专利名称：一种利用废塑料制备甲烷生物氧化复合基质的方法
技术领域：
本发明涉及废弃物资源化以及垃圾填埋场甲烷气体减排领域，特别是涉及到一种以废塑 料为主要成分的甲垸生物氧化复合基质制备方法。
背景技术：
随着甲烷(CH4)等温室气体排放产生的温室效应对人类的威胁逐渐加大，如引起更多 的干旱、洪水和其他恶劣气候，作为全球第二大温室气体排放国，中国面临巨大的减排压力。 CH4在大气中的寿命约12年，其全球变暖潜势(GWP)是C02的23倍，附加温室效应贡献 率为20%，减排CH4将起到立竿见影的效果。大气中的甲烷来源主要包括湿地、稻田、反 刍动物、垃圾填埋场、煤矿开采、天然气泄漏等。垃圾填埋场是CH4重要的人类活动释放源。 随着我国的城市化进程的加快，垃圾处理模式正逐步从露天堆放转变为以卫生填埋为主，填 埋场CH4排放量将逐年上升。甲烷氧化细菌可以利用甲烷为惟一碳源和能源，将甲烷氧化为 二氧化碳和水，从而减少温室气体排放强度，这一过程称为甲烷生物氧化。甲垸氧化细菌在 自然界中天然存在，特别是在甲垸丰富地区，如垃圾填埋场表层覆盖土壤。甲垸生物氧化必须有氧气的参与才能完成。土壤孔隙中的氧气来源于空气的扩散作用。 由于土壤颗粒细小，导致空气的扩散作用较弱及细菌消耗氧气，使得甲烷氧化细菌的活性及 其活动范围大大受限， 一般情况下甲垸氧化细菌主要出现在土壤表层50cm以内，制约了甲 垸生物氧化在温室气体减排中的积极作用。发明人先前申请的专利(申请号200710079551.1) 提供了一种甲烷生物氧化装置，旨在通过改变氧气和甲垸气体的混合模式，提高甲烷氧化效 果，但该装置所用的基质为陶粒等轻质多孔材料，这些材料一般机械强度不高，容易破碎， 限制了氧气传输能力的进一步提高。同时，随着塑料工业的迅猛发展，我国废塑料的产生量也逐年增多。废塑料密度小，很 难降解，进入填埋场后不易压实，占用了宝贵的填埋场库容。实现废塑料的资源化对建设循 环型社会，缓解填埋场压力有重要意义。发明内容本发明的目的在于克服现有甲烷生物氧化基质的不足，提供一种以废塑料为主要成分的 甲烷生物氧化复合基质，本发明可用于垃圾填埋场等甲垸集中排放源的甲烷减排。本发明所提供的一种以废塑料和废海绵为主要成分的甲垸生物氧化复合基质，是将硬质 废塑料用热成型法加工为表面布满气孔的球状塑料壳体，球状塑料壳体的内部用海绵颗粒填 充，构成甲烷氧化菌载体；将上述甲垸氧化菌载体移植入富含甲垸、氧气、养分和甲烷氧化 细菌的环境中，甲烷氧化细菌附着在载体上，利用环境中的甲烷、氧气及养分水分，逐渐繁 殖生长，在载体的内外表面形成富含甲垸氧化细菌的生物膜，富含甲烷氧化细菌的生物膜及 其载体共同构成甲烷生物氧化复合基质；通过过滤或筛分的方式将甲烷生物氧化基质与富含 甲垸、氧气、养分和甲垸氧化细菌的环境相分离，制备的甲垸生物氧化基质的内外表面富含 甲垸氧化细菌，基质孔隙发达，有利于甲垸和氧气的传输，从而实现甲烷气体的快速氧化。所述的硬质废塑料通常为热塑性废塑料，主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙 烯、聚甲基丙稀酸甲脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚 砜和聚四氟乙烯。所述的球状塑料壳体由两个半壳组成，其中一个半壳上有外螺纹， 一个半壳上有与之吻 合的内螺纹，两个半壳通过螺纹连接成一体。所述的球状塑料壳体，其外直径是10mm 100mm，厚度是lmm 20mm，其表面气孔的外亘 仝是lmm 20mm。所述的海绵颗粒由废弃海绵经粉碎加工而成，其主要成分为聚氨酯，其粒径分布范围是 lmm 20mm;所述的富含甲垸、氧气、养分和甲垸氧化细菌的环境为以天然材料构建的人工环境，比 如，取垃圾填埋场表层土放入容器内，向容器里加入生活污水并混合均匀，最后通入甲烷和 空气。本发明具有显著的有益效果(1) 由于甲烷的GWP是二氧化碳的23倍，因此本发明通过将甲垸转化为二氧化碳大 大降低了其全球增温潜势，对于削减填埋场等甲烷集中排放源的温室气体排放具 有显著效应；(2) 本发明所述的球状塑料壳体为海绵颗粒提供外部支撑并形成大尺寸的孔隙，大尺 寸孔隙及球状塑料壳体表面的气孔为甲垸和氧气的传输提供了便捷的通道，有利 于提高基质氧气和甲垸的供应能力；(3) 本发明所述的海绵颗粒孔隙结构发达，吸附能力较强，能提高基质养分、保持水 分，非常适合甲垸氧化细菌等微生物繁殖生长；(4) 本发明所述的富含甲垸、氧气、养分和甲烷氧化细菌的人工环境简单易掌握，不 需要昂贵的仪器设备；(5) 本发明所述材料均很难被微生物降解，且不易破损，具有良好的长期稳定性；(6) 本发明所述材料为废弃物，廉价易得，具有巨大的推广价值。
