CN110605290B - 一种甲烷减排结构及其在填埋场气体净化领域的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于垃圾填埋技术领域，尤其涉及一种甲烷减排结构及其在填埋场气体净化领域的应用。本发明提供了一种甲烷减排结构，由上到下的结构为：第一覆土层、生物炭‑覆土复合层、通气层及第二覆土层，通气层用于向生物炭‑覆土复合层供氧。本发明还提供了一种上述甲烷减排结构在填埋场气体净化领域的应用。本发明中，生物炭‑覆土混合层的上方和下方均为覆土层，可有效降低生物炭的使用量，从而降低甲烷处理成本，通气层向生物炭‑覆土复合层供氧，提高对甲烷的处理效率，对甲烷氧化率可达94％以上，高于现有的生物炭改性填埋场覆土的甲烷减排结构；解决了现有技术中，生物炭改性填埋场覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷。

Description

一种甲烷减排结构及其在填埋场气体净化领域的应用
技术领域
本发明属于垃圾填埋技术领域，尤其涉及一种甲烷减排结构及其在填埋场气体净化领域的应用。
背景技术
垃圾填埋场所释放的填埋气主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，是第三大人为甲烷排放源。我国大多数垃圾填埋场，特别是中小型老旧填埋场，都未配备填埋气体收集装置，垃圾产生的大量填埋气无组织排放到大气环境中，对环境造成巨大影响。
众所周知，CO2是全球排放量最大的温室气体，而CH4一百年的全球变暖效应是CO2的25倍，填埋场排放的CH4量日益升高，如何经济、高效地处理城市生活垃圾填埋场的甲烷排放是亟待解决的社会与环境问题之一。
现有技术中，填埋场产生的CH4可以通过生物覆盖系统中的微生物进行甲烷氧化来缓解，是目前减少填埋场甲烷排放最为主要和经济有效的方式。其中，生物炭可改性填埋场覆土而提高其甲烷氧化能力，已被报道的生物炭-覆土的混合技术及其缺陷为：(1)整个覆土层都混合生物炭。但由于覆土层一般在1～2m左右，全部混合生物炭需要大量人力物力；(2)只在顶部混合生物炭，这种混合方式对覆土甲烷氧化反而有负面作用；(3)在中上部填一层纯生物炭，这种填埋方式反而不利于甲烷氧化，因为生物炭具有良好的持水能力，将水分富集起来，空气更加难以下渗。
因此，研发出一种甲烷减排结构，用于解决现有技术中，生物炭改性填埋场覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种甲烷减排结构，用于解决现有技术中，生物炭改性填埋场覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷。
本发明提供了一种甲烷减排结构，所述甲烷减排结构由上到下的结构为：第一覆土层、生物炭-覆土复合层、通气层及第二覆土层，所述通气层用于向所述生物炭-覆土复合层供氧；
所述甲烷减排结构设置于待处理甲烷释放层的上方。
优选地，以填埋高度计，所述第一覆土层、生物炭-覆土复合层、第二覆土层的高度比为1:2:(4～5)。
优选地，所述生物炭-覆土复合层中，以质量份计，生物炭和覆土的质量比为(2～4):100。
优选地，所述生物炭-覆土复合层的孔隙度为0.30～0.40，含水率为13％～15％，pH为7.5～8.5。
优选地，所述第一覆土层的孔隙度为0.30～0.40，含水率为10％～13％，pH为6.5～7.5。
优选地，所述第二覆土层的孔隙度为0.30～0.40，含水率为10％～13％，pH为6.5～7.5。
优选地，所述供氧的氧源为空气，所述通气层的通气量为0.6～1.0L空气/m3覆土/天。
优选地，所述甲烷减排结构还包括：导气层，所述导气层设置于所述生物炭-覆土复合层与第二覆土层之间，所述通气层通过所述导气层为所述生物炭-覆土复合层供氧；
所述导气层用于使所述生物炭-覆土复合层的含氧量均匀。
优选地，所述导气层为土工布和/或土工隔栅。
优选地，所述甲烷减排结构还包括：保温层和/或保湿层，所述保温层和/或保湿层设置于所述第一覆土层的上方。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的甲烷减排结构在填埋场气体净化领域的应用。
