專利名稱：用氯代甲烷抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能阻止生活垃圾厭氧消化過程中甲垸氣的產(chǎn)生的方法，屬于 固體廢物資源化及污染防治技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大氣中的甲垸是一種僅次于C02的重要溫室氣體。全球每年甲垸的排放量達到5.35X108 t，通過人類活動產(chǎn)生的甲垸量為3.75Xl()St。據(jù)估計，到2030年甲 烷的貢獻將達到50%，成為頭號溫室氣體?？梢姡刂萍淄榈呐欧帕?，對抑制溫 室效應(yīng)的作用是很重要的。目前，全世界都在尋找減少C02排放的措施，但是對 于甲烷的重視卻不夠，因此導(dǎo)致甲烷發(fā)生量增大，而且能與甲垸反應(yīng)導(dǎo)致其含量 減少的那些化學(xué)物質(zhì)的減少的問題也不是很清楚，減少甲烷排放成為迫在眉睫的 問題。我國年產(chǎn)城市生活垃圾1.5億噸，已建成生活垃圾衛(wèi)生填埋場375座(其中 大部分為中小型填埋場)，在用堆場上千座，填埋生活垃圾估計為10億噸，每年 排放的甲烷約為幾百萬噸。預(yù)計我國在未來的10年內(nèi)將有1000座中小型生活垃圾 衛(wèi)生填埋場，日填埋生活垃圾50萬噸以上，日排放甲垸近萬噸。在大型填埋場， 這些氣體會通過管道和專門的集氣裝置收集，但是，在中小型填埋場，由于產(chǎn)氣 的不穩(wěn)定和氣體總量少，綜合利用的價值不高，因此產(chǎn)生的甲烷氣體一般都排放 到大氣中，增大空氣中甲烷的濃度，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的發(fā)生。垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程是由微生物共生體完成的，其中包括有許多細(xì)菌和 一些中間步驟。在此過程中，不同微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成 復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。復(fù)雜有機化合物的厭氧降解過程可被大致分為三個階段水解 階段、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段，每個階段的任務(wù)都由特定的微生物菌群來完成 ——水解發(fā)酵細(xì)菌群、產(chǎn)酸菌群以及產(chǎn)甲垸菌群。因此，厭氧生物代謝過程是由 微生物將物質(zhì)進行串聯(lián)傳遞的過程，要想阻止甲烷氣體的產(chǎn)生，必須將產(chǎn)甲烷菌 群抑制，許多人根據(jù)產(chǎn)甲烷菌在惡劣環(huán)境中無法形成芽孢進行自我保護的特點， 采用加熱、微波、紫外等方法將產(chǎn)甲烷菌殺死，但其操作復(fù)雜，不適合生活垃圾填埋場等場所中產(chǎn)甲烷菌的抑制。目前己報道的產(chǎn)甲垸菌抑制方法雖然很多，但存在以下問題1、抑制效果不理想， 一些微生物抑制劑僅能抑制50%左右的甲垸產(chǎn)生；2、有效濃度過高，氨氮和脂肪酸報道可以有效抑制填埋場環(huán)境中甲烷的產(chǎn)生，但其濃度至少要達到3000ppm以上才有效果；3、具有較好的抑制效果和較低的抑制濃度，但不適用 與垃圾填埋場，譬如蒽醌類抑制劑，由于其溶解度極低，很難擴散至垃圾中產(chǎn)甲 垸菌群聚集的固相中；莫能菌素，拉沙里菌素在抑制產(chǎn)甲垸菌的同時會對水解菌和產(chǎn)酸菌也產(chǎn)生較強的抑制作用，不利于填埋場的穩(wěn)定化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是公開一種能抑制填埋場中生活垃圾厭氧消化過程中產(chǎn)甲烷的 方法。