用於氧化甲烷的系統和方法

2023-05-13 18:59:21 2

專利名稱：用於氧化甲烷的系統和方法
用於氧化甲烷的系統和方法背景甲烷是強效溫室氣體，據估計其在捕獲熱上比二氧化碳更有效約23倍。此外，甲烷在足夠高濃度爆炸，並且因此在釋放甲烷的地點構成安全擔心。填埋是主要的甲烷釋放源。由固體廢棄物通過微生物活動和化學反應的分解產生的甲烷可以在固體廢棄物內積累並被釋放至大氣中，導致極大的環境問題和安全擔心。已經使用了多種方法減少填埋處的甲烷釋放，包括收集甲烷用於能源用途和將甲烷在其釋放之前氧化。然而，現有的方法在多個方面受限，如低氧化效率和對昂貴設備的需求。概述
一方面，本公開提供一種用於氧化甲烷的系統，所述系統包括具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物；和配置成圍繞至少一個導管的礦化廢棄物層。另一方面，本公開提供一種用於氧化甲烷的方法，所述方法包括使用於氧化甲烷的系統與所要氧化的材料接觸，其中所述系統包括具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物，以及圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層。以上概述僅為了舉例說明並且不意圖以任何方式限制。除了上面描述的示例性方面、實施方案和特徵之外，通過參考附圖
和以下的詳述，其他方面、實施方案和特徵將是顯而易見的。附圖簡述圖I顯示本公開的用於氧化甲烷的系統的一個示例實施方案。圖2顯示本公開的用於氧化甲烷的系統的一個示例實施方案。圖3顯示本公開的用於氧化甲烷的系統的四個不同的示例實施方案。圖4顯示本公開的用於氧化甲烷的系統的一個示例實施方案的示意圖。圖5顯示三個礦化廢棄物柱中甲烷轉化率的結果。圖6顯示在不同的入口甲烷負載下，中等尺寸的礦化廢棄物柱中甲烷轉化率的結
果O圖7顯示具有用於氧化甲烷的系統的實驗填埋單元的橫截面圖。圖8顯示對於對照單元和實驗單元分別在150天研究期間的過程中出口氣體中的甲烷濃度。圖9顯示在150天研究期間的過程中與對照單元比較，實驗單元中甲烷釋放的減少率。詳述在以下詳述中，將參考所附附圖，所述附圖形成詳述的一部分。在詳述、附圖和權利要求中描述的示例性實施方案並不意欲是限制性的。在不脫離這裡所給出主題的精神或範圍的情況下，可以採用其它實施方案，並且可以進行其它變更。本公開提供用於氧化甲烷的系統和方法。一方面，本公開提供一種用於氧化甲烷的系統，所述系統包括具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物和配置成圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層。術語「礦化廢棄物」是指含有能夠氧化甲烷的生物的固體廢棄物。這些生物被稱為甲烷-氧化生物。甲烷-氧化生物可以將甲烷氧化以產生物質如甲醛、甲酸、二氧化碳和水。在某些實施方案中，甲烷-氧化生物是微生物，所述微生物包括但不限於，細菌和古菌。在某些實施方案中，甲烷-氧化細菌是屬於甲基球菌科(Methylococcaceae)和甲基孢囊菌科(Methylocystaceae)的細菌。在某些實施方案中，甲基球菌科(Methylococcaceae)包括屬於甲基球菌屬(Methylococcus)、甲基單胞菌屬(Methylomonas)、甲基微菌屬(Methylomicrobium)、甲基細菌屬(Methylobacter)、甲基暖菌屬(Methylocaldum)和甲基球狀菌屬(Methylosphaera)的細菌。在某些實施方案中，甲基孢囊菌科(Methylocystaceae)包括屬於甲基孢囊菌屬(Methylocystis)、甲基彎曲菌屬(Methylosinus)和甲基球形菌屬(Methylopila)的細菌。甲燒-氧化細菌的示例性實例包括甲燒甲基單胞菌(Methylomonasmethanica)、莢膜甲基球菌(Methylococcus capsulatus)、發抱甲基彎曲菌(Methylosinus trichosporium)和小甲基抱囊菌(Methylocystis parvus)。在某些實施方案中，甲烷-氧化古菌來自甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)，甲烷八疊球菌科(Methanosarcinaceae)和甲熱球菌科(Methermicoccaceae)。