專利名稱：一種基于異化鐵還原的垃圾填埋場甲烷深度控制技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生活垃圾填埋場的CH4減排領(lǐng)域，特別涉及一種基于異化鐵還原作用利用有機(jī)絡(luò)合三價鐵一梓檬酸鐵抑制生活垃圾填埋場CH4產(chǎn)生的方法。
背景技術(shù)：
CH4是一種重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)潛力是CO2的25倍，對加速全球溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)約占15%。有研究結(jié)果顯示，CH4在近200年內(nèi)呈加速上升態(tài)勢，若無相應(yīng)的溫室氣體減排措施，預(yù)計2030年大氣中CH4將達(dá)2. 34 μ L/L，溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率將達(dá)50%。目前已經(jīng)證實，生活垃圾填埋場是由人類活動引起的最重要的CH4釋放源，全球釋放量達(dá)2(T70Tg/年。2005年我國垃圾填埋場的CH4總產(chǎn)量占人為總排放量的11%，而該比例在2010年可能達(dá)到
12.6% (2006年預(yù)計值，目前尚未統(tǒng)計報道)。據(jù)估計，至2020年，填埋場CH4釋放將占全球CH4釋放總量的19%，而我國垃圾填埋場的CH4排放量將達(dá)到3. 6X IO8當(dāng)量CO2,占全國CH4排放的31%。目前，我國約90%以上的生活垃圾采用填埋處理，填埋場的CH4減排形勢相當(dāng)嚴(yán)峻。鐵在垃圾中的含量非常高，據(jù)統(tǒng)計，填埋場內(nèi)鐵儲量高達(dá)700Tg，被譽(yù)為“世界第三大鐵庫”。國內(nèi)生活垃圾中Fe含量更高，可達(dá)48490mg/kg。作為最容易被生物圈利用的變價金屬之一，它在厭氧環(huán)境中能進(jìn)行異化鐵還原過程，對有機(jī)物的代謝過程具有極大影響。 厭氧環(huán)境中的異化鐵還原過程是一種微生物代謝，被認(rèn)為是地球上最早的呼吸形式之一。該過程中Fe(III)作為電子受體，接受由無機(jī)和有機(jī)電子供體提供的電子，氧化有機(jī)物，并且自身被還原。垃圾厭氧降解過程一般可以分為四個階段。(I)水解階段復(fù)雜的高分子有機(jī)物首先在水解發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的胞外酶的作用下分解為溶解性的小分子有機(jī)物。(2)酸化階段溶解性小分子有機(jī)物進(jìn)入發(fā)酵菌細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)酶作用下分解為揮發(fā)性脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸以及乳酸、醇類、二氧化碳、氨、硫化氫等，同時合成細(xì)胞物質(zhì)。(3)產(chǎn)乙酸階段酸化階段的產(chǎn)物丙酸、丁酸、乙醇等，在此階段經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。(4)產(chǎn)甲烷階段在此階段，產(chǎn)甲烷菌通過以下兩個途徑之一，將乙酸、氫氣和二氧化碳等轉(zhuǎn)化為甲烷。其一是在二氧化碳存在時，利用氫氣生成甲烷。其二是利用乙酸裂解直接生成甲烷。目前尚未有將異化鐵還原作用過程應(yīng)用于生活垃圾降解中的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種異化鐵還原作用在對生活垃圾填埋場甲烷產(chǎn)生過程進(jìn)行原位深度控制中應(yīng)用。本發(fā)明所提供的應(yīng)用具體為有機(jī)絡(luò)合三價鐵在抑制生活垃圾填埋場甲烷產(chǎn)生中的應(yīng)用；或有機(jī)絡(luò)合三價鐵在抑制有機(jī)物降解過程中甲烷的產(chǎn)生中的應(yīng)用。在本發(fā)明的實施例中，所述有機(jī)絡(luò)合三價鐵具體為檸檬酸鐵。在上述應(yīng)用中，所述生活垃圾填埋場可為厭氧生活垃圾填埋場，也可為設(shè)有厭氧填埋區(qū)的好氧或準(zhǔn)好氧生活垃圾填埋場；所述有機(jī)物降解具體為有機(jī)物的厭氧降解。即所述異化鐵還原作用過程發(fā)生于厭氧環(huán)境下。一種厭氧降解生活垃圾的方法也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所提供的降解生活垃圾的方法，具體可包括如下步驟向待降解生活垃圾中添加有機(jī)絡(luò)合三價鐵，使之厭氧降解所述待降解生活垃圾。 在上述方法中，所述有機(jī)絡(luò)合三價鐵具體可為檸檬酸鐵。在上述方法中，所述檸檬酸鐵與所述待降解生活垃圾的質(zhì)量配比大于等于4000mg :1kg。在上述方法中，所述降解溫度為35±5°C。在本發(fā)明的一個實施例中，所述降解溫度具體為35 °C。 在本發(fā)明的一個實施例中，向人為混合的有機(jī)物中添加厭氧污泥及鐵源，從而模擬生活垃圾填埋場實際情況。上述本發(fā)明所提供的降解生活垃圾的方法在本發(fā)明具體實施例中，體現(xiàn)如下向待降解有機(jī)物中添加本底鐵元素質(zhì)量含量為373± 10. 8mg/L的厭氧污泥，形成降解體系，再向所述降解體系中添加檸檬酸鐵，使之厭氧降解所述待降解有機(jī)物。所述檸檬酸鐵與所述降解體系的質(zhì)量配比大于等于4000mg :1kg。在本發(fā)明的一個實施例中，所述檸檬酸鐵與所述降解體系的質(zhì)量配比具體為4000mg :1kg。在所述降解體系中，所述厭氧污泥的重量為所述待降解有機(jī)物干基重量的5%。所述反應(yīng)的溫度為35±5°C (如35°C);所述降解體系中含水質(zhì)量百分比為75±5%(如 75%)。