专利名称：用碳化钙抑制生活垃圾填埋场甲烷排放的方法
技术领域：
本发明涉及一种能阻止生活垃圾厌氧消化过程中甲垸气的产生的方法，属于 固体废物资源化及污染防治技术领域。
背景技术：
温室效应是由于温室效应气体被地表吸收后反射的红外线引起的，人类活动 的增加引起了温室效应气体浓度增加，大气中的二氧化碳、甲垸、氟利昂等温室 效应气体在全世界都观测到浓度己有增加。由于温室效应的影响，海平面升高， 气候变化而使农作物减产等为代表的温室效应是缓慢进行的过程， 一旦加剧，恢 复是非常困难的。甲烷是一种长期存在于大气中的温室气体，它对温室效应的贡 献率是二氧化碳的21倍，生活垃圾填埋场是甲烷排放的主要产生源。目前，全世 界都在寻找减少二氧化碳排放的措施，但是对于甲烷的重视却不够，因此导致甲 烷发生量增大，而且能与甲垸反应导致其含量减少的那些化学物质的减少的问题 也不是很清楚，减少甲烷排放成为迫在眉睫的问题。我国大部分城市的生活垃圾 处理方式仍以填埋为主，垃圾在填埋过程中大部分时间是厌氧过程，会释放甲垸， 甲垸的含量大约为50%~60%。在大型填埋场，这些气体会通过管道和专门的集 气装置收集，但是，在中小型填埋场，由于产气的不稳定和气体总量少，综合利 用的价值不高，因此产生的甲烷气体一般都排放到大气中，增大空气中甲垸的浓 度，导致温室效应的发生。垃圾填埋场的稳定化过程是由微生物共生体完成的，其中包括有许多细菌和 一些中间步骤。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成 复杂的生态系统。复杂有机化合物的厌氧降解过程可被大致分为三个阶段水解 阶段、产酸阶段和产甲烷阶段，每个阶段的任务都由特定的微生物菌群来完成 —水解发酵细菌群、产酸菌群以及产甲垸菌群。因此，厌氧生物代谢过程是由 微生物将物质进行串联传递的过程，要想阻止甲垸气体的产生，必须将产甲烷菌 群抑制，许多人根据产甲烷菌在恶劣环境中无法形成芽孢进行自我保护的特点，采用加热、微波、紫外等方法将产甲烷菌杀死，但其操作复杂，不适合生活 垃圾填埋场等场所中产甲垸菌的抑制。目前己报道的产甲烷菌抑制方法虽然很多，但存在以下问题1、抑制效果 不理想， 一些微生物抑制剂仅能抑制50%左右的甲烷产生；2、有效浓度过高，氨氮报道可以有效抑制填埋场环境中甲烷的产生，但其浓度至少要达到3000 ppm以上才有效果；3、具有较好的抑制效果和较低的抑制浓度，但不适用与垃圾填埋场，譬如蒽醌类抑制剂，由于其溶解度极低，很难扩散至垃圾中产甲垸菌群聚集的固相中；莫能菌素，拉沙里菌素在抑制产甲烷菌的同时会对水解菌和产 酸菌也产生较强的抑制作用，不利于填埋场的稳定化。发明内容本发明的目的是公开一种能抑制填埋场中生活垃圾厌氧消化过程中产甲垸的 方法。具体是利用生物抑制的原理，找到能够有效抑制产甲烷菌群活性的抑制剂， 抑制填埋场中产甲烷菌的活性，使厌氧消化过程不再产生甲烷气体，而是将有机 碳转入液相中，再将收集到的液相集中处理，避免了释放甲烷造成的温室效应。 为了达到上述目的，本发明根据生活垃圾填埋量大，多相态共存，并且要 在抑制的同时维持填埋场正常的稳定化降解过程要求，首先寻找一种能够兼顾生活垃圾填埋场甲烷有效抑制浓度低；易扩散；对其它菌群没有抑制作用或抑制作 用很小的抑制剂。然后进行实验，找到抑制甲烷效果明显的配比。本发明找到的产甲烷菌群抑制剂是碳化钙，将它作为生活垃圾的添加剂能抑 制厌氧消化过程中产甲烷菌的活性，使厌氧消化过程不再产生甲烷气体，而是将 有机碳转到液相中，这样可以将收集到的液相集中处理，避免了释放甲烷造成的 温室效应。具体工艺是首先，将市售工业级碳化钙粉末作为生活垃圾产甲垸菌群抑制 剂；然后，按照每吨生活垃圾中加入5~20 g碳化钙量取，生活垃圾的含水率为 50-80 %重量百分比；接着，在填埋场常规作业中均匀地将碳化钙加入生活垃圾 中；最后，对加入碳化钙粉末后的生活垃圾厌氧反应的渗滤液进行pH和总挥发 酸量的测量，得到pH+8，总挥发酸量为0.69 1.07g/kg，同时，用排饱和食盐 水法收集生活垃圾填埋场的气体，用气相色谱测定气体中的各个组分及其含量， 证实甲烷抑制效果达88 %~100 %。本发明具有如下的优点1.