一种疏水性生物炭改性土壤覆盖层强化甲烷减排的方法

技术领域

本发明属于垃圾处理领域，特别涉及一种疏水性生物炭改性土壤覆盖层强化甲烷减排的方法。

背景技术

甲烷(CH

填埋场CH

较传统土壤覆盖层，生物炭覆盖层更具技术优势：(1)强化CH

发明内容

本发明的目的是提出一种疏水性生物炭改性土壤覆盖层强化甲烷减排的方法。

本发明的思路：通过将制得的疏水性生物炭按一定比例添加到土壤覆盖层得到疏水性生物炭改性土壤覆盖层，搭建模拟填埋场覆盖层反应器，改变甲烷浓度、温度、含水率等条件，分析疏水性生物炭改性土壤覆盖层的优势。以期达到既能促进甲烷和氧气的扩散，提高填埋层甲烷的吸附氧化效率，又能防止雨水进入覆盖层。

具体步骤为：

(1)一种模拟填埋场覆盖层甲烷氧化装置，包括三根相同的填埋场覆盖层甲烷氧化模拟柱、转子流量计、空气加湿器、出水口、进气口和出气口。每根填埋场覆盖层甲烷氧化模拟柱均由直径0.15m,高度1m的PVC柱子构成。覆盖层由上到下依次为空气层、生物覆盖层、砾石层和渗水层。空气层厚度为0.1m，所述生物覆盖层厚度为0.7m,所述砾石层厚度为0.1m，所述渗水层厚度为0.1m。空气进气口在柱子一侧，经鼓风机吹入空气口，采用转子流量计调节进气速率，经过空气加湿器加湿进入柱体，柱内多余气体通过另一侧的出气口排出。三根柱子生物覆盖材料分别为土壤、生物炭改性土壤、疏水性生物炭改性土壤。生物覆盖层一侧均匀设置9个取样口，每个取样口间隔为0.05m。生物覆盖层另一侧设置三个温度感应器。，反应器柱底部设置出水口。反应器柱底部模拟填埋气的通入速率均为13-15mL/min，反应器上部通入空气，进气速率为50mL/min。生物覆盖层含有甲烷氧化菌。

(2)通过调节甲烷浓度、温度、含水率等条件，借助(1)设置的填埋场覆盖层甲烷氧化模拟柱，疏水性生物炭土壤覆盖层与土壤覆盖层和生物炭改性土壤覆盖层进行平行对比。

所述甲烷浓度分别为5％和15％，所述温度为15—40℃。

本发明方法的优点：

本发明装置针对填埋场覆盖层渗透系数与系统甲烷吸附和氧化效率的矛盾关系，通过调节甲烷浓度、温度、含水率等条件，疏水性生物炭土壤覆盖层与土壤覆盖层和生物炭改性土壤覆盖层进行平行对比，结果表明，疏水性生物炭土壤覆盖层可以达到减少水分进入的同时促进甲烷氧气的扩散，提高甲烷氧化能力。

附图说明

图1是本发明实施例所用装置的结构示意图

图中标记：1-覆盖材料及气体取样口；2-空气进气口；3-空气流量计；4-空气加湿器；5-喷头；6-出气取样口；7-温度计；8-模拟填埋气进气口；9-出水口。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

填埋场覆盖层甲烷氧化模拟装置包括三根相同的填埋场覆盖层甲烷氧化模拟柱、覆盖材料及气体取样口1、空气进气口2、转子流量计3、空气加湿器4；每根填埋场覆盖层甲烷氧化模拟柱均由直径为0.15m，总高度为1m的PVC柱子构成，从上到下分别为空气层、覆盖层、砾石层和渗水层。空气层：高度为0.1m，空气进气口2在柱子的一侧，空气被鼓风机吹入进气口，采用转子流量计3调节进气速率，经过空气加湿器4加湿进入柱体，柱内多余气体通过另一侧的出气口排出，以模拟自然的大气流动；覆盖层：高度为0.7m，位于空气层和砾石层之间，三根柱子所用覆盖材料分别为土壤、生物炭改性土壤和疏水性生物炭改性土壤，覆盖层一侧共设置了9个取样口1，每个取样口之间的间隔为0.05m，用来收集气体和土壤样品，以便于分析甲烷氧化随覆盖层深度的变化，另一侧设置了3个温度感应器，每个感应器之间的间隔为0.2m，用来显示柱内不同深度的温度状况；砾石层：高度为0.1m，模拟填埋气从进气口2经过转子流量计3，加湿器4，通过管道进入柱子内的砾石层，管道位于砾石层的底部，上面有大小相同分布均匀的气孔，模拟填埋气经过砾石层的缓冲匀速均匀的进入到覆盖层，同时砾石层还可以起到衬托覆盖层的作用；渗水层：高度为0.1m，当覆盖层中加入过多水分时，多余水分可以通过渗水层下的出水口排出。

本实施例使用的土壤取自桂林山口填埋场覆盖膜下长期接触沼气的土壤(接触1年左右)。

上述土壤由于覆盖膜下沼气浓度较高且与填埋气长期接触，因此土壤中含有较多甲烷氧化菌，将取回的土壤样品用30目筛分，去除土壤中的垃圾及较大石块。

上述覆盖材料的理化性质如表1所示

表1覆盖层材料的理化性质

借助步骤(1)设置的填埋场覆盖层甲烷氧化模拟实验装置提高甲烷氧化能力，通过调节甲烷浓度、不同深度、温度、含水率等条件，与土壤、20％生物炭改性土壤覆盖层进行对比，分析20％疏水性生物炭改性土壤覆盖层甲烷氧化机理。每五天取样一次，气体样品用100mL集气袋进行收集，利用气相色谱仪对样品气体中的甲烷进行分析，每次测试前先用标准气体进行试验，确保测试结果与标准气体基本相同。

所述甲烷浓度分别为5％和15％，所述温度为15—40℃。

上述试验分别运行一个月，结果表明，运行稳定后，疏水性生物炭土壤覆盖层可以达到减少水分进入的同时促进甲烷氧气的扩散，提高甲烷氧化能力。