用碳化鈣抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法
2023-05-10 23:18:06
專利名稱：用碳化鈣抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法
技術領域：
本發明涉及一種能阻止生活垃圾厭氧消化過程中甲垸氣的產生的方法，屬於 固體廢物資源化及汙染防治技術領域。
背景技術：
溫室效應是由於溫室效應氣體被地表吸收後反射的紅外線引起的，人類活動 的增加引起了溫室效應氣體濃度增加，大氣中的二氧化碳、甲垸、氟利昂等溫室 效應氣體在全世界都觀測到濃度己有增加。由於溫室效應的影響，海平面升高， 氣候變化而使農作物減產等為代表的溫室效應是緩慢進行的過程， 一旦加劇，恢 復是非常困難的。甲烷是一種長期存在於大氣中的溫室氣體，它對溫室效應的貢 獻率是二氧化碳的21倍，生活垃圾填埋場是甲烷排放的主要產生源。目前，全世 界都在尋找減少二氧化碳排放的措施，但是對於甲烷的重視卻不夠，因此導致甲 烷發生量增大，而且能與甲垸反應導致其含量減少的那些化學物質的減少的問題 也不是很清楚，減少甲烷排放成為迫在眉睫的問題。我國大部分城市的生活垃圾 處理方式仍以填埋為主，垃圾在填埋過程中大部分時間是厭氧過程，會釋放甲垸， 甲垸的含量大約為50%~60%。在大型填埋場，這些氣體會通過管道和專門的集 氣裝置收集，但是，在中小型填埋場，由於產氣的不穩定和氣體總量少，綜合利 用的價值不高，因此產生的甲烷氣體一般都排放到大氣中，增大空氣中甲垸的濃 度，導致溫室效應的發生。垃圾填埋場的穩定化過程是由微生物共生體完成的，其中包括有許多細菌和 一些中間步驟。在此過程中，不同微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成 複雜的生態系統。複雜有機化合物的厭氧降解過程可被大致分為三個階段水解 階段、產酸階段和產甲烷階段，每個階段的任務都由特定的微生物菌群來完成 —水解發酵細菌群、產酸菌群以及產甲垸菌群。因此，厭氧生物代謝過程是由 微生物將物質進行串聯傳遞的過程，要想阻止甲垸氣體的產生，必須將產甲烷菌 群抑制，許多人根據產甲烷菌在惡劣環境中無法形成芽孢進行自我保護的特點，採用加熱、微波、紫外等方法將產甲烷菌殺死，但其操作複雜，不適合生活 垃圾填埋場等場所中產甲垸菌的抑制。目前己報導的產甲烷菌抑制方法雖然很多，但存在以下問題1、抑制效果 不理想， 一些微生物抑制劑僅能抑制50%左右的甲烷產生；2、有效濃度過高，氨氮報導可以有效抑制填埋場環境中甲烷的產生，但其濃度至少要達到3000 ppm以上才有效果；3、具有較好的抑制效果和較低的抑制濃度，但不適用與垃圾填埋場，譬如蒽醌類抑制劑，由於其溶解度極低，很難擴散至垃圾中產甲垸菌群聚集的固相中；莫能菌素，拉沙裡菌素在抑制產甲烷菌的同時會對水解菌和產 酸菌也產生較強的抑制作用，不利於填埋場的穩定化。發明內容本發明的目的是公開一種能抑制填埋場中生活垃圾厭氧消化過程中產甲垸的 方法。具體是利用生物抑制的原理，找到能夠有效抑制產甲烷菌群活性的抑制劑， 抑制填埋場中產甲烷菌的活性，使厭氧消化過程不再產生甲烷氣體，而是將有機 碳轉入液相中，再將收集到的液相集中處理，避免了釋放甲烷造成的溫室效應。 為了達到上述目的，本發明根據生活垃圾填埋量大，多相態共存，並且要 在抑制的同時維持填埋場正常的穩定化降解過程要求，首先尋找一種能夠兼顧生活垃圾填埋場甲烷有效抑制濃度低；易擴散；對其它菌群沒有抑制作用或抑制作 用很小的抑制劑。然後進行實驗，找到抑制甲烷效果明顯的配比。本發明找到的產甲烷菌群抑制劑是碳化鈣，將它作為生活垃圾的添加劑能抑 制厭氧消化過程中產甲烷菌的活性，使厭氧消化過程不再產生甲烷氣體，而是將 有機碳轉到液相中，這樣可以將收集到的液相集中處理，避免了釋放甲烷造成的 溫室效應。具體工藝是首先，將市售工業級碳化鈣粉末作為生活垃圾產甲垸菌群抑制 劑；然後，按照每噸生活垃圾中加入5~20 g碳化鈣量取，生活垃圾的含水率為 50-80 %重量百分比；接著，在填埋場常規作業中均勻地將碳化鈣加入生活垃圾 中；最後，對加入碳化鈣粉末後的生活垃圾厭氧反應的滲濾液進行pH和總揮發 酸量的測量，得到pH+8，總揮發酸量為0.69 1.07g/kg，同時，用排飽和食鹽 水法收集生活垃圾填埋場的氣體，用氣相色譜測定氣體中的各個組分及其含量， 證實甲烷抑制效果達88 %~100 %。本發明具有如下的優點1.