甲烷-氧化生物在合適的條件下可以在礦化廢棄物中自然地生長和發育。通常，當在固體廢棄物中存在甲烷的積累時，甲烷-氧化生物在固體廢棄物中生長。甲烷可以在固體廢棄物中積累，因此廢棄物材料隨時間分解和腐爛。含有甲烷-氧化生物的固體廢棄物成為礦化廢棄物並且可以在本公開的用於氧化甲烷的系統中使用。在某些實施方案中，礦化廢棄物是已經儲存或埋藏特定時間期間的固體廢棄物。在被儲存或埋藏的同時，固體廢棄物分解並產生甲烷，並且甲烷在固體廢棄物中的積累建立用於甲烷-氧化生物在其中的自然生長和發育所需的環境。在某些實施方案中，將礦化廢棄物儲存在一個或多個容納裝置或設備中特定時間期間，以允許甲烷-氧化生物發育。在某些實施方案中，將礦化廢棄物埋藏在廢棄物填埋場。將礦化廢棄物的儲存或埋藏期間稱為礦化廢棄物的「年齡」。隨著廢棄物老化，甲烷-氧化生物在礦化廢棄物中積累並生長。在某些實施方案中，將礦化廢棄物老化特定時間期間，以使得它自身不再釋放任何滲出液或甲烷氣體。在某些實施方案中，礦化廢棄物已經老化約2至約30年，約2至約25年，約2至約20年，約2至約15年，約2至約10年，約2至約8年，或約2至約5年。在某些實施方案中，礦化廢棄物已經老化約5至約30年，約5至約25年，約5至約20年，約5至約15年，約5至約10年，約5至約8年，或約8至約10年。在某些實施方案中，礦化廢棄物已經老化至少I年，或至少2年，或至少3年，或至少4年，或至少5年，或至少6年，或至少7年，或至少8年，或至少9年，或至少10年，或至少15年，或至少20年，或至少25年，或至少30年。可以將甲烷-氧化生物人工地引入至固體廢棄物以形成礦化廢棄物。例如，在特定示例實施方案中，可以取得來自填埋的老化廢棄物並且將其溶解在如下面的實施例I中所述的營養液中。將混合物溫育合適的時間期間以允許甲烷-氧化生物從廢棄物生長，並且從培養物收集甲烷-氧化生物。允許所收集的甲烷-氧化生物再次在營養液中生長，直至達到所需的濃度。對於另一個實例，在特定示例實施方案中，可以將商購自組織如AmericanType Culture Collection (ATCC)的甲燒-氧化生物的已知菌株(例如，莢膜甲基球菌(Methylococcus capsulatus), ATCC19069)在實驗室中培養直至達到所需的濃度。甲烷-氧化生物的甲烷轉化率可以通過將甲烷-氧化生物放置在具有氣體入口和氣體出口的容器中測量。甲烷氣體通過氣體入口進入至容器中，並且將來自容器的氣體從出口收集。計算入口氣體的甲烷濃度和通過甲烷氧化生物的出口氣體的甲烷濃度之比。在某些實施方案中，可以在實驗室中培養甲烷-氧化生物並將其加入至固體廢棄物中。在某些實施方案中，可以將甲烷-氧化生物從老化固體廢棄物分離，培養至合適的濃度，並且加入至固體廢棄物中。在某些實施方案中，可以將含有甲烷-氧化生物的固體廢棄物加入至新鮮的廢棄物，以製成要在本公開的系統中使用的礦化廢棄物。在某些實施方案中，可以將在不同的位置老化或者老化不同的時間期間的礦化廢棄物混合在一起，以製成要在本公開的系統中使用的礦化廢棄物。可以通過測量並計算礦化廢棄物的甲烷轉化率，測量礦化廢棄物將甲烷氧化成其他物質的能力。在時間期間t(t Zt1Ici)內的甲烷轉化率可以使用以下公式計算
時的甲烷濃度甲燒轉化率=I —— -時的入口甲烷濃度甲烷轉化率可以通過在時間h和測量甲烷濃度並且之後使用以上公式計算轉化率確定。用於測量並計算甲烷轉化率的方法的一個示例實施方案在下面的實施例I中描述。在某些實施方案中，礦化廢棄物在24小時的期間內的甲烷轉化率為至少50%，或至少60 %，或至少70 %，或至少80 %，或至少85 %，或至少90 %，或至少95 %，或至少97 %，或至少98%，或至少99%。在某些實施方案中，礦化廢棄物在24小時的期間內的甲烷轉化率為50%至100%之間，50%至90%之間，50%至80%之間，50%至70%之間，50%至60%之間，60%至100%之間，70%至100%之間，80%至100%之間，以及90%至100%之間。在某些實施方案中，礦化廢棄物在48小時的期間內的甲烷轉化率為至少50%，或至少60 %，或至少70 %，或至少80 %，或至少85 %，或至少90 %，或至少95 %，或至少97 %，或至少98%，或至少99%。