综上所述，本发明提供了一种甲烷减排结构，所述甲烷减排结构由上到下的结构为：第一覆土层、生物炭-覆土复合层、通气层及第二覆土层，所述通气层用于向所述生物炭-覆土复合层供氧；所述甲烷减排结构设置于待处理甲烷释放层的上方。本发明还提供了一种上述甲烷减排结构在填埋场气体净化领域的应用。本发明提供的技术方案中，生物炭-覆土混合层的上方和下方均为覆土层，可有效降低生物炭的使用量，从而降低甲烷处理成本，通气层向生物炭-覆土复合层供氧，可显著提高对于甲烷的处理效率；进一步经检测可得，本发明提供的甲烷减排结构，对于甲烷的氧化率可达94％以上，高于现有的生物炭-覆土甲烷减排结构。本发明提供的一种甲烷减排结构，解决了现有技术中，生物炭-覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的技术方案中，一种甲烷减排结构的结构示意图；
其中，第一覆土层1、生物炭-覆土复合层2、通气层3、第二覆土层4、导气层5、保温层6、保湿层7以及待处理甲烷释放层8。
具体实施方式
本发明实施例及提供了一种甲烷减排结构，用于解决现有技术中，生物炭-覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的一种甲烷减排结构，进行具体地描述。
请参阅图1，本发明提供了一种甲烷减排结构，由上到下的结构为：第一覆土层1、生物炭-覆土复合层2、通气层3及第二覆土层4，通气层3用于向生物炭-覆土复合层2供氧；甲烷减排结构设置于待处理甲烷释放层8(在实际应用中，可以是垃圾填埋层)的上方。本发明实施例提供的一种甲烷减排结构，解决了现有技术中，生物炭-覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷。
本发明实施例提供的技术方案中，生物炭-覆土复合层2可对甲烷起到氧化作用；同时，由于在甲烷的氧化过程中，需要氧气的参与，通过通气层3向生物炭覆土复合层供氧，可确保甲烷在经过生物炭-覆土复合层2时，有充足的供氧可以确保甲烷被充分的氧化；进一步经检测可得，本发明提供的甲烷减排结构，对于垃圾填埋场所产生的甲烷，其氧化率可达94％以上，有效避免了甲烷的释放。
同时，甲烷减排结构中，生物炭-覆土复合层2的上方和下方均为覆土层，生物炭-覆土复合层2上方的第一覆土层1，可有效防止生物炭-覆土复合层2中的生物炭受到外界环境的影响而发生损耗，且可以避免甲烷氧化过程中产生的负面影响；生物炭-覆土复合层2下方的第二覆土层4，可将生物炭-覆土复合层2与垃圾填埋区域产生隔离，防止生物炭-覆土复合层2被垃圾污染后影响其对甲烷的氧化效果。
第三，生物炭-覆土复合层2与纯生物炭层相比，具有良好的输水能力及孔隙率，可使得水、空气等顺畅通过，不会造成水的富集而影响生物炭对甲烷的氧化效果。
第四，本发明实施例的结构设计，在对甲烷实现充分氧化的同时，减少了生物炭的用量，有效降低了对于甲烷的减排成本。
进一步地优化技术方案，兼顾以降低甲烷减排成本及确保良好的氧化能力，避免甲烷未经充分氧化就排出，本发明实施例提供的一种甲烷减排结构中，以填埋高度计，第一覆土层1、生物炭-覆土复合层2、第二覆土层4的高度比为1:2:(4～5)。
为有效确保对于甲烷的氧化效果，同时，防止由于生物炭含量过高而导致的持水能力过高，影响氧气的通过而对甲烷的氧化产生不利影响，本发明实施例提供的技术方案中，生物炭-覆土复合层2中，以质量份计，生物炭和覆土的质量比为(2～4):100。
在本发明实施例提供的技术方案中，既要确保甲烷气体可以持续的通过甲烷减排结构，同时，还不能通过速度太慢，影响甲烷的氧化效率，第三，还需兼顾氧气的顺畅通过，因此，本发明提供的一种甲烷减排结构中，生物炭-覆土复合层2的孔隙度为0.30～0.40，含水率为13％～15％，pH为7.5～8.5。
同理，既要有效确保甲烷氧化后生成的二氧化碳可以顺利排出，又需兼顾甲烷不能未经充分氧化就排出，本发明实施例提供的技术方案中，第一覆土层1的孔隙度为0.30～0.40，含水率为10％～13％，pH为6.5～7.5。
同理，本发明提供的一种甲烷减排结构中，第二覆土层4的孔隙度为0.30～0.40，含水率为10.0％～13.0％，pH为6.5～7.5。