由於碳化鈣與生活垃圾的水分反應生成氧化鈣，使pH提高到^8，而產 甲垸菌對pH要求很苛刻，較高的pH對產甲烷菌有抑制作用，另外碳化鈣與水 反應的另一產物乙炔可以抑制小分子碳氫化合物合成菌的活性(乙炔對其細胞膜 上的蛋白運動和ATP合成會有影響)，乙炔可以抑制產甲垸菌的質子流動、ATP 合成、鎳離子吸收，因此，本發明能用碳化鈣抑制生活垃圾填埋場甲烷排放。2. 由於在填埋過程中將碳化鈣投入生活垃圾中，在填埋場中厭氧消化過程開 始後，產甲烷菌的活性能夠在抑制劑的作用下被有效抑制，阻斷了厭氧消化過程 甲垸的產生，使生活垃圾可以維持在厭氧消化在產酸階段，因此，可以防止產酸 菌群因產物抑制而影響填埋場穩定化，保證了填埋場穩定化的持續進行。3. 由於碳化鈣的加入量是按每公斤垃圾(含水率為50-80 %)加5 20mg進 行，因此，在實現填埋場產甲烷菌群高效抑制同時，增加的成本很低，對環境造 成新汙染的可能性沒有。4. 將碳化轉加入中小型填埋場，可以將產生的滲濾液收集後集中處理，避免 了填埋過程中產生的甲烷對環境的危害，避免了釋放甲烷造成的溫室效應。
圖l為本發明的工藝流程圖 圖2不同含量的碳化鈣抑制甲烷效果曲線圖 圖3不同含量的碳化鈣對填埋場穩定化影響曲線圖具體實施方式
實施例1請參閱附圖1， 2和3。將含水率為50~80 %的生活垃圾簡單破碎後，稱取50 g放入150 mL血清 瓶中。然後按照每kg生活垃圾加入20mg碳化鈣粉末的比例稱量lg碳化鈣粉 末，也加入血清瓶中，加入碳化鈣粉末後模擬生活垃圾填埋場的厭氧狀態，用排 飽和食鹽水法收集氣體，再用氣相色譜測定氣體中的各個組分及其含量，同時通 過測量滲濾液pH和總揮發酸量，並通過與不加碳化鈣的空白實驗比較，結果請 參見圖2和圖3。實施例1中主要考察碳化鈣含量為20mg/kg的抑制效果。當碳化鈣含量在20 mg/kg時，甲垸幾乎被完全抑制，抑制效果最好。但總酸濃度偏 低，說明高含量的碳化鈣會對填埋場的穩定化有影響。 實施例2將碳化鈣含量改為5 mg/kg，其餘與實施例1相同。當碳化鈣含量在5 mg/kg 時，由圖3的體系pH和總揮發酸濃度可以看出，碳化鈣對填埋場穩定化基本上 沒有影響。由圖2可知，該體系可以抑制88 %的甲烷，比其它高含量的碳化鈣 抑制效果要差。 實施例3將碳化轉含量改為10 mg/kg，其餘與實施例1相同。當碳化轉含量在10 mg/kg時，由圖2可知，有91 %的甲烷被抑制。由圖3可知，碳化鈣含量在10 mg/kg 時，體系的總揮發酸濃度最高。這說明該濃度下乙炔除對產甲烷菌群外，對其它 菌群的抑制效果很小，而氧化鈣所造成的體系pH的升高可以促進酸化過程的進 行，這對填埋場的穩定化具有一定的促進作用。
權利要求
1. 用碳化鈣抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法，其特徵是首先，將市售工業級碳化鈣粉末作為生活垃圾產甲烷菌群抑制劑；然後，按照每噸生活垃圾加入5～20g碳化鈣量取，生活垃圾的含水率為50-80％重量百分比；接著，在填埋場常規作業中均勻地將碳化鈣加入生活垃圾中；最後，對加入碳化鈣粉末後的生活垃圾厭氧反應的滲濾液進行pH和總揮發酸量的測量，得到pH＝6～8，總揮發酸量為0.69～1.07g/kg，同時，用排飽和食鹽水法收集生活垃圾填埋場的氣體，用氣相色譜測定氣體中的各個組分及其含量，證實甲烷抑制效果達88％～100％。
全文摘要
用碳化鈣抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法，涉及一種能阻止生活垃圾厭氧消化過程中甲烷氣的產生的方法。首先，將市售工業級碳化鈣粉末作為生活垃圾產甲烷菌群抑制劑；然後，按照每噸生活垃圾中加入5～20g碳化鈣量取，生活垃圾的含水率為50-80％重量百分比；接著，在填埋場常規作業中均勻地將碳化鈣加入生活垃圾中；加入碳化鈣粉末後，對生活垃圾的滲濾液進行pH和總揮發酸量的測量，得到pH＝6～8，總揮發酸量為0.69～1.07g/kg，同時，用排飽和食鹽水法收集氣體，用氣相色譜測定氣體中的各個組分及其含量，發現甲烷抑制效果達88％～100％。本發明成本很低，操作簡單，無新的汙染，避免了釋放甲烷造成的溫室效應。
文檔編號B09B5/00GK101249500SQ20081003544
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月1日 優先權日2008年4月1日
發明者星 王, 趙天濤, 趙由才, 陳浩泉 申請人:同濟大學