專利名稱：一種利用廢塑料制備甲烷生物氧化復合基質的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及廢棄物資源化以及垃圾填埋場甲烷氣體減排領域，特別是涉及到一種以廢塑 料為主要成分的甲垸生物氧化復合基質制備方法。
背景技術：
隨著甲烷(CH4)等溫室氣體排放產生的溫室效應對人類的威脅逐漸加大，如引起更多 的干旱、洪水和其他惡劣氣候，作為全球第二大溫室氣體排放國，中國面臨巨大的減排壓力。 CH4在大氣中的壽命約12年，其全球變暖潛勢(GWP)是C02的23倍，附加溫室效應貢獻 率為20%，減排CH4將起到立竿見影的效果。大氣中的甲烷來源主要包括濕地、稻田、反 芻動物、垃圾填埋場、煤礦開采、天然氣泄漏等。垃圾填埋場是CH4重要的人類活動釋放源。 隨著我國的城市化進程的加快，垃圾處理模式正逐步從露天堆放轉變?yōu)橐孕l(wèi)生填埋為主，填 埋場CH4排放量將逐年上升。甲烷氧化細菌可以利用甲烷為惟一碳源和能源，將甲烷氧化為 二氧化碳和水，從而減少溫室氣體排放強度，這一過程稱為甲烷生物氧化。甲垸氧化細菌在 自然界中天然存在，特別是在甲垸豐富地區(qū)，如垃圾填埋場表層覆蓋土壤。甲垸生物氧化必須有氧氣的參與才能完成。土壤孔隙中的氧氣來源于空氣的擴散作用。 由于土壤顆粒細小，導致空氣的擴散作用較弱及細菌消耗氧氣，使得甲烷氧化細菌的活性及 其活動范圍大大受限， 一般情況下甲垸氧化細菌主要出現在土壤表層50cm以內，制約了甲 垸生物氧化在溫室氣體減排中的積極作用。發(fā)明人先前申請的專利(申請?zhí)?00710079551.1) 提供了一種甲烷生物氧化裝置，旨在通過改變氧氣和甲垸氣體的混合模式，提高甲烷氧化效 果，但該裝置所用的基質為陶粒等輕質多孔材料，這些材料一般機械強度不高，容易破碎， 限制了氧氣傳輸能力的進一步提高。同時，隨著塑料工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國廢塑料的產生量也逐年增多。廢塑料密度小，很 難降解，進入填埋場后不易壓實，占用了寶貴的填埋場庫容。實現廢塑料的資源化對建設循 環(huán)型社會，緩解填埋場壓力有重要意義。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服現有甲烷生物氧化基質的不足，提供一種以廢塑料為主要成分的 甲烷生物氧化復合基質，本發(fā)明可用于垃圾填埋場等甲垸集中排放源的甲烷減排。本發(fā)明所提供的一種以廢塑料和廢海綿為主要成分的甲垸生物氧化復合基質，是將硬質 廢塑料用熱成型法加工為表面布滿氣孔的球狀塑料殼體，球狀塑料殼體的內部用海綿顆粒填 充，構成甲烷氧化菌載體；將上述甲垸氧化菌載體移植入富含甲垸、氧氣、養(yǎng)分和甲烷氧化 細菌的環(huán)境中，甲烷氧化細菌附著在載體上，利用環(huán)境中的甲烷、氧氣及養(yǎng)分水分，逐漸繁 殖生長，在載體的內外表面形成富含甲垸氧化細菌的生物膜，富含甲烷氧化細菌的生物膜及 其載體共同構成甲烷生物氧化復合基質；通過過濾或篩分的方式將甲烷生物氧化基質與富含 甲垸、氧氣、養(yǎng)分和甲垸氧化細菌的環(huán)境相分離，制備的甲垸生物氧化基質的內外表面富含 甲垸氧化細菌，基質孔隙發(fā)達，有利于甲垸和氧氣的傳輸，從而實現甲烷氣體的快速氧化。所述的硬質廢塑料通常為熱塑性廢塑料，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。所述的球狀塑料殼體由兩個半殼組成，其中一個半殼上有外螺紋， 一個半殼上有與之吻 合的內螺紋，兩個半殼通過螺紋連接成一體。所述的球狀塑料殼體，其外直徑是10mm 100mm，厚度是lmm 20mm，其表面氣孔的外亙 仝是lmm 20mm。所述的海綿顆粒由廢棄海綿經粉碎加工而成，其主要成分為聚氨酯，其粒徑分布范圍是 lmm 20mm;所述的富含甲垸、氧氣、養(yǎng)分和甲垸氧化細菌的環(huán)境為以天然材料構建的人工環(huán)境，比 如，取垃圾填埋場表層土放入容器內，向容器里加入生活污水并混合均勻，最后通入甲烷和 空氣。