具體是利用生物特異性抑制的原理，找到能夠有效抑制產(chǎn)甲烷菌群活性的 抑制劑，抑制填埋場中產(chǎn)甲烷菌的活性，使厭氧消化過程不再產(chǎn)生甲烷氣體，而 是將有機碳轉(zhuǎn)入液相中，再將收集到的液相集中處理，避免了釋放甲垸造成的溫 室效應(yīng)。為了達到上述目的，本發(fā)明根據(jù)生活垃圾填埋量大，多相態(tài)共存，并且要 在抑制的同時維持填埋場正常的穩(wěn)定化降解過程要求，首先尋找一種能夠兼顧生 活垃圾填埋場甲烷有效抑制濃度低、易擴散、對其它菌群沒有抑制作用或抑制作 用很小的抑制劑。然后進行實驗，找到抑制甲垸效果明顯的配比。本發(fā)明找到了包括二氯甲垸、三氯甲垸和四氯甲垸在內(nèi)的氯代甲烷作為產(chǎn)甲 垸菌群抑制劑，將它作為生活垃圾的添加劑能抑制厭氧消化過程中產(chǎn)甲烷菌的活 性，使厭氧消化過程不再產(chǎn)生甲垸氣體，而是將有機碳轉(zhuǎn)到液相中，這樣可以將 收集到的液相集中處理，避免了釋放甲垸造成的溫室效應(yīng)。具體工藝是首先，將市售工業(yè)級氯代甲烷作為生活垃圾產(chǎn)甲烷菌群抑制劑;然后，按照每噸生活垃圾中加入5~25 g氯代甲烷量取，生活垃圾的含水率為 50-80 %重量百分比；接著，在填埋場常規(guī)作業(yè)中均勻地將氯代甲烷噴灑至生活 垃圾；加入氯代甲垸后開始生活垃圾填埋場的厭氧反應(yīng)，對生活垃圾的滲濾液進 行總揮發(fā)酸量(VFA)的測量，同時用排飽和食鹽水法收集氣體，用氣相色譜測 定氣體中的各個組分及其含量，總揮發(fā)酸量為0.94^.18g/kg，丙酸/乙酸比為40.73~1.24，甲烷抑制效果達100%。 本發(fā)明具有如下的優(yōu)點1. 本發(fā)明的氯代甲垸對產(chǎn)甲烷菌具有專一性抑制的特點，保證了極低濃度的高效抑制效果。由產(chǎn)甲烷菌的代謝途徑可知酰化甲基被轉(zhuǎn)移至四氫八疊球菌嘌呤輔因子，生成CH3-TPSPt后與(HS-CoM)反應(yīng)生成甲基輔酶M(CH3-S-CoM)，最后通過甲基輔酶還原酶脫甲基還原為甲烷，整個酶催化過程中，甲基均作為固 定基團，分別與四氫八疊球菌嘌呤輔因子和輔酶M結(jié)合，而氯代甲垸中的氯仿 具有與甲基類似的結(jié)構(gòu)以及活性較強的碳?xì)滏I，因此，與眾所周知的鹵素(氟、 氯、溴、碘)對細(xì)菌有毒性比較，本發(fā)明的極低濃度氯代甲垸通過對競爭性底物 抑制，實現(xiàn)高效的產(chǎn)甲垸菌抑制作用。2. 本發(fā)明的氯代甲垸對體系產(chǎn)酸無副作用，并且使酸菌群代謝途徑改變，提 高了丙酸/乙酸比，由于丙酸很難轉(zhuǎn)化為甲垸，而且揮發(fā)酸中主要為丙酸和乙酸， 因此，丙酸/乙酸比的提高阻斷了厭氧消化過程甲垸的產(chǎn)生，使生活垃圾維持在 厭氧消化在產(chǎn)酸階段，防止產(chǎn)酸菌群因抑制而影響填埋場穩(wěn)定化，保證了填埋場 穩(wěn)定化的持續(xù)進行。3. 由于氯代甲垸的加入量是按每公斤垃圾(含水率為50~80%)加5 25mg 進行，因此，在實現(xiàn)填埋場產(chǎn)甲烷菌群高效抑制同時，增加的成本很低。4. 將氯代甲烷加入中小型填埋場，可以將產(chǎn)生的滲濾液收集后集中處理，避 免了填埋過程中產(chǎn)生的甲烷對環(huán)境的危害，避免了釋放甲烷造成的溫室效應(yīng)，具 有積極的社會效益。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖 圖2不同含量的氯代甲烷抑制甲烷效果曲線圖 圖3不同含量的氯仿對填埋場穩(wěn)定化影響曲線圖具體實施方式