上述所有的所述有機(jī)物均可為蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉和纖維素的混合物；其質(zhì)量配比可為蛋白質(zhì)脂肪淀粉纖維素=2. 0 2· 2:1. (Tl. 2:3. 3^3. 6:2. 2 2. 5。在本發(fā)明的一個實施例中，上述所有的所述有機(jī)物均具體為蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉和纖維素的混合物，其質(zhì)量配比具體為蛋白質(zhì)脂肪淀粉纖維素=24. 4 11. I 39. I 25. 4，折算為 C、H、N、0和 S元素的質(zhì)量配比為C:H:N:0:S=45. 74 :6. 56 :3. 45 :41. 09 :0. 19。實驗證明，檸檬酸鐵能夠在厭氧環(huán)境中，通過異化鐵還原作用很好的抑制生活垃圾有機(jī)物降解過程中CH4的產(chǎn)生，與未處理的對照組，以及其他形式Fe處理組相比，檸檬酸鐵處理組整個降解體系中CH4的產(chǎn)量非常低，CH4的消減量基本達(dá)到100%。檸檬酸鐵具有更好的生物可利用性，不僅能促進(jìn)生活垃圾有機(jī)物的厭氧降解，同時能被鐵還原菌等微生物利用，進(jìn)行異化鐵還原過程，實現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的“好氧礦化”及CH4的控制。本發(fā)明可為源頭減少填埋場CH4排放提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，具有廣闊應(yīng)用前景。


圖I為填埋場內(nèi)傳統(tǒng)生物降解產(chǎn)甲烷(左)及基于異化鐵還原的甲烷深度控制(右)原理圖。圖2為添加不同鐵源條件下H2濃度的變化曲線。其中，A為添加還原性鐵組；B為添加氧化鐵組；C為添加檸檬酸鐵組；D為添加硫酸鐵組。圖3為添加不同鐵源條件下CH4濃度變化曲線。其中，A為添加還原性鐵組；B為添加氧化鐵組；C為添加檸檬酸鐵組；D為添加硫酸鐵組。
圖4為添加不同鐵源條件下CH4累積產(chǎn)量變化曲線。其中，A為添加還原性鐵組；B為添加氧化鐵組；C為添加檸檬酸鐵組；D為添加硫酸鐵組。圖5為添加不同鐵源對CH4產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率。圖6為主要產(chǎn)氫途徑的機(jī)理圖。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例I、基于異化鐵還原作用控制生活垃圾中甲烷的產(chǎn)生

一、實驗材料與方法 本實施例使用蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉和纖維素混合物模擬易降解有機(jī)物，混合基質(zhì)的配比及元素分析如表I和表2。表I混合基質(zhì)的配比(%)
權(quán)利要求
1.有機(jī)絡(luò)合三價鐵在抑制生活垃圾填埋場甲烷產(chǎn)生中的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用，其特征在于所述有機(jī)絡(luò)合三價鐵為檸檬酸鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的應(yīng)用，其特征在于所述生活垃圾填埋場為厭氧生活垃圾填埋場，或設(shè)有厭氧填埋區(qū)的好氧或準(zhǔn)好氧生活垃圾填埋場。
4.有機(jī)絡(luò)合三價鐵在抑制有機(jī)物降解過程中甲烷的產(chǎn)生中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于所述有機(jī)絡(luò)合三價鐵為檸檬酸鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的應(yīng)用，其特征在于所述有機(jī)物降解為有機(jī)物的厭氧降解。
7.一種厭氧降解生活垃圾的方法，包括如下步驟向待降解生活垃圾中添加有機(jī)絡(luò)合三價鐵，使之厭氧降解所述待降解生活垃圾。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述有機(jī)絡(luò)合三價鐵為檸檬酸鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述檸檬酸鐵與所述待降解生活垃圾的質(zhì)量配比大于等于4000mg :1kg。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一所述的方法，其特征在于所述方法中，降解溫度為35±5°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于異化鐵還原作用利用有機(jī)絡(luò)合三價鐵抑制生活垃圾填埋場CH4產(chǎn)生的方法。本發(fā)明所提供方法包括如下步驟向待降解生活垃圾中添加有機(jī)絡(luò)合三價鐵，使之厭氧降解所述待降解生活垃圾。實驗證明，機(jī)絡(luò)合三價鐵—檸檬酸鐵處理組生活垃圾降解體系中CH4的產(chǎn)量非常低，CH4的消減量基本達(dá)到100%，這表明檸檬酸鐵具有更好的生物可利用性，能進(jìn)行異化鐵還原作用；本發(fā)明為源頭減少生活垃圾填埋場中CH4排放提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，具有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號C02F11/04GK102826732SQ201210311149
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者陸文靜, 王洪濤, 龍於洋, 朱勇, 任路路, 盛萱宜 申請人:清華大學(xué)