为给甲烷在生物炭-覆土复合层2的氧化提供充足的氧气，同时，兼顾通气的安全性及成本低廉，本发明实施例提供的技术方案中，供氧的氧源为空气，通气层3的通气量为0.6～1.0L空气/m3覆土/天。
通气层3通入氧气时，由于生物炭-覆土复合层2为一孔隙度处于预设区间范围的结构，无法确保通气层3通入的氧在生物炭-覆土复合层2的各个位置浓度相同，因此，可能就会导致生物炭-覆土复合层2的部分位置由于含氧量充足而甲烷氧化的效果好，部分位置由于含氧量不足而甲烷氧化的效果差，因此，为确保生物炭-覆土复合层2各处的含氧量平均且足量，以确保生物炭-覆土复合层2对于甲烷的良好处理效果，本发明实施例提供的一种甲烷减排结构还包括：导气层5，导气层5设置于生物炭-覆土复合层2与第二覆土层4之间，通气层3通过导气层5为生物炭-覆土复合层2供氧；导气层5用于使生物炭-覆土复合层2的含氧量均匀。
在有效确保导气层5良好的导气效果的基础上，同时兼顾导气层5价格低廉、施工时易于铺设的设计需求，本发明实施例提供的技术方案中，导气层5为土工布和/或土工隔栅。
在生物炭-覆土复合层2工作时，为达到其最大处理效果，有一个预设的适宜工作环境，为有效避免外界温度、湿度等因素的变化而造成的甲烷处理效果的变化，保证甲烷减排结构可以一直高效的进行甲烷的氧化，本发明实施例提供的一种甲烷减排结构还包括：保温层6和/或保湿层7，保温层6和/或保湿层7设置于第一覆土层1的上方。在实际应用的过程中，保温层6和/或保湿层7可以是草皮，既有着良好的保温和/或保湿效果，同时还可以起到美化景观的作用。
本发明提供的甲烷减排结构，可应用于填埋场气体净化领域，与现有的垃圾填埋场对于甲烷的无序随机释放相比，可有效减少甲烷的释放量，进一步减轻大气温室效应。
综上所述，本发明提供了一种甲烷减排结构及其在填埋场气体净化领域的应用，所述甲烷减排结构由上到下的结构为：第一覆土层、生物炭-覆土复合层、通气层及第二覆土层，所述通气层用于向所述生物炭-覆土复合层供氧；所述甲烷减排结构设置于待处理甲烷释放层的上方。本发明还提供了一种上述甲烷减排结构在填埋场气体净化领域的应用。本发明提供的技术方案中，生物炭-覆土混合层的上方和下方均为覆土层，可有效降低生物炭的使用量，从而降低甲烷处理成本，通气层向生物炭-覆土复合层供氧，可显著提高对于甲烷的处理效率；进一步经检测可得，本发明提供的甲烷减排结构，对于甲烷的氧化率可达94％以上，高于现有的生物炭-覆土的甲烷减排结构。本发明提供的一种甲烷减排结构及其在填埋场气体净化领域的应用，解决了现有技术中，生物炭改性填埋场覆土处理甲烷存在着无法兼顾低成本和良好处理效果的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种甲烷减排结构，其特征在于，所述甲烷减排结构由上到下的结构为：第一覆土层、生物炭-覆土复合层、通气层及第二覆土层，所述通气层用于向所述生物炭-覆土复合层供氧；
所述甲烷减排结构设置于待处理甲烷释放层的上方；
以填埋高度计，所述第一覆土层、生物炭-覆土复合层、第二覆土层的高度比为1:2:(4～5)；
所述生物炭-覆土复合层中，以质量份计，生物炭和覆土的质量比为(2～4):100；
所述生物炭-覆土复合层的孔隙度为0.30～0.40，含水率为13％～15％，pH为7.5～8.5；
所述第一覆土层的孔隙度为0.30～0.40，含水率为10％～13％，pH为6.5～7.5；
所述第二覆土层的孔隙度为0.30～0.40，含水率为10％～13％，pH为6.5～7.5；
所述供氧的氧源为空气，所述通气层的通气量为0.6～1.0L空气/m3覆土/天；
所述甲烷减排结构还包括：导气层，所述导气层设置于所述生物炭-覆土复合层与所述通气层之间，所述通气层通过所述导气层为所述生物炭-覆土复合层供氧；
所述导气层用于使所述生物炭-覆土复合层的含氧量均匀。
2.根据权利要求1所述的甲烷减排结构，其特征在于，所述甲烷减排结构还包括：保温层和/或保湿层，所述保温层和/或保湿层设置于所述第一覆土层的上方。
3.一种包括权利要求1至2任意一项所述的甲烷减排结构在填埋场气体净化领域的应用。
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