一種稻田土壤與腐熟堆肥混合型甲烷生物濾料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲焼生物濾料，屬于環(huán)境污染控制技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，由于全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與人類活動(dòng)的加劇，大量二氧化碳、氧化亞氮、甲焼等 氣體排入大氣中。其中邸4是溫室效應(yīng)僅次于C〇2的一種溫室氣體，對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)約占 15%，是導(dǎo)致全球變暖的重要因素之一。因此，有效控制或減少邸4的人為排放成為減緩溫 室效應(yīng)的關(guān)鍵之一。
[0003] 為減低邸4的排放，國(guó)內(nèi)外的研究者們做了大量的嘗試。目前，邸4減排技術(shù)主要有 邸4氣體能源回收、火炬焚燒W及生物氧化技術(shù)。甲焼生物氧化是一種潛在的低成本邸4減 排技術(shù)，其核必就是低價(jià)、高效、穩(wěn)定性強(qiáng)的甲焼生物濾料。研究表明，填埋場(chǎng)覆蓋±、花園 泥±等多類±壤及腐熟堆肥等材料都具有自發(fā)性的甲焼生物氧化能力。其中，±壤被認(rèn)為 是最為廉價(jià)的甲焼生物濾料，但不同來(lái)源±壤的CH4去除性能差異顯著，大多數(shù)±壤的CH4 去除性能較差。稻田是大氣邸4的重要排放源，全球稻田甲焼年排放量為30Tg，可占大氣 甲焼來(lái)源的39%~51%。稻田CH4排放是稻田±壤中CH4的產(chǎn)生、氧化W及向大氣傳輸送 3個(gè)過(guò)程相互作用的結(jié)果，盡管稻田±壤^淹水還原條件為主，但在±水界面及根±界面也 存在氧化區(qū)域，導(dǎo)致稻田中產(chǎn)生的邸4在排放至大氣前，約90%已被距±表0~10cm±層 中的甲焼營(yíng)養(yǎng)菌所氧化。因此，表層（距±表〇~10cm的±層）稻田±壤是天然高效的甲 焼微生物的天然接種菌劑，垃圾填埋場(chǎng)目前也把±壤作為垃圾填埋場(chǎng)作業(yè)面的覆蓋±和終 場(chǎng)覆蓋±，缺點(diǎn)是稻田±壤使用量略大，故占體積較高，孔隙度稍差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲焼生物濾料，本發(fā)明所提 供的甲焼生物濾料由稻田±壤和腐熟堆肥相結(jié)合，添加了氮源，明顯提高了濾料的甲焼去 除率，并且顯著增強(qiáng)了濾料在相同內(nèi)甲焼去除能力。
[0005] 本發(fā)明提供的甲焼生物濾料，由稻田±壤、腐熟堆肥和氮源組成；所述氮源可為倭 態(tài)氮和硝態(tài)氮；
[0006] 所述稻田±壤與所述腐熟堆肥的質(zhì)量比可為50~100 ;0~50,但所述稻田±壤 的添加量不為100,所述腐熟堆肥的添加量不為零；
[0007] 所述倭態(tài)氮的添加量可為0~lOOmg/Kg所述甲焼生物濾料，但不為零；
[0008] 所述硝態(tài)氮的添加量可為0~200mg/Kg所述甲焼生物濾料，但不為零；
[0009] 所述倭態(tài)氮和所述硝態(tài)氮的添加量均W氮元素的量計(jì)；
[0010] 所述甲焼生物濾料的質(zhì)量含水率可為20%~50%。
[0011]上述的甲焼生物濾料，所述稻田±壤可為常年種植水稻的±壤，具體可為取自新 疆石河子市北湖的稻田±壤；
[0012] 所述"常年種植水稻的±壤"指的是連續(xù)種植水稻5年W上的±壤。
[0013] 上述的甲焼生物濾料，所述稻田±壤為淹水期時(shí)，采集±層深度可為0~10cm的 表層±壤。
[0014] 上述的甲焼生物濾料，所述稻田±壤的粒徑不大于2mm。
[0015] 上述的甲焼生物濾料，所述腐熟堆肥可為由作物枯桿與畜禽糞便經(jīng)堆制腐解得到 的腐熟堆肥；
[0016] 所述作物枯桿為玉米枯桿、麥枯、稻草、豆枯或油菜枯；
[0017] 所述作物枯桿與畜禽糞便質(zhì)量比可為3~10 ;1，具體可為6;1。
[0018] 上述的甲焼生物濾料，所述堆制腐解的過(guò)程如下：由所述作物枯桿和所述畜禽糞 便混合得到堆體，在通風(fēng)或翻堆條件下，該堆體自發(fā)升溫至5(TCW上維持5~7天；然后不 再通風(fēng)或者翻堆，經(jīng)過(guò)二次發(fā)酵堆至完全腐熟即可，二次發(fā)酵的時(shí)間可為10~20天。