在某些實施方案中，礦化廢棄物在48小時的期間內的甲烷轉化率為50%至100%之間，50%至90%之間，50%至80%之間，50%至70%之間，50%至60%之間，60%至100%之間，70%至100%之間，80%至100%之間，以及90%至100%之間。礦化廢棄物的水含量可以影響甲烷的氧化效率。在某些實施方案中，礦化廢棄物的水含量為5%至30%之間，5%至25%之間，5%至20%之間，5%至15%之間，5%至10%之間，或5%至8%之間。在某些實施方案中，礦化廢棄物的水含量為10%至30%之間，10%至25%之間，10%至20%之間，或10%至15%之間。在某些實施方案中，礦化廢棄物的水含量為15%至30%之間，15%至25%之間，或15%至20%之間。可以將礦化廢棄物的水含量通過任何合適的方法調節至合適的水平。在某些實施方案中，可以將礦化廢棄物乾燥以減少水含量。乾燥方法可以包括，不帶有限制地，自然乾燥方法如通過空氣或太陽，或通過機器乾燥，或它們的任何組合，或者任何其他合適的方法。在某些實施方案中，可以將礦化廢棄物弄溼以增加水含量。這些弄溼方法可以包括，不帶有限制地，噴水、弄溼和增溼。在某些實施方案中，將礦化廢棄物在加入至系統中之前弄溼至合適的水含量。在某些實施方案中，在將礦化廢棄物填充至系統中的過程中將水噴至礦化廢棄物上。在某些實施方案中，將礦化廢棄物通過合適的篩篩選以移除其中含有的巖石，石頭，玻璃，橡膠，塑料，木棒，以及其他碎屑，並且以幫助將大塊的礦化廢棄物破碎為較小的部分。在某些實施方案中，將礦化廢棄物通過合適的篩篩選以獲得具有合適尺寸的粒子和土壤的礦化廢棄物。可以選擇篩的篩目大小，以使得可以將礦化廢棄物中不合需要的組分與所希望的組分分離。在某些實施方案中，將礦化廢棄物通過O. 3-0. 5cm篩，O. 5-lcm篩，l-2cm篩，2-4cm篩，4_6cm篩，或6_8cm篩篩選。在某些實施方案中，將礦化廢棄物在篩選之前粉碎為小塊或者磨碎為細粒。在某些實施方案中，礦化廢棄物還可以包含選擇以促進甲烷-氧化生物的生長的營養液。營養液可以含有可以促進甲烷-氧化生物的生長和活性的溶解在水或緩衝液中的多種成分。在某些實施方案中，營養液可以含有磷酸鹽、硝酸鹽或硫酸鹽，或它們的任何組合。用於甲烷-氧化生物的生長，營養液的pH值可以在合適的範圍內。在一個示例實施方案中，營養液的PH值為5至9之間，6至8之間，6. I至7. 9之間，6. 2至7. 8之間，6. 3至7. 7 之間，6. 4至7. 6之間，6. 5至7. 5之間，6. 6至7. 4之間，6. 7至7. 3之間，6. 8至7. 2之間，和6. 9至7. I之間。在另一個不例實施方案中，營養液的pH值為7。在一個不例實施方案中，營養液包含磷酸鹽和硝酸鹽。在一個示例實施方案中，營養液包含磷酸鹽和硫酸鹽。在一個示例實施方案中，營養液包含硝酸鹽和硫酸鹽。在一個示例實施方案中，以濃度計，營養液包含l_20g/l磷酸鹽、O. 3-9g/l硝酸鹽和/或O. 05-3g/l硫酸鹽，並且之後可以將其按以下營養液相對於礦化廢棄物的體積(ml)與重量(g)之比施加至廢棄物lml/100g至50ml/IOOg 之間，3ml/IOOg 至 50ml/IOOg 之間，5ml/IOOg 至 50ml/IOOg 之間，IOml/IOOg 至50ml/100g 之間，20ml/100g 至 50ml/100g 之間，30ml/100g 至 50ml/100g 之間，40ml/100g至 50ml/100g 之間,lml/100g 至 40ml/100g 之間,lml/100g 至 30ml/100g 之間,lml/100g 至25ml/100g 之間，lml/100g 至 20ml/100g 之間，和 lml/100g 至 10ml/100g 之間。在另一個示例實施方案中，營養液與廢棄物的重量比為4ml/100g至6ml/100g。在一個示例實施方案中，以施加至廢棄物時的最終濃度計，營養液包含l-10g/l磷酸鹽，0. 3-9g/l硝酸鹽，和/或0. 05-3g/l硫酸鹽。在示例實施方案中，以施加至廢棄物時的最終濃度計，營養液包含l-7g/l磷酸鹽，0. 3-9g/l硝酸鹽，和/或0. 05-3g/l硫酸鹽。