[發(fā)明專(zhuān)利]一種生活垃圾填埋場(chǎng)甲烷氧化覆蓋材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710040358.7
• 申請(qǐng)日: 2007-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101062848A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙由才;焦剛珍;牛冬杰;柴曉利;何巖;王星
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B18/30
• 分類(lèi)號(hào): C04B18/30;C09K17/52;C09K3/00;B09B3/00;B09B1/00
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳龍梅

技術(shù)領(lǐng)域

一種生活垃圾填埋場(chǎng)甲烷氧化覆蓋材料，涉及一種使生活垃圾填埋場(chǎng)溫室氣體減排的場(chǎng)覆蓋材料。屬于固體廢物資源化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

甲烷是一種重要溫室氣體，對(duì)全球氣候溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)約20％。由于甲烷產(chǎn)生和消耗之間的不平衡，在過(guò)去的300年中，大氣中的甲烷濃度已經(jīng)由0.75hd/L上升到1.71hd/L，并以1％-2％的速度在快速上升。

近年來(lái)的研究認(rèn)為，填埋場(chǎng)是繼濕地和稻田之后，大氣中甲烷的第三大發(fā)生源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2002年全世界每年排放的固體廢物約為80～100億噸，我國(guó)約為6億噸。城市垃圾是固體廢棄物的重要組成部分。據(jù)全國(guó)24個(gè)省會(huì)城市統(tǒng)計(jì)，城市垃圾年平均遞增率為9.6％。對(duì)于排放量日益增加的城市垃圾末端處置，填埋目前在世界多數(shù)國(guó)家都選擇填埋為主要的處理途徑。美國(guó)現(xiàn)在有數(shù)萬(wàn)個(gè)垃圾填埋場(chǎng)，我國(guó)幾乎每個(gè)大中城市均設(shè)有垃圾填埋場(chǎng)。填埋場(chǎng)中的有機(jī)垃圾在壓實(shí)、有產(chǎn)甲烷菌作用的條件下發(fā)酵會(huì)釋放出有溫室效應(yīng)的氣體甲烷和CO₂。而這兩種產(chǎn)物中，甲烷的溫室效應(yīng)要比后者強(qiáng)很多倍。

嗜甲烷菌能夠?qū)H₄作為能源和碳源，氧氣為電子受體，通過(guò)甲烷單氧化酶、甲醇脫氫酶、甲醛脫氫酶和甲酸脫氫酶四步催化反應(yīng)，將生活垃圾填埋場(chǎng)中的CH₄最終氧化為H₂O，CO₂并形成細(xì)胞質(zhì)。甲烷氧化菌氧化甲烷生成CO₂，并在此過(guò)程中獲得生長(zhǎng)所需的能量。第一步由甲烷單氧化酶(MMO)將甲烷活化生成甲醇，甲醇進(jìn)一步氧化為甲醛，甲醛再同化為細(xì)胞生物量或通過(guò)甲酸氧化為CO₂，然后經(jīng)過(guò)一系列的脫氫反應(yīng)生成CO₂重新回到大氣的碳庫(kù)中，即甲醇→甲醛→甲酸→CO₂和水。其中，甲烷氧化的關(guān)鍵酶是甲烷單氧化酶(MMO)，它是一種對(duì)底物選擇性很低的酶，容易與很多化合物發(fā)生偶然的代謝作用。

嗜甲烷菌在河流沉積物、農(nóng)田、森林土壤和沼澤中均有發(fā)現(xiàn)，對(duì)全球甲烷循環(huán)影響巨大。

填埋場(chǎng)覆土中也含有大量的嗜甲烷菌，這些細(xì)菌對(duì)于控制填埋場(chǎng)覆蓋層甲烷的排放非常重要。覆蓋土對(duì)甲烷的氧化大幅度降低了甲烷的釋放量。Whalen等(1990)研究已廢棄的垃圾填埋場(chǎng)時(shí)，觀(guān)察到覆蓋土甲烷氧化速率達(dá)到45g/m²·d，是目前所報(bào)道的任何環(huán)境中甲烷的最高氧化值，而且覆蓋土對(duì)濃度從<1mg/L到>104mg/L的甲烷都能快速氧化。

砂土對(duì)甲烷的氧化是由甲烷氧化菌來(lái)完成的，甲烷氧化菌在好氧條件下利用甲烷作為唯一的碳源和能源，經(jīng)過(guò)一系列的過(guò)程將甲烷氧化為二氧化碳和水。由于甲烷的氧化產(chǎn)物CO₂的溫室效應(yīng)比甲烷弱20倍，因此，填埋場(chǎng)覆蓋土的甲烷氧化可以阻止大氣甲烷濃度增大和全球變暖。Kightley等經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的研究，考察了三種不同類(lèi)型(粗砂、黏土和細(xì)砂)土壤作為填埋場(chǎng)覆蓋層時(shí)的CH₄氧化能力，發(fā)現(xiàn)粗砂的CH₄氧化能力最高可達(dá)10.4mol·m^-2d^-1(折合g·m^-2d^-1)，氧化率達(dá)61％；黏土和細(xì)砂的CH₄氧化能力稍低，分別為6.8mol·m^-2d^-1和6.9mol·m^-2d^-1，氧化率分別40％和41％。

美國(guó)的Barlaz等在填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了近14個(gè)月的生物覆蓋層CH₄減排能力研究，生物覆蓋層以庭院堆肥物為主要結(jié)構(gòu)層，輔以植被層和排水層，生物覆蓋層的CH₄排放通量保持在1.73～1.33g·m^-2d^-1，即使在填埋場(chǎng)氣體回收系統(tǒng)停止運(yùn)行覆蓋層的CH₄氧化率約為55％，明顯高于土壤覆蓋層的21％。

一些與本專(zhuān)利相近的研究有：楊石飛等在自來(lái)水廠(chǎng)污泥、脫水疏浚污泥、焚燒爐底灰、污水廠(chǎng)未消化污泥和消化污泥中初步篩選出自來(lái)水廠(chǎng)污泥能基本滿(mǎn)足填埋場(chǎng)覆蓋材料工藝要求。但該類(lèi)材料收縮性較大，需要進(jìn)行改性處理。

近年來(lái)也有研究用工業(yè)渣土和建筑棄土替代土壤作為覆蓋材料。雖然這種覆蓋材料能解決自然土取用問(wèn)題，并且能為廢棄渣土的處理提供出路，但不能遏制甲烷產(chǎn)生釋放。