稻田±壤：腐熟堆肥：活性 炭，w/w)。将混合物料置于250M^血清瓶中，经过2次充气预培养后，对血清瓶进行第3次 充气，随后定期测定顶隙内的CH4浓度，计算CH4去除率。
[0076]在确定甲焼预培养时间的基础上，考察腐熟堆肥和活性炭的添加比例对稻田±壤 甲焼去除能力的影响。样品的初始含水率调整至20% (干基），第3次充入CH4时，考察不 同腐熟堆肥添加比例下，24h内甲焼去除率随时间的变化，结果见图2。由图2可知，甲焼去 除率随着腐熟堆肥添加量的增大，呈现先升高后降低的趋势，送可能是因为腐熟堆肥中养 分丰富利于微生物生长，但过量添加时产生大量的倭态氮抑制酶活性；其中稻田±壤：腐 熟堆肥：活性炭为7;1;2(w/w)时，滤料的甲焼去除性能最优。由此可见，腐熟堆肥与活性 炭在适当的添加比例下，既可W调整滤料中微生物生长与繁殖所需的营养物质，又可W增 大滤料的比表面积，增加微生物与甲焼气体的接触，进而提高滤料对CH4的去除效率。
[0077] 实施例2、甲焼生物滤料中含水率对滤料甲焼去除率的影响
[0078] 在混合比例优化试验的基础上，设置滤料中稻田±壤、腐熟堆肥和活性炭为7 ;1 : 2(w/w)最优混合比例时，利用蒸傭水将滤料质量含水率（干基）调整为10%、20%、30%、 40%和50%，按照实施例1中描述的方法对血清瓶进行Η次CH4充气，利用气相色谱，血清 瓶第Η次充气后，定期测定顶隙内CH4的浓度，考察CH4去除率随时间的变化。
[0079] 图3为复合型甲焼滤料中含水率对滤料甲焼去除率的影响。由图3可知，滤料的 含水率对甲焼去除效率有着显著的影响，滤料的甲焼去除率随着含水率的增加得到大幅提 高，质量含水率>20%时，滤料呈现出较高的甲焼去除率，当甲焼生物滤料的质量含水率为 30%时，滤料均呈现出最高的甲焼去除率，CH4充入24h内去除率已接近100%。
[0080] 实施例3、铜元素与铁元素对滤料甲烷氧化性能的影响
[0081] 在设置滤料中稻田±壤、腐熟堆肥和活性炭的混合比例为7;1;2,滤料中质量含 水率为30%的最优条件下，分别进行下述1)和2)的操作：
[0082] 1)向甲焼生物滤料中添加化〇2,使滤料中加入微量元素铁的含量（每Kg滤料） 分别为0mg/kg、40mg/kg、80mg/kg、120mg/kg、200mg/kg和300mg/kg ;
[0083] 2)添加化SO"使滤料中加入微量元素铜的含量（每Kg滤料）分别为Omg/kg、 40mg/kg、80mg/kg、120mg/kg、200mg/kg和300mg/kg。
[0084] 如实施例1所述，测定滤料CH4去除率随时间的变化，考察微量元素铁和铜对滤料 甲烷氧化性能的影响。
[0085] 图4为复合型甲焼滤料中铜的添加对滤料甲焼去除率的影响。由图4可知，铜的 添加提高稻田±壤、腐熟堆肥和活性炭符合型甲焼生物滤料的甲烷氧化率。本实施例中腐 熟堆肥含有较高的Cu2%由于铜的添加可W引起微生物群落的改变，可能使得滤料中所含甲 烷氧化菌表达的MM0多为pMMO,铜的添加，会进一步加速pMMO的表达，故滤料的甲焼去除 率会随着铜离子添加量的增加而增大；但是过量添加会引起微生物毒害作用。图中结果显 示当铜的添加量为40mg/kg时，24h甲焼去除率已经超过98%，因此确定铜元素的添加量为 40mg/kg。
[0086] 图5为复合型甲焼滤料中铁的添加对滤料甲焼去除率的影响。由图5可知，滤料 中加入铁元素后可提高甲焼的去除效率。，但当铁离子的添加浓度达到300mg/kg时，它们 的甲焼去除率有略微的降低。铁作为sMMO活性中必的必需元素，其加入可能加速sMMO的 表达，进而促进了滤料对CH4的去除。同时，因加入的是化2+，当其浓度过高时，可能会降低 体系的氧化还原电位，不利于CH4的氧化过程，故过量的添加会降低滤料的甲烷氧化性能。 当铁的添加量为40mg/kg时，邸4充入12h内去除率已超过99%，综合考虑确定铁元素的添 加量为40mg/kg。
【主权项】