在一個示例實施方案中，營養液包含磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉、磷酸鈣、磷酸鎂、磷酸亞鐵、磷酸鐵、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸亞鐵、硝酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸亞鐵和/或硫酸鐵。在一個示例實施方案中，營養液包含磷酸二氫鉀和/或磷酸氫二鈉。在一個不例實施方案中，營養液包含硝酸鈉。在一個不例實施方案中，營養液包含硫酸鉀、硫酸鎂和/或硫酸亞鐵。在一個示例實施方案中，營養液還包括選自由以下各項組成的組的一些痕量元素ZnS04、MnS04、H3B03、Na3Mo04、CoCl2、KI和CaCl2。營養液中這些痕量元素的濃度可以是少於100ug/l,少於80ug/l,少於70ug/l,少於60ug/l,少於50ug/l,少於40ug/1，少於30ug/L，少於20ug/l，以及少於10ug/l。營養液中這些痕量元素的濃度可以10ug/l至 IOOug/1 之間，IOug/1 至 50ug/l 之間，50ug/l 至 IOOug/1 之間，以及 lug/1 至 IOug/1 之間。在某些實施方案中，礦化廢棄物還可以包括礦化泥渣。術語「礦化泥渣」是指含有甲烷-氧化生物如細菌和古菌的廢棄物泥渣。可以將甲烷-氧化生物通過天然生長和發育或以人工方式引入至礦化泥渣。例如，可以商購甲烷-氧化生物或使用如上面描述的從老化廢棄物分離的菌株在實驗室中培養。甲烷-氧化生物的甲烷轉化率可以通過將甲烷-氧化生物放置在具有氣體入口和氣體出口的容器中測量。使甲烷氣體通過氣體入口進入容器中，並且將來自容器的氣體從出口收集。計算入口氣體的甲烷濃度和通過甲烷-氧化生物的出口氣體的甲烷濃度之比。在某些實施方案中，可以將甲烷-氧化生物在實驗室中培養並且加入至廢棄物泥渣中。在某些實施方案中，可以將甲烷-氧化生物從老化固體廢棄物分離，培養至合適的濃度，並且加入至廢棄物泥渣中。在某些實施方案中，可以將含有甲烷-氧化生物的固體廢棄物加入至廢棄物泥渣，以製備要在本公開的系統中使用的礦化泥渣。在某些實施方案中，可以將在不同的位置老化或老化不同的時間期間的礦化泥渣混合在一起以製備要在本公開的系統中使用的礦化泥渣。在某些實施方案中，將礦化泥渣老化特定時間期間以允許甲烷-氧化生物生長並 發育。可以將礦化泥渣埋藏在地下或儲存在一個或多個儲存裝置或設備中以被老化。在某些實施方案中，將礦化泥渣老化2至30年，2至25年，2至20年，2至15年，2至10年，2至8年，或2至5年。在某些實施方案中，將礦化泥渣老化5至30年，5至25年，5至20年，5至15年，5至10年，或5至8年。在某些實施方案中，將礦化泥渣老化至少I年，或至少2年，或至少3年，或至少4年，或至少5年，或至少6年，或至少7年，或至少8年，或至少9年，或至少10年，或至少15年，或至少20年，或至少25年，或至少30年。礦化泥渣可以具有合適的水含量。在某些實施方案中，礦化泥渣的水含量在以下範圍內30%至 60%，30%至 55%，30%至 50%，30%至 45%，30%至 40%，或 30%至 35%。在某些實施方案中，礦化泥渣的水含量在以下範圍內40 %至60 %，40 %至55 %，40 %至50%，或 40%至 45%。礦化廢棄物可以以任何合適的混合比含有礦化泥渣。在某些實施方案中，礦化廢棄物中礦化泥渣的重量百分比為約O %至約50%，或約O %至約40%，或約O %至約30%，或約O %至約20 %，或約O %至約10 %，或約40 %至約50 %，或約30 %至約50 %，約20 %至約50 %，或約10 %至約50 %。礦化廢棄物中含有的礦化泥渣的合適的百分數可以由本領域技術人員確定。在某些實施方案中，礦化廢棄物層的厚度為約O. 2m至約2m，或約O. 2m至I. 5m,或約O. 2m至Im,或約O. 2m至O. 8m,或約O. 4m至約2m,或約O. 4m至約I. 5m,或約O. 4m至約Im,以及約O. 4至約O. 8m。在某些實施方案中，礦化廢棄物層的厚度為至少O. 2m，或至少