由于碳化鈣与生活垃圾的水分反应生成氧化钙，使pH提高到^8，而产 甲垸菌对pH要求很苛刻，较高的pH对产甲烷菌有抑制作用，另外碳化钙与水 反应的另一产物乙炔可以抑制小分子碳氢化合物合成菌的活性(乙炔对其细胞膜 上的蛋白运动和ATP合成会有影响)，乙炔可以抑制产甲垸菌的质子流动、ATP 合成、镍离子吸收，因此，本发明能用碳化钙抑制生活垃圾填埋场甲烷排放。2. 由于在填埋过程中将碳化钙投入生活垃圾中，在填埋场中厌氧消化过程开 始后，产甲烷菌的活性能够在抑制剂的作用下被有效抑制，阻断了厌氧消化过程 甲垸的产生，使生活垃圾可以维持在厌氧消化在产酸阶段，因此，可以防止产酸 菌群因产物抑制而影响填埋场稳定化，保证了填埋场稳定化的持续进行。3. 由于碳化钙的加入量是按每公斤垃圾(含水率为50-80 %)加5 20mg进 行，因此，在实现填埋场产甲烷菌群高效抑制同时，增加的成本很低，对环境造 成新污染的可能性没有。4. 将碳化转加入中小型填埋场，可以将产生的渗滤液收集后集中处理，避免 了填埋过程中产生的甲烷对环境的危害，避免了释放甲烷造成的温室效应。
图l为本发明的工艺流程图 图2不同含量的碳化钙抑制甲烷效果曲线图 图3不同含量的碳化钙对填埋场稳定化影响曲线图具体实施方式
实施例1请参阅附图1， 2和3。将含水率为50~80 %的生活垃圾简单破碎后，称取50 g放入150 mL血清 瓶中。然后按照每kg生活垃圾加入20mg碳化钙粉末的比例称量lg碳化钙粉 末，也加入血清瓶中，加入碳化钙粉末后模拟生活垃圾填埋场的厌氧状态，用排 饱和食盐水法收集气体，再用气相色谱测定气体中的各个组分及其含量，同时通 过测量渗滤液pH和总挥发酸量，并通过与不加碳化钙的空白实验比较，结果请 参见图2和图3。实施例1中主要考察碳化钙含量为20mg/kg的抑制效果。当碳化钙含量在20 mg/kg时，甲垸几乎被完全抑制，抑制效果最好。但总酸浓度偏 低，说明高含量的碳化钙会对填埋场的稳定化有影响。 实施例2将碳化钙含量改为5 mg/kg，其余与实施例1相同。当碳化钙含量在5 mg/kg 时，由图3的体系pH和总挥发酸浓度可以看出，碳化钙对填埋场稳定化基本上 没有影响。由图2可知，该体系可以抑制88 %的甲烷，比其它高含量的碳化钙 抑制效果要差。 实施例3将碳化转含量改为10 mg/kg，其余与实施例1相同。当碳化转含量在10 mg/kg时，由图2可知，有91 %的甲烷被抑制。由图3可知，碳化钙含量在10 mg/kg 时，体系的总挥发酸浓度最高。这说明该浓度下乙炔除对产甲烷菌群外，对其它 菌群的抑制效果很小，而氧化钙所造成的体系pH的升高可以促进酸化过程的进 行，这对填埋场的稳定化具有一定的促进作用。
权利要求
1. 用碳化钙抑制生活垃圾填埋场甲烷排放的方法，其特征是首先，将市售工业级碳化钙粉末作为生活垃圾产甲烷菌群抑制剂；然后，按照每吨生活垃圾加入5～20g碳化钙量取，生活垃圾的含水率为50-80％重量百分比；接着，在填埋场常规作业中均匀地将碳化钙加入生活垃圾中；最后，对加入碳化钙粉末后的生活垃圾厌氧反应的渗滤液进行pH和总挥发酸量的测量，得到pH＝6～8，总挥发酸量为0.69～1.07g/kg，同时，用排饱和食盐水法收集生活垃圾填埋场的气体，用气相色谱测定气体中的各个组分及其含量，证实甲烷抑制效果达88％～100％。
全文摘要
用碳化钙抑制生活垃圾填埋场甲烷排放的方法，涉及一种能阻止生活垃圾厌氧消化过程中甲烷气的产生的方法。首先，将市售工业级碳化钙粉末作为生活垃圾产甲烷菌群抑制剂；然后，按照每吨生活垃圾中加入5～20g碳化钙量取，生活垃圾的含水率为50-80％重量百分比；接着，在填埋场常规作业中均匀地将碳化钙加入生活垃圾中；加入碳化钙粉末后，对生活垃圾的渗滤液进行pH和总挥发酸量的测量，得到pH＝6～8，总挥发酸量为0.69～1.07g/kg，同时，用排饱和食盐水法收集气体，用气相色谱测定气体中的各个组分及其含量，发现甲烷抑制效果达88％～100％。本发明成本很低，操作简单，无新的污染，避免了释放甲烷造成的温室效应。
文档编号B09B5/00GK101249500SQ20081003544
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者星 王, 赵天涛, 赵由才, 陈浩泉 申请人:同济大学