筑物，以及围绕所述至少一个导管的矿化废弃物层。

以上概述仅为了举例说明并且不意图以任何方式限制。除了上面描述的示例性方面、实施方案和特征之外，通过参考附图和以下的详述，其他方面、实施方案和特征将是显而易见的。

附图简述

图1显示本公开的用于氧化甲烷的系统的一个示例实施方案。

图2显示本公开的用于氧化甲烷的系统的一个示例实施方案。

图3显示本公开的用于氧化甲烷的系统的四个不同的示例实施方案。

图4显示本公开的用于氧化甲烷的系统的一个示例实施方案的示意图。

图5显示三个矿化废弃物柱中甲烷转化率的结果。

图6显示在不同的入口甲烷负载下，中等尺寸的矿化废弃物柱中甲烷转化率的结果。

图7显示具有用于氧化甲烷的系统的实验填埋单元的横截面图。

图8显示对于对照单元和实验单元分别在150天研究期间的过程中出口气体中的甲烷浓度。

图9显示在150天研究期间的过程中与对照单元比较，实验单元中甲烷释放的减少率。

详述

在以下详述中，将参考所附附图，所述附图形成详述的一部分。在详述、附图和权利要求中描述的示例性实施方案并不意欲是限制性的。在不脱离这里所给出主题的精神或范围的情况下，可以采用其它实施方案，并且可以进行其它变更。

本公开提供用于氧化甲烷的系统和方法。一方面，本公开提供一种用于氧化甲烷的系统，所述系统包括具有至少一个配置成用于空气进入的导管的构筑物和配置成围绕所述至少一个导管的矿化废弃物层。

术语“矿化废弃物”是指含有能够氧化甲烷的生物的固体废弃物。这些生物被称为甲烷-氧化生物。甲烷-氧化生物可以将甲烷氧化以产生物质如甲醛、甲酸、二氧化碳和水。

在某些实施方案中，甲烷-氧化生物是微生物，所述微生物包括但不限于，细菌和古菌。在某些实施方案中，甲烷-氧化细菌是属于甲基球菌科(Methylococcaceae)和甲基孢囊菌科(Methylocystaceae)的细菌。在某些实施方案中，甲基球菌科(Methylococcaceae)包括属于甲基球菌属(Methylococcus)、甲基单胞菌属(Methylomonas)、甲基微菌属(Methylomicrobium)、甲基细菌属(Methylobacter)、甲基暖菌属(Methylocaldum)和甲基球状菌属(Methylosphaera)的细菌。在某些实施方案中，甲基孢囊菌科(Methylocystaceae)包括属于甲基孢囊菌属(Methylocystis)、甲基弯曲菌属(Methylosinus)和甲基球形菌属(Methylopila)的细菌。甲烷-氧化细菌的示例性实例包括甲烷甲基单胞菌(Methylomonasmethanica)、荚膜甲基球菌(Methylococcus capsulatus)、发孢甲基弯曲菌(Methylosinus trichosporium)和小甲基孢囊菌(Methylocystis parvus)。

在某些实施方案中，甲烷-氧化古菌来自甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)，甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae)和甲热球菌科(Methermicoccaceae)。