O.3m,或至少O. 4m,或至少O. 5m,或至少O. 6m,或至少O. 7m,或至少O. 8m,或至少O. 9m,或至少Im,或至少I. 5mο在某些實施方案中，圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層具有與所述至少一個導管的尺寸成正比的厚度。在某些實施方案中，礦化廢棄物的厚度與所述至少一個導管的直徑之比為約O. 5至約6之間，約O. 5至約5之間，約O. 5至約4之間，約O. 5至約3. 5之間，約O. 5至約3之間，約O. 5至約2. 5之間，約O. 5至約2之間，約O. 5至約I. 5之間，或約O. 5至約I之間。在某些實施方案中，礦化廢棄物的厚度與所述至少一個導管的直徑之比為約I至約10之間，約I至約8之間，約I至約6之間，約I至約5之間，約I至約4之間，約I至約3之間，約I至約2之間，或約I至約I. 5之間。
用於氧化甲烷的系統可以包括具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物。該構築物可以具有多於一個導管。當該構築物具有多於一個導管時，導管可以彼此連接，也可以彼此不連接。可以將所述一個或多個導管配置成用於通過任何合適的方式的空氣進入。例如，在特定示例實施方案中，該構築物由從廢棄物延伸出至廢棄物外側的空間中的一個或多個管組成，並且從而允許氣體釋放至環境中。對於另一個實例，在特定示例實施方案中，該構築物由一個或多個管組成，其中每個管在其末端含有可以吸收甲烷的空氣過濾器。對於另一個實例，在特定示例實施方案中，該構築物由一個或多個埋在廢棄物中具有伸出廢棄物的至少一個末端的筐藍組成。在某些實施方案中，該構築物的一個或多個導管可以延伸出廢棄物以允許氣體釋放。在某些實施方案中，該構築物的一個或多個導管可以以這樣一種方式連接至裝置所述方法可以將來自廢棄物的氣體在將其釋放至大氣中之前進一步過濾或處理。導管可以具有將允許空氣在其內流動或穿過導管的任何合適的形狀。導管可以是管道、管、導管、通道或其他合適的結構，並且可以是直的、彎的或分叉的。任何導管的截面可以是圓形、三角形、正方形、矩形，或者任何其他規則或不規則形狀。在某些實施方案中，導管是圓柱形管道或管。在某些實施方案中，圓柱形管道和管的直徑為IOcm至IOOcm之 間，20cm 至 IOOcm 之間，30cm 至 IOOcm 之間，40cm 至 IOOcm 之間，50cm 至 IOOcm 之間，5cm 至50cm之間，IOcm至50cm之間，20cm至50cm之間，30cm至50cm之間，或40cm至50cm之間。所述一個或多個導管可以由任何合適的材料製成。用於導管的合適的材料的示例性實例是金屬如鋼、鐵、銅和合金、塑料、橡膠、玻璃、水泥和石頭。在某些實施方案中，所述一個或多個導管由空氣可滲透材料製成。在某些實施方案中，所述一個或多個導管可以是穿孔的。在某些實施方案中，所述一個或多個導管是沿導管的整個長度穿孔的。在某些實施方案中，該構築物的一個或多個導管是在其長度的三分之二，其長度的一半，或其長度的三分之一，或其長度的四分之一穿孔的。在某些實施方案中，一個或多個導管是在其長度的下面三分之二，或在其長度的下面一半，或在其長度的下面三分之一，或在其長度的下面四分之一穿孔的。在某些實施方案中，一個或多個導管是在其長度的上面三分之二，或在其長度的上面一半，或在其長度的上面三分之一，或在其長度的上面四分之一穿孔的。在某些實施方案中，該構築物的每個導管由礦化廢棄物層圍繞。在某些實施方案中，該構築物的一個或多個導管由礦化廢棄物層圍繞。在某些實施方案中，該構築物的一個或多個導管由多於一個礦化廢棄物層圍繞。在某些實施方案中，系統可以包括導管與圍繞其它的礦化廢棄物層之間的分離層。可以將分離層配置成促進導管與礦化廢棄物層之間的空氣循環和空氣流動。在某些實施方案中，分離層的厚度為約IOOmm至約500mm,約IOOmm至約400mm,約IOOmm至約300mm,和約IOOmm至約200mm。在某些實施方案中，分離層的厚度為至少50mm,或至少60mm,或至少70mm,或至少80mm,或至少90mm,或至少100mm,或至少120mm,或至少150mm。在圖I中所示的一個示例實施方案中，用於氧化甲烷的系統100含有用於空氣進入的導管101、分離層102和礦化廢棄物層103。在某些實施方案中，系統可以包括圍繞一個或多個導管的多個分離層和多個礦化廢棄物層，其中每個礦化廢棄物層鄰近至少一個分離層。在某些實施方案中，系統可以包括多個分離層和多個礦化廢棄物層，其中每個分離層位於導管與礦化廢棄物層之間或兩個相鄰的礦化廢棄物層之間或礦化廢棄物層與所要氧化的材料之間。在圖2中所示的一個示例實施方案中，用於氧化甲烷的系統200含有導管201、導管201與第一礦化廢棄物層203a之間的第一分離層202a，以及第一礦化廢棄物層203a外側的第二分離層202b，以及第二分離層202b外側的第二礦化廢棄物層203b。