CN100502662C - 一种能抑制生活垃圾填埋场甲烷菌活性的添加剂 - Google Patents

Abstract

一种能抑制生活垃圾填埋场甲烷菌活性的添加剂，涉及一种将生活垃圾厌氧消化过程中产甲烷气的过程阻止的混合物组成。由阴离子表面活性剂(LAS)46%～50%，偏硅酸钠49%～52%和酶1%～2%组成。其中酶的组分和含量是2709碱性蛋白酶(10万单位)∶7658中温淀粉酶(3000单位)＝45%～55%∶45%～55%。将生活垃圾干重5%的本发明的添加剂掺入生活垃圾中，生活垃圾厌氧消化过程中甲烷菌的活性能被完全抑制，有机碳转变为有机酸而进入液相体系，可将产生的渗滤液收集后集中处理，避免了填埋过程中产生的甲烷对环境的危害，减少温室气体——甲烷的排放，具有保护环境的作用。本发明价廉、易得，用于中小型填埋场，使用成本低廉。

Description

一种能抑制生活垃圾填埋场甲烷菌活性的添加剂

技术领域

一种能抑制生活垃圾填埋场甲烷菌活性的添加剂，涉及一种能阻止生活垃圾厌氧消化过程中甲烷气产生的混合物，属于固体废物资源化及污染防治技术领域。

背景技术

利用产甲烷菌在恶劣环境下无法形成芽孢而进行自我保护的特点，将厌氧消化产甲烷气的过程阻止，使其转为液相消化，然后将液体集中处理，集中利用以避免生活垃圾厌氧消化过程中产生的甲烷气体释放到环境中，形成温室效应。温室效应是由于温室效应气体被地表吸收后反射的红外线引起的，人类活动的增加引起了温室效应气体浓度增加，大气中的二氧化碳、甲烷、氟利昂等温室效应气体在全世界都观测到浓度已有增加。温室效应随各种气体不同而异，和二氧化碳比较，甲烷约是其20倍。由于温室效应的影响，海平面升高，气候变化而使农作物减产等为代表的温室效应是缓慢进行的过程，一旦加剧，恢复是非常困难的。目前，全世界都在寻找减少二氧化碳排放的措施，但是对于甲烷的重视却不够，因此导致甲烷发生量增大，而且能与甲烷反应导致其含量减少的那些化学物质的减少的问题也不是很清楚，因此，减少甲烷排放成为迫在眉睫的问题。

我国大部分城市的生活垃圾处理方式仍以填埋为主，垃圾在填埋过程中大部分时间是厌氧过程，会释放甲烷，甲烷的含量大约为50％～60％，在大型填埋场，这些气体会通过管道和专门的集气装置收集，但是，在中小型填埋场，由于产气的不稳定和气体总量少，综合利用的价值不高，因此产生的甲烷气体一般都排放到大气中，增大空气中甲烷的浓度，导致温室效应的发生。另外，生活垃圾填埋处理过程是厌氧处理过程，厌氧处理过程是由微生物共生体的活性完成的，其中包括多种微生物和中间步骤。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成复杂的生态系统。生活垃圾(复杂有机化合物)的厌氧降解过程可以被分为四个阶段；水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。每个阶段的任务都由特定的微生物菌群来完成—水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌以及产甲烷菌群。总之，厌氧生物代谢过程是由微生物将物质进行串联传递的过程，要想阻止甲烷气体的产生，必须将产生甲烷的菌群抑制，于是就有人根据甲烷菌在恶劣环境中无法形成芽孢进行自我保护的特点，采用加热、控制pH值、微波、紫外等方法将甲烷菌杀死，但其操作复杂，不适合用它们对生活垃圾填埋场中甲烷菌进行抑制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能抑制填埋场中生活垃圾厌氧消化过程中甲烷菌的活性的添加剂组分。

为了达到上述目的，本发明找到了一种能够有效抑制甲烷菌活性的混合物，将它们作为生活垃圾的添加剂能抑制厌氧消化过程中甲烷菌的活性，使厌氧消化过程不再产生甲烷气体，而是将有机碳转入到液相中，这样可以对收集到的液相集中处理，避免了释放甲烷造成的温室效应。

该添加剂由易于生物降解，不会对环境造成二次污染的阴离子表面活性剂LAS、偏硅酸钠和由河北省邢台新欣翔宇生物工程有限公司提供的型号为2709的碱性蛋白酶(10万单位)和型号为7658的中温淀粉酶(3000单位)按如下的质量百分比组成。

阴离子表面活性剂LAS           46％～50％

偏硅酸钠                      49％～52％

酶                            1％～2％

其中，酶的组分和含量如下：

2709碱性蛋白酶(10万单位)              45％～55％

7658中温淀粉酶(3000单位)              45％～55％

本发明具有如下的优点：

1.将本发明的添加剂按5％(m/m，添加剂/生活垃圾)投入生活垃圾中，与生活垃圾混合均匀，厌氧消化过程开始后，甲烷菌的活性能够在添加剂的作用下被有效抑制，阻断了厌氧消化过程甲烷的产生，使生活垃圾的厌氧消化在第三阶段—产乙酸阶段就停止。在反应的初期，体系经过水解酸化后，pH会下降至5.0左右，随后，体系转为液相消化，即有机物不会再转化为气体，而是生成小分子的有机酸转移到液相，使生活垃圾固体物质液化，加速了垃圾的降解速度。

2.由于LAS能够有效抑制甲烷菌的活性，酶能够加速有机物的水解，偏硅酸钠对体系pH值的调解能力最强，因此由上述组分经合理配方得到的本发明的添加剂的抑制甲烷效果好。

