[发明专利]基于废弃物再生的填埋场VOCs原位高效降解碳基材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于废弃物再生的填埋场VOCs原位高效降解碳基材料的制备方法及应用，包括以下步骤：将农林废弃物风干至含水率为0.001wt％～20wt％，所述农林废弃物主要为：稻草、麦秆、树叶、树枝、杂草，利用粉碎机粉碎至粒径为0～50mm，然后将尿素或酰胺作为改性剂与粉碎后的农林废弃物按照质量比为1:50～1:20的比例混合均匀制备成掺氮农林废弃物；将掺氮农林废弃物在300～600℃下干馏20～60min，然后快速冷却制备成富氮生物炭；将富氮生物炭与含水率为90‑98wt.％污水污泥按重量比为20:1～10:1的比例混合均匀后，制得富含微生物的富氮生物炭；将富含微生物的富氮生物炭替代10～30％厚度的黏土层，填埋场TVOCs的降解效率达96.74％～99.70％。

技术领域

本发明属于VOCs降解材料技术领域，更具体地，涉及一种废弃物再生的填埋场VOCs原位高效降解碳基材料的制备方法及应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是指熔点低于室温而沸点在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称，主要包括非甲烷脂肪烃、芳香族化合物、含氧有机物、含氯有机物、含氮有机物和含硫有机物等六大类。VOCs是二次气溶胶和臭氧(O₃)的重要前驱物，易引起灰霾、温室效应、光化学烟雾和臭氧层破坏等大气污染问题，部分VOCs具有致癌、致畸、致基因突变性及生物累积性。VOCs分为天然源和人为源，其中以人为源造成的污染最为严重。2016年，我国人为源VOCs排放总量达3112万吨。到2020年，实施重点地区、重点行业VOCs污染排放总量要求下降10％以上。

垃圾填埋过程是VOCs重要排放源之一。垃圾在填埋场中分层分块填埋、覆土、封场直到稳定的整个过程中，垃圾中可降解有机污染物在微生物作用下经历好氧分解、厌氧分解不产甲烷、厌氧分解产甲烷和稳定产气等阶段产生了大量的填埋气。除了甲烷(CH₄，50-60vol.％)和二氧化碳(CO₂，40-50vol.％)外，填埋气还含有NH₃，SO₂，H₂S和多种挥发性有机污染物(VOCs，1～2vol.％)。2016年，我国生活垃圾无害化处理量达1.97亿吨，其中填埋处理达1.19亿吨，垃圾填埋处理过程向大气中逸散约220万吨VOCs。垃圾填埋场填埋库区VOCs污染属于敞开式无组织排放面源，产生量大、分布散、持续时间长、影响范围广、收集十分困难，导致VOCs污染物的环境行为变得更复杂。近年来，国内的一些垃圾填埋场正逐渐被居民区包围，北京、南京、上海、广州和杭州等城市垃圾填埋场频繁发生VOCs恶臭扰民事件，直接威胁填埋场周围居民的生存环境与身心健康，已成为垃圾填埋处理技术应用的制约因素。

目前，填埋场VOCs降解主要采用生物原位降解的方法，即基于微生物的强大分解能力和快速繁殖特点，利用聚集在覆盖层材料中的微生物群落对垃圾填埋厌氧发酵过程产生的VOCs和无机恶臭组分进行分解。填埋垃圾覆盖层不仅抑制VOCs气体挥发，还增大了微生物和VOCs的接触空间，使VOCs有效降解。填埋覆盖层生物原位降解VOCs技术具有就地处理、源头治理、工艺简单和操作方便等优势。但填埋场生物原位降解技术去除VOCs的效果受到了覆盖层材料、VOCs种类、微生物种类以及环境因素的影响，填埋覆盖层材料的选择直接决定了VOCs原位降解的效果和经济性。目前国内传统的黏土和表层土等覆盖层材料由于受比表面积、孔结构及吸附性能的限制只能降解30-50％的VOCs，其不能从根本上解决垃圾填埋场VOCs污染问题。因此，开发一种孔隙率大、气体吸附能力强、微生物承载量多的经济型覆盖层材料是填埋场VOCs原位生物降解技术的发展方向。