所述一個或多個分離層可以含有配置用於促進空氣循環的任何合適的材料。分離層中的材料的示例性實例為石子、木棍、塑料片、礫石、輪胎碎片、碎玻璃，以及它們的任何組合。在某些實施方案中，分離層含有礫石、輪胎碎片和/或碎玻璃。在某些實施方案中，分離層由礫石構成。在某些實施方案中，礫石的直徑為約50mm至約150mm,約50mm至約140mm,約50mm至約120mm,約50mm至約IOOmm或約50mm至約80mm。在某些實施方案中，碌石的直徑為不少於40mm、50mm、60mm、70mm或80mm,並且不大於100mm、110mm. 120mm、130mm、140mm 或 1 SOmnin在某些實施方案中，分離層中的礫石可以是隨機分布。在某些實施方案中， 分離層中的礫石可以以使得促進空氣交換的方式排列。在某些實施方案中，礫石可以在較大尺寸的礫石接近於由分離層圍繞的導管的中心的情況下排列。在某些實施方案中，礫石層的厚度為約IOOmm至約500mm,約IOOmm至約400mm,約IOOmm至約300mm,和約IOOmm至約200mm。在某些實施方案中，5樂石層的厚度為至少50mm,或至少60mm,或至少70mm,或至少80mm,或至少90mm,或至少100mm,或至少120mm,或至少150mm。在某些實施方案中，該系統還包括用於分隔系統的不同結構的一個或多個間隔物。在某些實施方案中，該系統包括導管與圍繞它其的礦化廢棄物層之間的間隔物。在某些實施方案中，該系統包括導管與圍繞它的分離層之間的間隔物。在某些實施方案中，該系統包括每個礦化廢棄物層與由它圍繞的每個導管之間的間隔物。在某些實施方案中，該系統包括每個分離層與由它圍繞的每個導管之間的間隔物。在某些實施方案中，該系統包括分離層與鄰近於分離層的礦化廢棄物層之間的間隔物。在某些實施方案中，該系統包括每個礦化廢棄物層與每個分離層之間的間隔物。在某些實施方案中，該系統包括圍繞礦化廢棄物層的間隔物。在某些實施方案中，系統包括圍繞分離層的間隔物。在圖I中所示的示例實施方案中，系統100含有導管101與分離層102之間的間隔物105a，以及分離層102與礦化廢棄物層103之間的間隔物105b。可以將間隔物配置成空氣可滲透的。可以使用任何合適的材料製備間隔物。合適的材料的示例實施方案是金屬、塑料、橡膠、石頭、玻璃、織物等。在某些實施方案中，間隔物是多孔的或穿孔的。在某些實施方案中，間隔物是鋼網、篩、砂網、金屬絲網、穿孔的金屬、多孔塑料或筐藍。該系統可以在對於甲烷氧化存在需要的任何位置使用。在某些實施方案中，該系統用於在固體廢棄物填埋場氧化甲烷。在某些實施方案中，將該系統在用於廢棄物的儲存地使用。在某些實施方案中，該系統在存在高濃度的甲烷的區域或場地使用。在某些實施方案中，將用於空氣進入的構築物在安裝礦化廢棄物層和/或分離層之前安裝在廢棄物場地。在某些實施方案中，將用於空氣進入的構築物在安裝礦化廢棄物層和/或分離層之後安裝在廢棄物場地。在某些實施方案中，將用於空氣進入的構築物和礦化廢棄物層和/或分離層安裝在一起安裝到廢棄物場地中。另一方面，本公開提供一種用於氧化甲烷的方法，所述方法包括使用於氧化甲烷的系統與所要氧化的材料接觸，其中該系統包括具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物，以及圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層。所要氧化的材料可以是含有或產生甲烷的任何材料。所要氧化的材料可以包括，不帶有限制地，固體廢棄物和汙水廢棄物。在某些實施方案中，所要氧化的材料是固體廢棄物。可以使該系統與所要氧化的材料以任何合適的方式接觸。在某些實施方案中，將用於氧化甲烷的系統基本上垂直地放置在所要氧化的材料中。在某些實施方案中，將用於氧化甲烷的系統傾斜地放置在所要氧化的材料中。在某些實施方案中，將該系統基本上水平地放置在所要氧化的材料中。術語「基本上垂直地」意指在用於空氣進入的構築物的大約中心的縱軸與地面成約90°的角度。術語「傾斜地」意指在用於空氣進入的構築物的大約中心處的縱軸與地面成0°至90°的角度。術語「基本上水平地」意指在用於空氣進入的構築物的大約中心的縱軸與地面成約0°的角度。該系統可以具有不同的部分，其中每個部分相對於地面以不同的角度取向。