[發明專利]用碳化鈣抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法

無效

• 申請號: 200810035444.3
• 申請日: 2008-04-01
• 公開（公告）號: CN101249500A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 趙由才;趙天濤;王星;陳浩泉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B09B5/00
• 分類號: B09B5/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳龍梅

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烷氣的產生的方法，屬于固體廢物資源化及污染防治技術領域。

背景技術

溫室效應是由于溫室效應氣體被地表吸收后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、甲烷、氟利昂等溫室效應氣體在全世界都觀測到濃度已有增加。由于溫室效應的影響，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于大氣中的溫室氣體，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，但是對于甲烷的重視卻不夠，因此導致甲烷發生量增大，而且能與甲烷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，會釋放甲烷，甲烷的含量大約為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，由于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，增大空氣中甲烷的濃度，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，形成復雜的生態系統。復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、產酸菌群以及產甲烷菌群。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，要想阻止甲烷氣體的產生，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，采用加熱、微波、紫外等方法將產甲烷菌殺死，但其操作復雜，不適合生活垃圾填埋場等場所中產甲烷菌的抑制。

目前已報道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，氨氮報道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3000ppm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，由于其溶解度極低，很難擴散至垃圾中產甲烷菌群聚集的固相中；莫能菌素，拉沙里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，不利于填埋場的穩定化。

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烷的方法。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，并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。然后進行實驗，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烷菌群抑制劑；然后，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；最后，對加入碳化鈣粉末后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％。

本發明具有如下的優點

1.由于碳化鈣與生活垃圾的水分反應生成氧化鈣，使pH提高到6～8，而產甲烷菌對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)，乙炔可以抑制產甲烷菌的質子流動、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。