具体实施方式
按照本发明所述方法制备的甲烷氧化基质既可以单独使用，也可以与其他甲垸氧化基质 混合使用。下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。 实施例本实施例选择的制备甲垸氧化基质的原材料为废聚乙烯和废海绵。 ()将废聚乙烯采用热成型机制成如下规格的球状塑料壳体，其外直径是30mm,厚 度是3mm,其表面气孔的外直径是3mm;(2) 将废海绵采用破碎机制成粒径分布为5mm 10mm的颗粒；(3) 将废海绵颗粒装填入球状塑料壳体，旋紧丝扣，制成甲烷氧化菌载体；(4) 取垃圾填埋场表层土放入容器内，向容器里加入城市生活污水并混合均匀；(5) 向容器中加入制备好的甲烷氧化菌载体，并通入甲烷和空气，直至观察到甲烷氧 化菌载体中废海绵颗粒表面有生物膜产生；(6) 用孔径为20mm的滤网过滤容器中的物质，滤网上的物质即为所制备的甲垸氧化 基质；(7) 在填埋场表面5mX5m范围挖除表层覆土，代之以本实施例的甲垸氧化基质；(8) 选取紧邻5mX5m范围未扰动的填埋场表面作为对照；(9) 监测本实施例的甲烷氧化基质以及紧邻的填埋场表层覆盖土中的甲烷排放量。 结果表明，填埋场表层覆盖土的甲垸排放速率为20-100 g'm—^day—1，本实施例的甲垸氧化基质的甲烷排放速率为3 20g，m—^day—1。可见，和对照相比，以废塑料和废海绵颗粒 构成的甲烷氧化基质的甲垸氧化能力显著提高。
权利要求
1. 一种利用废塑料制备甲烷生物氧化复合基质的方法，其特征在于将硬质废塑料用热成型法加工为表面布满气孔的球状塑料壳体，球状塑料壳体的内部用海绵颗粒填充；将填充废海绵颗粒的球状壳体放入富含甲烷、氧气、养分和甲烷氧化细菌的生境中，海绵颗粒的内外表面形成富含甲烷氧化细菌的生物膜，挂膜的海绵颗粒与球状塑料壳体共同构成甲烷生物氧化复合基质，并通过筛分或过滤的方法与生境相分离。
2. 根据权利要求1所述的硬质废塑料通常为热塑性废塑料，主要包括聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙稀酸甲脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳 酸酯、聚苯醚、聚砜和聚四氟乙烯。
3. 根据权利要求l所述的球状塑料壳体由两个半壳组成，其中一个半壳上有外螺纹，一 个半壳上有与之吻合的内螺纹，两个半壳通过螺纹连接成一体。
4. 根据权利要求1所述的球状塑料壳体，其外直径是10mm 100mm，厚度是lmm 20mm， 其表面气孔的外直径是lmm 20mm。
5. 根据权利要求1所述的海绵颗粒由废弃海绵经粉碎加工而成，其主要成分为聚氨酯， 其粒径分布范围是lmm 20mm。
全文摘要
本发明公开了属于废物资源化和温室气体减排技术范围的一种利用废塑料制备甲烷生物氧化复合基质的方法，将硬质废塑料用热成型法加工为表面布满气孔的球状塑料壳体，球状塑料壳体的内部用海绵颗粒填充；将填充海绵颗粒的球状壳体放入富含甲烷、氧气、养分和甲烷氧化细菌的生境中，球状塑料壳体为海绵颗粒提供外部支撑并形成大尺寸的孔隙，甲烷氧化细菌附着在海绵颗粒上繁殖生长，在海绵的内外表面形成富含甲烷氧化细菌的生物膜，挂膜的海绵颗粒与球状塑料壳体共同构成甲烷生物氧化复合基质。
文档编号B01D53/85GK101254402SQ20081008957
公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者张相锋 申请人:张相锋