[0019] 上述的甲焼生物濾料，所述腐熟堆肥的粒徑不大于2mm。
[0020] 上述的甲焼生物濾料，所述倭態(tài)氮WNH4CI或（畑4)2SO4的形式添加；
[0021] 所述硝態(tài)氮WKN03、NaN〇3或CaN〇3的形式添加。
[0022] 上述的甲焼生物濾料，由所述稻田±壤、所述腐熟堆肥、所述倭態(tài)氮和所述硝態(tài)氮 組成；
[002引所述稻田±壤與所述腐熟堆肥的質(zhì)量比為80~100 ;0~20、90 ;10或80 ;20,但 所述稻田±壤的添加量不為100,所述腐熟堆肥的添加量不為零；
[0024] 所述倭態(tài)氮的添加量可為25~lOOmg/Kg所述甲焼生物濾料；
[0025] 所述硝態(tài)氮的添加量為25~150mg/Kg所述甲焼生物濾料；
[0026] 所述甲焼生物濾料的質(zhì)量含水率為20%~40%、20%~30 %、30 %~40%、20%、 30%或 40%。
[0027] 上述的甲焼生物濾料，由所述稻田±壤、所述腐熟堆肥、所述倭態(tài)氮和所述硝態(tài)氮 組成；
[0028] 所述稻田±壤與所述腐熟堆肥的質(zhì)量比可為90;10;
[0029] 所述倭態(tài)氮的添加量可為25mg/Kg所述甲焼生物濾料；
[0030] 所述硝態(tài)氮的添加量可為50mg/Kg所述甲焼生物濾料；
[0031] 所述甲焼生物濾料的質(zhì)量含水率可為30%。
[0032] 制備本發(fā)明所述甲焼生物濾料時(shí)，可按照如下步驟進(jìn)行：
[0033] 將所述腐熟堆肥添加到所述稻田±壤中，得到所述稻田±壤和所述腐熟堆肥的混 合物；調(diào)整含水率，然后加入所述倭態(tài)氮和所述硝態(tài)氮，即得到所述甲焼生物濾料。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0035] (1)本發(fā)明所提供的甲焼生物濾料將天然的生物濾料稻田±壤和富含微生物的腐 熟堆肥相結(jié)合，添加了氮源，能夠明顯提高濾料的甲焼去除率，并且在相同內(nèi)能顯著提高濾 料的甲焼去除能力。
[0036] (2)本發(fā)明所提供的甲焼生物濾料可有效地對(duì)甲焼進(jìn)行生物氧化，其制備方法簡(jiǎn) 單、易行，在溫室氣體甲焼的減排方面具有重大的實(shí)踐意義和應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中稻田±壤、腐熟堆肥W及稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲 焼濾料對(duì)濾料中甲焼去除率隨時(shí)間的變化曲線，其中圖1(a)為第一次充氣對(duì)濾料中甲焼 去除率隨時(shí)間的變化曲線，圖1(b)為第二次充氣對(duì)濾料中甲焼去除率隨時(shí)間的變化曲線。
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲焼濾料中稻田±壤與腐熟 堆肥混合比例對(duì)濾料中甲焼去除率的影響。
[0039] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲焼濾料中含水率對(duì)濾料中 甲焼去除率的影響。
[0040] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲焼濾料中倭態(tài)氮的添加量 對(duì)濾料中甲焼去除率的影響。
[0041] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中稻田±壤與腐熟堆肥混合型甲焼濾料中硝態(tài)氮的添加量 對(duì)濾料中甲焼去除率的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
[0043] 下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0044] 下述實(shí)施例中的稻田±壤，簡(jiǎn)寫為PS，取自新疆石河子市北湖周邊的稻田（連續(xù) 10年種植水稻的稻田±壤），淹水期采集±層深度為0~10cm的表層±壤，經(jīng)自然風(fēng)干、磨 細(xì)、過(guò)篩（2mm)處理后備用。
