[发明专利]稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭复合型甲烷生物滤料

说明书

技术领域

本发明涉及一种稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭复合型甲烷生物滤料，属于环境污染控制技术领域。

背景技术

CO₂是最早被关注的温室气体，也被认为是产生最多温室效应的温室气体，其辐射增温效应占温室气体总效应的56％，这主要是因它在大气中的浓度较高，约占温室气体总量的75％所致。但近年来的研究表明，CO₂在全球变暖中的贡献率正逐渐降低，而辐射增温效应目前占温室气体总效应7％的CH₄则被逐渐认为是继二氧化碳之后，潜在性最强的温室气体，越来越受到各国的重视。甲烷生物氧化是一种潜在的低成本减排技术，其核心就是低价、高效、稳定性强的甲烷生物滤料。研究表明，填埋场覆盖土、花园泥土等多类土壤及堆肥等材料都具有自发性的甲烷生物氧化能力。

土壤作为天然的微生物分离源，常含有丰富的微生物种群，是一类天然的甲烷微生物载体；与土壤相比，堆肥有着更疏松的结构及更好的持水性，能够更适宜微生物的生长与繁殖，也是一种潜在的甲烷生物滤料。Cu与Fe作为甲烷营养菌甲烷氧化特征酶MMO活性中心的必需元素，会影响MMO的表达与活性，并可能最终影响滤料的CH₄去除性能。甲烷在生物滤料中的生物过滤，包括气体扩散、物理吸附及微生物甲烷代谢几个阶段，故滤料的甲烷去除效率除受到滤料中生物性因素的影响外，还受到滤料自身物理结构的影响。活性炭作为一种良好的吸附剂，可增大滤料的孔隙度，扩大滤料的比表面积，加强滤料的气体吸附性能，延长CH₄、O₂等气体与滤料中微生物的接触时间，从而可能增强滤料的甲烷降解性能。天然稻田土壤，尤其是多年种植水稻的土壤中微生物丰富，但是不能提供充足的微生物生长所需要的基本营养物质；并且稻田土壤的空隙度稍差，吸附甲烷的能力不强，因此，发展一种复合型甲烷生物滤料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。

发明内容

本发明的目的是提供一种稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭复合型甲烷生物滤料，本发明所提供的甲烷生物滤料由稻田土壤、腐熟堆肥和活性炭相结合，含甲烷营养菌生长与繁殖所需的营养物质，又增加了滤料的比表面积，使得滤料的甲烷去除率提高；添加了微量元素中铜元素和铁元素，增加了甲烷氧化菌表达甲烷单加氧酶的必需微量元素，进一步提高了滤料的甲烷去除率。

本发明提供的甲烷生物滤料，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可为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可为0～300mg/Kg所述甲烷生物滤料，但不为零；

所述铁元素的添加量可为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可为20％～50％。

上述的甲烷生物滤料，所述稻田土壤可为常年种植水稻的土壤，具体可为取自新疆石河子市北湖的稻田土壤；

所述“常年种植水稻的土壤”指的是连续种植水稻5年以上的土壤。

上述的甲烷生物滤料，所述稻田土壤可为淹水期时，采集土层深度可为0～10cm的表层土壤。

上述的甲烷生物滤料，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；

上述的甲烷生物滤料，所述活性炭的比表面积可为497～745m²/g，孔容可为0.30～46cm³/g，平均孔径可为1.94～2.92nm。

上述的甲烷生物滤料，所述腐熟堆肥可为由作物秸秆与畜禽粪便经堆制腐解得到的腐熟堆肥；

所述作物秸秆可为玉米秸秆、麦秸、稻草、豆秸或油菜秸。

所述畜禽粪便与作物秸秆的质量比可为3～10：1，具体可为6：1；

上述的甲烷生物滤料，所述堆制腐解的过程如下：由所述作物秸秆和所述畜禽粪便混合得到堆体，在通风或翻堆的条件下，该堆体自发升温至50℃以上维持5～7天；然后不再通风或者翻堆，经过二次发酵至完全腐熟即可，二次发酵的时间可为10～20天。

上述的甲烷生物滤料，所述铜元素以CuSO₄、CuCl₂或Cu(NO₃)₂形式添加；