[發(fā)明專利]稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭復(fù)合型甲烷生物濾料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410373079.2
• 申請(qǐng)日: 2014-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN105311953B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國(guó)學(xué);袁京;杜龍龍;鄧輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/85
• 分類號(hào): B01D53/85;B01D53/72
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 關(guān)暢,王春霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭復(fù)合型甲烷生物濾料，屬于環(huán)境污染控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

CO₂是最早被關(guān)注的溫室氣體，也被認(rèn)為是產(chǎn)生最多溫室效應(yīng)的溫室氣體，其輻射增溫效應(yīng)占溫室氣體總效應(yīng)的56％，這主要是因它在大氣中的濃度較高，約占溫室氣體總量的75％所致。但近年來的研究表明，CO₂在全球變暖中的貢獻(xiàn)率正逐漸降低，而輻射增溫效應(yīng)目前占溫室氣體總效應(yīng)7％的CH₄則被逐漸認(rèn)為是繼二氧化碳之后，潛在性最強(qiáng)的溫室氣體，越來越受到各國(guó)的重視。甲烷生物氧化是一種潛在的低成本減排技術(shù)，其核心就是低價(jià)、高效、穩(wěn)定性強(qiáng)的甲烷生物濾料。研究表明，填埋場(chǎng)覆蓋土、花園泥土等多類土壤及堆肥等材料都具有自發(fā)性的甲烷生物氧化能力。

土壤作為天然的微生物分離源，常含有豐富的微生物種群，是一類天然的甲烷微生物載體；與土壤相比，堆肥有著更疏松的結(jié)構(gòu)及更好的持水性，能夠更適宜微生物的生長(zhǎng)與繁殖，也是一種潛在的甲烷生物濾料。Cu與Fe作為甲烷營(yíng)養(yǎng)菌甲烷氧化特征酶MMO活性中心的必需元素，會(huì)影響MMO的表達(dá)與活性，并可能最終影響濾料的CH₄去除性能。甲烷在生物濾料中的生物過濾，包括氣體擴(kuò)散、物理吸附及微生物甲烷代謝幾個(gè)階段，故濾料的甲烷去除效率除受到濾料中生物性因素的影響外，還受到濾料自身物理結(jié)構(gòu)的影響。活性炭作為一種良好的吸附劑，可增大濾料的孔隙度，擴(kuò)大濾料的比表面積，加強(qiáng)濾料的氣體吸附性能，延長(zhǎng)CH₄、O₂等氣體與濾料中微生物的接觸時(shí)間，從而可能增強(qiáng)濾料的甲烷降解性能。天然稻田土壤，尤其是多年種植水稻的土壤中微生物豐富，但是不能提供充足的微生物生長(zhǎng)所需要的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；并且稻田土壤的空隙度稍差，吸附甲烷的能力不強(qiáng)，因此，發(fā)展一種復(fù)合型甲烷生物濾料在溫室氣體甲烷的減排方面具有重大的實(shí)踐意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭復(fù)合型甲烷生物濾料，本發(fā)明所提供的甲烷生物濾料由稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭相結(jié)合，含甲烷營(yíng)養(yǎng)菌生長(zhǎng)與繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又增加了濾料的比表面積，使得濾料的甲烷去除率提高；添加了微量元素中銅元素和鐵元素，增加了甲烷氧化菌表達(dá)甲烷單加氧酶的必需微量元素，進(jìn)一步提高了濾料的甲烷去除率。

本發(fā)明提供的甲烷生物濾料，由稻田土壤、腐熟堆肥、活性炭和微量元素組成；所述微量元素為銅元素和鐵元素；

所述稻田土壤、所述腐熟堆肥和所述活性炭的質(zhì)量比可為5～9：0～4：0～2，但所述腐熟堆肥和所述活性炭的添加量均不為零；

所述銅元素的添加量可為0～300mg/Kg所述甲烷生物濾料，但不為零；

所述鐵元素的添加量可為0～300mg/Kg所述甲烷生物濾料，但不為零；

所述甲烷生物濾料的質(zhì)量含水率可為20％～50％。

上述的甲烷生物濾料，所述稻田土壤可為常年種植水稻的土壤，具體可為取自新疆石河子市北湖的稻田土壤；

所述“常年種植水稻的土壤”指的是連續(xù)種植水稻5年以上的土壤。

上述的甲烷生物濾料，所述稻田土壤可為淹水期時(shí)，采集土層深度可為0～10cm的表層土壤。

上述的甲烷生物濾料，所述稻田土壤的粒徑不大于2mm；

所述腐熟堆肥的粒徑不大于2mm；

上述的甲烷生物濾料，所述活性炭的比表面積可為497～745m²/g，孔容可為0.30～46cm³/g，平均孔徑可為1.94～2.92nm。

上述的甲烷生物濾料，所述腐熟堆肥可為由作物秸稈與畜禽糞便經(jīng)堆制腐解得到的腐熟堆肥；

所述作物秸稈可為玉米秸稈、麥秸、稻草、豆秸或油菜秸。

所述畜禽糞便與作物秸稈的質(zhì)量比可為3～10：1，具體可為6：1；

上述的甲烷生物濾料，所述堆制腐解的過程如下：由所述作物秸稈和所述畜禽糞便混合得到堆體，在通風(fēng)或翻堆的條件下，該堆體自發(fā)升溫至50℃以上維持5～7天；然后不再通風(fēng)或者翻堆，經(jīng)過二次發(fā)酵至完全腐熟即可，二次發(fā)酵的時(shí)間可為10～20天。

上述的甲烷生物濾料，所述銅元素以CuSO₄、CuCl₂或Cu(NO₃)₂形式添加；