實施例1請參閱附圖1， 2和3。將含水率為50~80 %的生活垃圾簡單破碎后，稱取50g放入150mL血清瓶中。然后將三氯甲烷用水稀釋至三氯甲垸含量為0.1%重量百分比的溶液，按 照每kg生活垃圾加入20 mg氯代甲烷的比例，稱量1 g三氯甲烷的水溶液也加 入血清瓶中，模擬生活垃圾填埋場的厭氧狀態(tài)，用排飽和食鹽水法收集氣體，再 用氣相色譜測定氣體中甲垸的含量和揮發(fā)酸的組成和含量，并通過抑制組和不加 抑制劑的空白實驗產(chǎn)甲烷之比得到抑制率，結(jié)果請參見圖2和圖3。實施例l中 主要考察氯仿(學(xué)名三氯甲烷)在該濃度下的抑制效果。當(dāng)氯仿含量在20mg/kg 時，甲烷被完全抑制，抑制效果接近最好。但由圖3可知，總酸濃度偏低，說明 高濃度的氯仿對填埋場的穩(wěn)定化有影響。 實施例2將三氯甲烷換成二氯甲烷，然后按照每kg生活垃圾加入5 25mg 二氯甲烷 計量，其余與實施例l相同。由圖2可知，最高抑制率為80%，由于二氯甲烷主 要是依靠氯元素含量的高低實現(xiàn)抑制，而沒有氯仿的特異性底物抑制，因此較氯 仿抑制效果要差。實施例3將三氯甲烷換成四氯甲烷(也稱四氯化碳)，然后按照每kg生活垃圾加入 5 25mg四氯化碳計量，即四氯化碳含量為5 25mg/kg，其余與實施例1相同。 由圖2可知，最高抑制率為90%，由于四氯化碳主要是依靠氯元素含量的高低實 現(xiàn)抑制，而沒有氯仿的特異性底物抑制，因此較氯仿抑制效果要差。實施例4氯仿的含量為5~25 mg/kg,其余與實施例1相同。滲濾液中丙酸/乙酸比為 0.73-1.24，總揮發(fā)酸量為0.94 1.18g/kg。這說明了高濃度的氯仿對產(chǎn)酸菌群的 代謝調(diào)控作用提高了丙酸的濃度，由總揮發(fā)酸(VFA)含量的變化可知氯仿濃度 在低于20mg/kg時，對產(chǎn)酸菌群抑制作用可忽略，對填埋場的穩(wěn)定化總的來所具 有一定的促進作用。
權(quán)利要求
1. 用氯代甲烷抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法，其特征是首先，將市售工業(yè)級氯代甲烷作為生活垃圾產(chǎn)甲烷菌群抑制劑；然后，按照每噸生活垃圾中加入5～25g氯代甲烷量取，生活垃圾的含水率為50～80％重量百分比；接著，在填埋場常規(guī)作業(yè)中均勻地將氯代甲烷噴灑至生活垃圾；最后，對生活垃圾的滲濾液進行揮發(fā)酸的測量，同時用排飽和食鹽水法收集氣體，用氣相色譜測定氣體中的各個組分及其含量，總揮發(fā)酸量為0.94～1.18g/kg，丙酸/乙酸比為0.73～1.24，甲烷抑制效果可達到100％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的用氯代甲烷抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法，其 特征是其中的氯代甲垸是二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷。
全文摘要
用氯代甲烷抑制生活垃圾填埋場甲烷排放的方法，涉及一種能阻止生活垃圾厭氧消化過程中甲烷氣產(chǎn)生的方法。首先，將市售工業(yè)級氯代甲烷作為生活垃圾產(chǎn)甲烷菌群抑制劑；然后，按照每噸生活垃圾中加入5～25g氯代甲烷量取，生活垃圾的含水率為50～80％重量百分比；接著，在填埋場常規(guī)作業(yè)中均勻地將氯代甲烷噴灑至生活垃圾中；最后，對生活垃圾的滲濾液進行揮發(fā)酸的測量，同時用排飽和食鹽水法收集氣體，用氣相色譜測定氣體中的各個組分及其含量，總揮發(fā)酸量為0.94～1.18g/kg，丙酸/乙酸比為0.73～1.24，甲烷抑制效果可達到100％。本發(fā)明成本很低，操作簡單，避免了釋放甲烷造成的溫室效應(yīng)；在抑制甲烷的同時，對產(chǎn)酸菌群的代謝進行控制，促進了填埋場的穩(wěn)定化進程。
文檔編號B09B3/00GK101259475SQ20081003670
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者柴曉利, 牛冬杰, 星 王, 趙天濤, 趙由才, 陳浩泉, 黃仁華 申請人:同濟大學(xué)