在某 些實施方案中，系統具有基本上垂直地取向的部分，傾斜地取向的部分，和/或基本上水平地取向的部分。在圖3a中所示的一個示例實施方案中，系統300具有基本上與地面水平地取向的第一部分301，以及與地面基本上垂直地取向的第二部分302。在圖3b中所示的一個其他示例實施方案中，系統310具有與地面基本上水平地取向的第一部分311，以及與地面傾斜地取向的第二部分312。在圖3c中所示的一個其他示例實施方案中，系統320具有基本上水平地取向的第一部分321，傾斜地取向的第二部分322，以及基本上垂直地取向的第三部分323。在圖3d中所示的另一個示例實施方案中，系統330具有U形。可以將不同的部分製成連續的整體結構，或者可以將其由分離的部件組裝。每個部分可以具有相同的內部結構，例如，每個部分可以含有由一個礦化廢棄物層和一個分離層圍繞的一個空氣傳導管道。備選地，不同的部分可以具有不同的內部結構，例如，一個部分可以具有由一個礦化廢棄物層和一個分離層圍繞的一個空氣傳導管道，以及另一個部分可以具有由分離層分開的兩個礦化廢棄物層，以及第一礦化廢棄物層內被圍繞的空氣傳導管。在某些實施方案中，具有至少一個用於空氣進入的導管的構築物具有伸出所要氧化的材料的至少一個末端。在某些實施方案中，將用於氧化甲烷的系統基本上垂直地或傾斜地放置至所要氧化的材料中，並且所述至少一個用於空氣進入的導管的頂部高於所要氧化的材料的頂部表面。在某些實施方案中，將系統水平地放置在所要氧化的材料中，並且所述至少一個用於空氣進入的導管的至少一個末端從所要氧化的材料的那側伸出。在某些實施方案中，所要氧化的材料可以部分地或完全地圍繞系統的含有礦化廢棄物的部分。在某些實施方案中，所要氧化的材料可以至少部分地圍繞該系統。在某些實施方案中，該方法還包括將另外的礦化廢棄物加入至礦化廢棄物層。在某些實施方案中，當加入所要氧化的材料時，該方法包括將另外的礦化廢棄物加入至礦化廢棄物層。在某些實施方案中，當將用於氧化甲烷的系統基本上垂直地或傾斜地放置至所要氧化的材料中時，該方法包括將另外的礦化廢棄物加入至礦化廢棄物層中，以便將礦化廢棄物的高度保持與所要氧化的材料在基本上相同的水平。在某些實施方案中，該方法包括將營養液加入至礦化廢棄物層中。在某些實施方案中，該方法包括對於加入至礦化廢棄物層的在高度上每1-2米的礦化廢棄物將營養液噴射在礦化廢棄物層上。在某些實施方案中，該方法包括當礦化廢棄物層達到所需高度時，將營養液噴灑到礦化廢棄物層的表面上。在某些實施方案中，該方法包括在將礦化廢棄物填充至系統之前將營養液與礦化廢棄物混合。加入至礦化廢棄物層的營養液的量可以由本領域技術人員適當時選擇。在某些實施方案中，對於每IOOg的礦化廢棄物,加入約I-IOOml營養液，其中，每I升的營養液含有l_20g磷酸鹽，O. 3-9g硝酸鹽，O. 05-3g硫酸鹽，少於IOOug ZnSO4,少於 IOOug MnSO4,少於 IOOug H3BO3,少於 IOOug Na3MoO4,少於 IOOug CoCl2,少於 IOOugKI 和少於 IOOug CaCl2。
實施例給出以下實施例以有助於本公開的理解，並且其不應被理解為以任何方式限制如在跟隨在其後的權利要求中限定的本發明的範圍。實施例I使用來自上海老港(Laogang)填埋場的固體廢棄物用於製備建立用於氧化甲烷 的系統的礦化廢棄物。礦化廢棄物通過將在1992年在填埋場沉積的固體廢棄物和在2001年在填埋場沉積的固體廢棄物以7 3(w/w)的比例混合製成。將礦化廢棄物粉碎為較小的碎片並且使用大尺寸篩篩選。收集篩過篩的材料。將所收集的廢棄物進一步粉碎為細材料並且使用2-4cm篩篩選。收集篩過篩的材料作為要在系統中使用的礦化廢棄物。表I顯示了在實驗中使用的礦化廢棄物的化學性質。表I.礦化廢棄物的參數
權利要求
1.一種用於氧化甲烷的系統，所述用於氧化甲烷的系統包含 具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物；以及 配置成圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層。
2.權利要求I所述的系統，其中所述礦化廢棄物已經老化5至30年。
3.權利要求I或2所述的系統，其中所述礦化廢棄物具有10%至30%之間的水含量。
4.權利要求1-3中任一項所述的系統，其中所述礦化廢棄物已經由2-4cm篩篩選。