3.本发明所使用的阴离子表面活性剂LAS是易于生物降解的，不会对环境造成污染。且阴离子表面活性剂LAS、偏硅酸钠和两种酶价廉、易得，因此应用成本低廉。

4.将本发明的添加剂加入中小型填埋场，可以将产生的渗滤液收集后集中处理，避免了填埋过程中产生的甲烷对环境的危害，避免了释放甲烷造成的温室效应。

附图说明

图1为本发明实施的工艺流程图

图2为添加剂各组分含量与抑制甲烷效果曲线图

图3添加剂各组分含量不同时厌氧反应进料和出料溶液中SCOD浓度变化的柱形图

图4厌氧反应进料和出料含水率变化的柱形图

图5加入不同量添加剂时厌氧反应进料和出料溶液中SCOD浓度变化的柱形图

图6厌氧反应进料和出料的COD在固、液、气三相中的分配的柱形图

具体实施方式

实施例1

请参阅附图1、2和3。

本发明的添加剂的组分和含量是通过两步实验进行核定的。第一步(最初的实验)是各组分单独进行实验，结果表明，LAS能够有效抑制甲烷菌的活性，酶能够加速有机物的水解，偏硅酸钠对体系pH值的调解能力最强，但其最佳组合由以下第二步实验来确定(生活垃圾中加入污泥的目的是可以加快甲烷化)：

称取破碎后的生活垃圾(干重)5.0g，污泥2.0g(干重)共7.0g(干重)放入250mL血清瓶中，然后加入蒸馏水调整含水率为90％。为保证反应在厌氧的条件下进行，分别称取如下面的表1所列的含不同质量百分比的阴离子表面活性剂LAS、偏硅酸钠和酶组成的7种添加剂共7份，每份0.35g，其中的酶由45％～55％2709碱性蛋白酶(10万单位)和45％～55％7658中温淀粉酶(3000单位)混合而成，然后将添加剂分别加入血清瓶中，冲入氮气30s，将血清瓶上方的空气赶净(模拟生活垃圾填埋场的厌氧状态)，用排饱和食盐水法收集气体，同时用气相色谱测定气体中的各个组分及其含量。具体的实验结果见图2所示。

表1 为7种不同含量LAS、偏硅酸钠和酶组成的添加剂

 

添加剂体系	1	2	3	4	5	6	7
								LAS(％)	30	35	40	43	46	48	50
偏硅酸钠(％)	69	64	58	55	52	51	49
								酶(％)	1	1	2	2	2	1	1

从图2可知1～7的7组添加剂体系中1～4组产生了甲烷气体，而5～7中没有检测到甲烷的存在，所以图2中无法显示。因此，根据上述实验结果得知，5～7组添加剂的组分含量比例是可取的，可以确定添加剂的3种组分含量的比例范围为：LAS的含量在46％～50％，偏硅酸钠的含量在49％～50％，酶的含量为1％～2％。

从图3添加剂各组分含量不同时厌氧反应液相进料和出料溶液中的SCOD浓度变化的柱形图可知：7组实验中的SCOD浓度均增大，但是，对于不产甲烷气体的5～7组来说，SCOD浓度相对更大，即有机物转移到了液相中，而不是以气体—甲烷的形式释放到大气中。

实施例2

请参阅附图1、4、5和6。

称取破碎后的生活垃圾和污泥共7.0g(干重，其中，生活垃圾：污泥＝55％～100％：0～45％质量百分比)，放入250mL血清瓶中，然后加入蒸馏水调整含水率为90％，再加入生活垃圾和污泥总量的0％、2.50％……10％8种不同重量的本发明的添加剂，为保证反应在厌氧的条件下进行，加料结束后，冲入氮气30s，将血清瓶上方的空气赶净(模拟生活垃圾填埋场的厌氧状态)，用排饱和食盐水法收集气体，同时用气相色谱测定气体中的各个组分及其含量。在反应的初期，检测到体系内有少量氢气产生，随着反应的进行，pH急剧下降(5.0左右)，体系转为液相消化，不再产生气体，而是有机碳从固相中经过水解酸化后生成可溶性的小分子物质转移到液相中，在整个实验过程中，没有检测到甲烷。具体的实验数据如图4、5和6所示。图4反应进料和出料含水率的变化的柱形图，从图中可以看出，厌氧反应后，体系的含水率均增大，当比例超过3.75％时，含水率增大的比例较大。

由图5加入不同量添加剂时厌氧时反应进料和出料溶液中SCOD浓度的变化的柱形图可知，在添加剂的比例为5％时，SCOD浓度最大，这说明水解的效率是最好的，也就是说有机物转移到液相中的比例是最大的。

将图6厌氧反应进料和出料的COD在固、液、气三相中的分配的柱形图与图5相对应，当添加剂比例为5％时，有机物大部分都转移到液相中，只有少部分以二氧化碳的形式释放到大气中。

根据上面的实验结果，可以得出以下结论，在实验时间内，加入添加剂，经过厌氧消化后，有机物大部分都转移到液相中，一小部分变成气体溢出。其中，当添加剂的加入量为生活垃圾干重的5％时，液相中COD的浓度最大，释放到大气中的气体的体积最小。

Claims (1)

1.一种能抑制生活垃圾填埋场甲烷菌活性的添加剂，其特征在于：

组分                         质量百分比含量

阴离子表面活性剂LAS          46％～50％

偏硅酸钠                     49％～52％

酶                           1％～2％

其中，酶的组分和含量如下：

10万单位2709碱性蛋白酶       45％～55％

3000单位7658中温淀粉酶       45％～55％。

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