[0045] 下述實(shí)施例中的腐熟堆肥，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)C，為中國(guó)農(nóng)大資環(huán)學(xué)院固體廢棄物處置實(shí) 驗(yàn)室自制腐熟堆肥，具體是由玉米枯桿與豬糞（兩者的質(zhì)量比為6:1)制得，堆制腐解的 過(guò)程如下；由玉米枯桿和豬糞混合得到堆體，在通風(fēng)條件下，該堆體自發(fā)升溫至5(TC W上 后維持5天；然后不再進(jìn)行翻堆，經(jīng)過(guò)18天的二次發(fā)酵達(dá)到完全腐熟，符合有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn) NY525-2012;然后經(jīng)自然風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩（2mm)處理后備用。
[0046] 下述實(shí)施例中各種參數(shù)的檢測(cè)方法如下：
[0047] 甲焼的測(cè)定；細(xì)4分析用氣相色譜法測(cè)定，采用日本島津公司的GC-2010型氣相色 譜儀，F(xiàn)ID檢測(cè)器，載氣為氮?dú)猓d氣流量為400mL/min，色譜柱為10%PEG-20M柱，檢測(cè)器、 柱箱、進(jìn)樣口溫度分別為22(TC、7(TC和20(TC，進(jìn)樣量為100μL。利用峰面積法對(duì)邸4含量 進(jìn)行定量，計(jì)算公式如下：
[004引 Cx=[(C標(biāo)Xhx)A標(biāo)]Χ100
[004引式中；。為被測(cè)樣品中細(xì)4的濃度（％，V/V) ;C標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)氣體中細(xì)4的濃度（％，V/V);h標(biāo)為標(biāo)樣細(xì)4的峰面積屯為被測(cè)樣品的細(xì)4峰面積。
[0050] 含水率的測(cè)定；用精密天平測(cè)定干燥表面皿質(zhì)量為叫（精確到O.OOOlg)，然后取 樣品少許放入表面皿內(nèi)，測(cè)得表面皿與濕樣品的總質(zhì)量m2,將其放入烘箱內(nèi)，于65°C下烘干 至恒重，取出表面皿置于干燥器中冷卻，測(cè)得表面皿與干樣品的總質(zhì)量m3。根據(jù)下列公式計(jì) 算出含水率（％ )
[0051] (% ) = [ (η?2-η?3) / (η?2-η?ι) ] X 100
[0052] 總碳及總氮的測(cè)定；將樣品置于105°C烘箱中烘制化，稱取樣品lOOmg，利用元素 分析儀，測(cè)定樣品中的總碳及總氮的含量。
[0053]倭態(tài)氮及硝態(tài)氮的測(cè)定：稱取樣品10.Og，加入2mol/LKC1溶液，按1 ;5固液比進(jìn) 行浸提，混合物振蕩30min后，靜置lOmin后，過(guò)濾。取濾液3mU利用流動(dòng)分析儀，測(cè)定硝態(tài) 氮（銅領(lǐng)柱還原法）與倭態(tài)氮（說(shuō)酪藍(lán)比色法）的含量。
[0054] 化及化的測(cè)定：
[0055] (1)稱樣、消解
[0056] 稱取0. 5000g的樣品于聚四氣己帰的消解管中，加入10血的濃硝酸，用CEM微波 消解儀消解45min。消解溫度要達(dá)到19(TC左右。
[0057] 似趕酸、定容
[005引將消解好的樣品，轉(zhuǎn)入錐形瓶，在電熱板上加熱趕酸，待錐形瓶中樣品還剩5mL左 右時(shí)加入2mL的高氯酸，繼續(xù)加熱，直到大量白煙出現(xiàn)，并消失。最后加入待溶液冷卻加入 ImL優(yōu)級(jí)純的氨氣酸，樣品變成灰白色后，將其轉(zhuǎn)入50mL的容量瓶，用2%HN03定容，搖勻， 靜置澄清，待測(cè)。
[00則做配置標(biāo)準(zhǔn)溶液，待測(cè)樣測(cè)定
[0060]用移液管吸取1. OOmLlOOmg/L的重金屬標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，定容稀釋至lOug/mL的標(biāo)準(zhǔn) 使用液，然后分別吸取0.00血、1.00血、2.00血、3.0