1. 一种甲烷生物滤料，其特征在于：所述甲烷生物滤料由稻田土壤、腐熟堆肥、活性炭 和微量元素组成；所述微量元素为铜元素和铁元素； 所述稻田土壤、所述腐熟堆肥和所述活性炭的质量比为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为零； 所述铜元素的添加量为0~300mg/Kg所述甲烧生物滤料，但不为零； 所述铁元素的添加量为0~300mg/Kg所述甲烷生物滤料，但不为零； 所述甲烷生物滤料的质量含水率为20 %~50%。2. 根据权利要求1所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述稻田土壤为常年种植水稻 的土壤。3. 根据权利要求1或2所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述稻田土壤为淹水期时， 采集土层深度为0~l〇cm的表层土壤。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述稻田土壤的粒 径不大于2mm; 所述腐熟堆肥的粒径不大于2mm。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述腐熟堆肥为由 畜禽粪便与作物秸杆经堆制腐解得到的腐熟堆肥； 所述畜禽粪便与作物秸杆的质量比为3~10:1。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述铜元素以 CuS04、CuCl2 或Cu(N03) 2 形式添加； 所述铁元素以FeCl2、FeS04或Fe(N03) 2形式添加。7. 根据权利要求1-6中任一项所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述甲烷生物滤料 由所述稻田土壤、所述腐熟堆肥、所述活性炭、所述铜元素和所述铁元素组成； 所述稻田土壤、所述腐熟堆肥和所述活性炭的质量比为6~9 :0~3 :0~2、7~8 : 1~2 :1~2、6 :3 :1、6 :2 :2、7 :2 :1、7 :1 :2或8 :1 :1，但所述腐熟堆肥和所述活性炭的添 加量均不为零； 所述铜元素的添加量为40~120mg/Kg所述甲烷生物滤料； 所述铁元素的添加量为40~120mg/Kg所述甲烷生物滤料； 所述甲烷生物滤料的质量含水率为30 %~50 %、30 %~40 %、40 %~50 %、30 %、40 % 或 50%。8. 根据权利要求7所述的甲烷生物滤料，其特征在于：所述甲烷生物滤料由所述稻田 土壤、所述腐熟堆肥、所述活性炭、所述铜元素和所述铁元素组成； 所述稻田土壤、所述腐熟堆肥和所述活性炭的质量比为7 :1 :2 ; 所述铜元素的添加量为40mg/Kg所述甲烷生物滤料； 所述铁元素的添加量为40mg/Kg所述甲烷生物滤料； 所述甲烷生物滤料的质量含水率为30%。
【专利摘要】本发明公开了一种稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭复合型甲烷生物滤料。该滤料由稻田土壤、腐熟堆肥、活性炭和微量元素组成；所述微量元素为铜元素和铁元素；所述稻田土壤、所述腐熟堆肥和所述活性炭的质量比为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为零；所述铜元素的添加量为0～300mg/Kg所述甲烷生物滤料，但不为零；所述铁元素的添加量为0～300mg/Kg所述甲烷生物滤料，但不为零；所述甲烷生物滤料的质量含水率为20％～50％。本发明具有以下优点：本发明的复合型生物滤料能够优势互补，比单一滤料成分的甲烷去除能力大大提高；本发明的制备方法简单、易行，在温室气体甲烷的减排方面具有重大的实践意义和应用价值。
【IPC分类】B01D53/72, B01D53/85
【公开号】CN105311953
【申请号】CN201410373079
【发明人】李国学, 袁京, 杜龙龙, 邓辉
【申请人】中国农业大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月31日