[發明專利]一種疏水性生物炭改性土壤覆蓋層強化甲烷減排的方法

在審

• 申請號: 202010875520.2
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112264422A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 孫曉杰;李倩;王春蓮;歐車權宜;張紅霞;薛晨楠;秦永麗
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: B09B1/00
• 分類號: B09B1/00;B01D53/85;B01D53/72;G09B25/00
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本發明公開了一種疏水性生物炭改性土壤覆蓋層強化甲烷減排的方法。設置一個模擬填埋場覆蓋層甲烷氧化柱，將一定比例的土壤、20％生物炭改性土壤和20％疏水性生物炭改性土壤填充到填埋場甲烷氧化模擬柱，通過調節甲烷濃度、溫度、含水率等條件，借助填埋場覆蓋層甲烷氧化模擬柱，疏水性生物炭改性土壤覆蓋層與土壤覆蓋層和生物炭改性土壤覆蓋層進行平行對比，分析疏水性生物炭改性土壤覆蓋層的優勢。結果表明，疏水性生物炭土壤覆蓋層可以達到減少水分進入的同時又促進甲烷氧氣的擴散，提高甲烷氧化能力。

技術領域

本發明屬于垃圾處理領域，特別涉及一種疏水性生物炭改性土壤覆蓋層強化甲烷減排的方法。

背景技術

甲烷(CH₄)是除了二氧化碳(CO₂)以外最重要的溫室氣體，其全球變暖潛力是CO₂的25倍，對全球氣候變暖的貢獻可達15％。垃圾填埋場產生的CH₄是繼農業生產活動、煤礦開采之后的由人類活動引起的第三大排放源。因而，如何實現填埋場溫室氣體CH₄的減排受到大量關注。

填埋場CH₄減排技術主要可以分為資源化利用、末端控制和原位減排三類。對于中小填埋場，采用原位減排技術如準好氧填埋可有效降低70％-90％的CH₄氣體排放。然而，在CH₄濃度低于20％的老填埋場或廢棄填埋場中，資源化利用和火炬燃燒是不可行的，安裝氣體收集系統不具經濟可行性。即使在新建填埋場，氣體收集系統也不可能減排所有的填埋氣。在填埋垃圾降解的活躍階段，工程技術手段和土壤覆蓋層聯合收集系統，或者在老填埋場和廢棄填埋場單獨使用土壤覆蓋層可以最大化的減少CH₄排放。因此，采用有效的覆蓋系統，通過CH₄吸附以及生化氧化過程可以相當大的減少CH₄排放。

較傳統土壤覆蓋層，生物炭覆蓋層更具技術優勢：(1)強化CH₄吸附；(2)更大的孔隙率和比表面積，改善覆蓋層通氣性；(3)便于甲烷氧化菌存在于高孔隙度的生物炭中，有利于甲烷氧化菌的生長和增殖；(4)強化氣體傳遞；(5)是減少填埋氣的可持續的和廉價的選擇。然而，生物炭改性土壤覆蓋層技術防水能力較弱，已有研究表明，添加10％生物炭的土壤滲透系數大于10^-7cm/s。滲透系數增加導致的覆蓋層含水率增加會影響CH₄吸附，進而影響CH₄減排，其原因是水能夠覆蓋在生物炭的表面和生物炭的孔隙中。因此，高疏水性、顆粒大小適當的生物炭分布在覆蓋層中既能促進覆蓋層對甲烷的吸附，又有利于氧氣的進入覆蓋層，還可以減少雨水的進入。

發明內容

本發明的目的是提出一種疏水性生物炭改性土壤覆蓋層強化甲烷減排的方法。

本發明的思路：通過將制得的疏水性生物炭按一定比例添加到土壤覆蓋層得到疏水性生物炭改性土壤覆蓋層，搭建模擬填埋場覆蓋層反應器，改變甲烷濃度、溫度、含水率等條件，分析疏水性生物炭改性土壤覆蓋層的優勢。以期達到既能促進甲烷和氧氣的擴散，提高填埋層甲烷的吸附氧化效率，又能防止雨水進入覆蓋層。

具體步驟為：