5.權利要求1-4中任一項所述的系統，其中所述礦化廢棄物還包含營養液。
6.權利要求5所述的系統，其中所述營養液含有磷酸鹽、硝酸鹽或硫酸鹽，或它們的任何組合。
7.權利要求1-6中任一項所述的系統，其中所述礦化廢棄物還包括礦化泥渣。
8.權利要求1-7中任一項所述的系統，其中所述礦化廢棄物層的厚度為O.4m-2m。
9.權利要求1-8中任一項所述的系統，其中所述至少一個導管在下三分之二部分穿孔。
10.權利要求1-9中任一項所述的系統，其中所述至少一個導管是圓筒形的並且具有40mm至IOOmm之間的直徑。
11.權利要求ι- ο中任一項所述的系統，所述系統還包括圍繞所述礦化廢棄物層的間隔物。
12.權利要求1-11中任一項所述的系統，所述系統還包括所述導管與所述礦化廢棄物層之間的分離層。
13.權利要求12所述的系統，其中所述分離層具有100mm-500mm的厚度。
14.權利要求12或13所述的系統，所述系統還包括在所述礦化廢棄物層外側的第二分尚層O
15.權利要求12-14中任一項所述的系統，其中所述分離層由選自由礫石、輪胎碎片和碎玻璃組成的組的材料構成。
16.權利要求15所述的系統，其中所述分離層由礫石構成。
17.權利要求16所述的系統，其中所述碌石具有50_150mm的直徑。
18.權利要求16-17中任一項所述的系統，其中將所述礫石在較大尺寸的礫石接近於所述導管的中心的情況下排列。
19.權利要求16-18中任一項所述的系統，其中所述礫石層具有100mm-500mm的厚度。
20.權利要求12-19中任一項所述的系統，所述系統還包括在所述分離層與所述礦化廢棄物層之間的間隔物。
21.權利要求1-20中任一項所述的系統，所述系統還包括在所述導管與所述礦化廢棄物層之間的間隔物。
22.權利要求12-21中任一項所述的系統，所述系統還包括在所述礦化廢棄物層與所述分離層之間的間隔物。
23.權利要求20-22中任一項所述的系統，其中所述間隔物是多孔網。
24.權利要求1-23中任一項所述的系統，其中所述系統在固體廢棄物填埋場使用。
25.一種用於氧化甲烷的方法，所述方法包括使用於氧化甲烷的系統與所述所要氧化的材料接觸，其中所述系統包括具有至少一個配置成用於空氣進入的導管的構築物，以及圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層。
26.權利要求25所述的方法，其中所述所要氧化的材料是固體廢棄物。
27.權利要求25或26所述的方法，其中將所述用於氧化甲烷的系統基本上垂直地放置至所述所要氧化的材料中。
28.權利要求25或26所述的方法，其中將所述用於氧化甲烷的系統傾斜地放置至所述所要氧化的材料中。
29.權利要求27-28中任一項所述的方法，其中所述至少一個導管的頂部高於所述所要氧化的材料的頂部表面。
30.權利要求25-29中任一項所述的方法，其中所述所要氧化的材料部分地或完全地圍繞所述系統的含有礦化廢棄物的部分。
31.權利要求25-30中任一項所述的方法，所述方法還包括將另外的礦化廢棄物填充至所述礦化廢棄物層，以便將所述礦化廢棄物的高度保持在與所述所要氧化的材料基本上相同的水平。
32.權利要求25-31中任一項所述的方法，所述方法還包括對於每l_2m的填充至所述礦化廢棄物層中的礦化廢棄物，將營養液加入至所述礦化廢棄物層中。
33.權利要求25-32中任一項所述的方法，其中所述用於氧化甲烷的系統還包括所述導管與所述礦化廢棄物層之間的分離層。
34.權利要求33所述的方法，其中所述用於氧化甲烷的系統還包括在所述分離層與所述礦化廢棄物層之間的間隔物。
35.權利要求33或34所述的方法，其中所述用於氧化甲烷的系統還包括在所述礦化廢棄物層外側的第二分離層。
36.權利要求35所述的方法，其中所述用於氧化甲烷的系統還包括在所述第二分離層與所述礦化廢棄物層之間的間隔物。
全文摘要
本公開提供一種用於氧化甲烷的系統，所述系統包括具有至少一個用於空氣進入的導管的構築物，以及圍繞所述至少一個導管的礦化廢棄物層。本公開還提供一種用於氧化甲烷的方法，所述方法包括使用於氧化甲烷的系統與所要氧化的材料接觸。
文檔編號B01D53/72GK102906032SQ201080066902
公開日2013年1月30日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者趙由才, 韓丹 申請人:英派爾科技開發有限公司