本發(fā)明具有顯著的有益效果(1) 由于甲烷的GWP是二氧化碳的23倍，因此本發(fā)明通過將甲垸轉化為二氧化碳大 大降低了其全球增溫潛勢，對于削減填埋場等甲烷集中排放源的溫室氣體排放具 有顯著效應；(2) 本發(fā)明所述的球狀塑料殼體為海綿顆粒提供外部支撐并形成大尺寸的孔隙，大尺 寸孔隙及球狀塑料殼體表面的氣孔為甲垸和氧氣的傳輸提供了便捷的通道，有利 于提高基質氧氣和甲垸的供應能力；(3) 本發(fā)明所述的海綿顆?？紫督Y構發(fā)達，吸附能力較強，能提高基質養(yǎng)分、保持水 分，非常適合甲垸氧化細菌等微生物繁殖生長；(4) 本發(fā)明所述的富含甲垸、氧氣、養(yǎng)分和甲烷氧化細菌的人工環(huán)境簡單易掌握，不 需要昂貴的儀器設備；(5) 本發(fā)明所述材料均很難被微生物降解，且不易破損，具有良好的長期穩(wěn)定性；(6) 本發(fā)明所述材料為廢棄物，廉價易得，具有巨大的推廣價值。
具體實施方式
按照本發(fā)明所述方法制備的甲烷氧化基質既可以單獨使用，也可以與其他甲垸氧化基質 混合使用。下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 實施例本實施例選擇的制備甲垸氧化基質的原材料為廢聚乙烯和廢海綿。 ()將廢聚乙烯采用熱成型機制成如下規(guī)格的球狀塑料殼體，其外直徑是30mm,厚 度是3mm,其表面氣孔的外直徑是3mm;(2) 將廢海綿采用破碎機制成粒徑分布為5mm 10mm的顆粒；(3) 將廢海綿顆粒裝填入球狀塑料殼體，旋緊絲扣，制成甲烷氧化菌載體；(4) 取垃圾填埋場表層土放入容器內，向容器里加入城市生活污水并混合均勻；(5) 向容器中加入制備好的甲烷氧化菌載體，并通入甲烷和空氣，直至觀察到甲烷氧 化菌載體中廢海綿顆粒表面有生物膜產生；(6) 用孔徑為20mm的濾網過濾容器中的物質，濾網上的物質即為所制備的甲垸氧化 基質；(7) 在填埋場表面5mX5m范圍挖除表層覆土，代之以本實施例的甲垸氧化基質；(8) 選取緊鄰5mX5m范圍未擾動的填埋場表面作為對照；(9) 監(jiān)測本實施例的甲烷氧化基質以及緊鄰的填埋場表層覆蓋土中的甲烷排放量。 結果表明，填埋場表層覆蓋土的甲垸排放速率為20-100 g'm—^day—1，本實施例的甲垸氧化基質的甲烷排放速率為3 20g，m—^day—1。可見，和對照相比，以廢塑料和廢海綿顆粒 構成的甲烷氧化基質的甲垸氧化能力顯著提高。
權利要求
1. 一種利用廢塑料制備甲烷生物氧化復合基質的方法，其特征在于將硬質廢塑料用熱成型法加工為表面布滿氣孔的球狀塑料殼體，球狀塑料殼體的內部用海綿顆粒填充；將填充廢海綿顆粒的球狀殼體放入富含甲烷、氧氣、養(yǎng)分和甲烷氧化細菌的生境中，海綿顆粒的內外表面形成富含甲烷氧化細菌的生物膜，掛膜的海綿顆粒與球狀塑料殼體共同構成甲烷生物氧化復合基質，并通過篩分或過濾的方法與生境相分離。
2. 根據權利要求1所述的硬質廢塑料通常為熱塑性廢塑料，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. 根據權利要求l所述的球狀塑料殼體由兩個半殼組成，其中一個半殼上有外螺紋，一 個半殼上有與之吻合的內螺紋，兩個半殼通過螺紋連接成一體。
4. 根據權利要求1所述的球狀塑料殼體，其外直徑是10mm 100mm，厚度是lmm 20mm， 其表面氣孔的外直徑是lmm 20mm。
5. 根據權利要求1所述的海綿顆粒由廢棄海綿經粉碎加工而成，其主要成分為聚氨酯， 其粒徑分布范圍是lmm 20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于廢物資源化和溫室氣體減排技術范圍的一種利用廢塑料制備甲烷生物氧化復合基質的方法，將硬質廢塑料用熱成型法加工為表面布滿氣孔的球狀塑料殼體，球狀塑料殼體的內部用海綿顆粒填充；將填充海綿顆粒的球狀殼體放入富含甲烷、氧氣、養(yǎng)分和甲烷氧化細菌的生境中，球狀塑料殼體為海綿顆粒提供外部支撐并形成大尺寸的孔隙，甲烷氧化細菌附著在海綿顆粒上繁殖生長，在海綿的內外表面形成富含甲烷氧化細菌的生物膜，掛膜的海綿顆粒與球狀塑料殼體共同構成甲烷生物氧化復合基質。
文檔編號B01D53/85GK101254402SQ20081008957
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權日2008年4月8日
發(fā)明者張相鋒 申請人:張相鋒