一种稻田土壤与腐熟堆肥混合型甲烷生物滤料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲焼生物滤料，属于环境污染控制技 术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于全球经济增长与人类活动的加剧，大量二氧化碳、氧化亚氮、甲焼等 气体排入大气中。其中邸4是温室效应仅次于C〇2的一种温室气体，对温室效应的贡献约占 15%，是导致全球变暖的重要因素之一。因此，有效控制或减少邸4的人为排放成为减缓温 室效应的关键之一。
[0003] 为减低邸4的排放，国内外的研究者们做了大量的尝试。目前，邸4减排技术主要有 邸4气体能源回收、火炬焚烧W及生物氧化技术。甲焼生物氧化是一种潜在的低成本邸4减 排技术，其核必就是低价、高效、稳定性强的甲焼生物滤料。研究表明，填埋场覆盖±、花园 泥±等多类±壤及腐熟堆肥等材料都具有自发性的甲焼生物氧化能力。其中，±壤被认为 是最为廉价的甲焼生物滤料，但不同来源±壤的CH4去除性能差异显著，大多数±壤的CH4 去除性能较差。稻田是大气邸4的重要排放源，全球稻田甲焼年排放量为30Tg，可占大气 甲焼来源的39%~51%。稻田CH4排放是稻田±壤中CH4的产生、氧化W及向大气传输送 3个过程相互作用的结果，尽管稻田±壤^淹水还原条件为主，但在±水界面及根±界面也 存在氧化区域，导致稻田中产生的邸4在排放至大气前，约90%已被距±表0~10cm±层 中的甲焼营养菌所氧化。因此，表层（距±表〇~10cm的±层）稻田±壤是天然高效的甲 焼微生物的天然接种菌剂，垃圾填埋场目前也把±壤作为垃圾填埋场作业面的覆盖±和终 场覆盖±，缺点是稻田±壤使用量略大，故占体积较高，孔隙度稍差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲焼生物滤料，本发明所提 供的甲焼生物滤料由稻田±壤和腐熟堆肥相结合，添加了氮源，明显提高了滤料的甲焼去 除率，并且显著增强了滤料在相同内甲焼去除能力。
[0005] 本发明提供的甲焼生物滤料，由稻田±壤、腐熟堆肥和氮源组成；所述氮源可为倭 态氮和硝态氮；
[0006] 所述稻田±壤与所述腐熟堆肥的质量比可为50~100 ;0~50,但所述稻田±壤 的添加量不为100,所述腐熟堆肥的添加量不为零；
[0007] 所述倭态氮的添加量可为0~lOOmg/Kg所述甲焼生物滤料，但不为零；
[0008] 所述硝态氮的添加量可为0~200mg/Kg所述甲焼生物滤料，但不为零；
[0009] 所述倭态氮和所述硝态氮的添加量均W氮元素的量计；
[0010] 所述甲焼生物滤料的质量含水率可为20%~50%。
[0011]上述的甲焼生物滤料，所述稻田±壤可为常年种植水稻的±壤，具体可为取自新 疆石河子市北湖的稻田±壤；
[0012] 所述"常年种植水稻的±壤"指的是连续种植水稻5年W上的±壤。
[0013] 上述的甲焼生物滤料，所述稻田±壤为淹水期时，采集±层深度可为0~10cm的 表层±壤。
[0014] 上述的甲焼生物滤料，所述稻田±壤的粒径不大于2mm。
[0015] 上述的甲焼生物滤料，所述腐熟堆肥可为由作物枯杆与畜禽粪便经堆制腐解得到 的腐熟堆肥；
[0016] 所述作物枯杆为玉米枯杆、麦枯、稻草、豆枯或油菜枯；
[0017] 所述作物枯杆与畜禽粪便质量比可为3~10 ;1，具体可为6;1。
[0018] 上述的甲焼生物滤料，所述堆制腐解的过程如下：由所述作物枯杆和所述畜禽粪 便混合得到堆体，在通风或翻堆条件下，该堆体自发升温至5(TCW上维持5~7天；然后不 再通风或者翻堆，经过二次发酵堆至完全腐熟即可，二次发酵的时间可为10~20天。
[0019] 上述的甲焼生物滤料，所述腐熟堆肥的粒径不大于2mm。
[0020] 上述的甲焼生物滤料，所述倭态氮WNH4CI或（畑4)2SO4的形式添加；
[0021] 所述硝态氮WKN03、NaN〇3或CaN〇3的形式添加。
[0022] 上述的甲焼生物滤料，由所述稻田±壤、所述腐熟堆肥、所述倭态氮和所述硝态氮 组成；
[002引所述稻田±壤与所述腐熟堆肥的质量比为80~100 ;0~20、90 ;10或80 ;20,但 所述稻田±壤的添加量不为100,所述腐熟堆肥的添加量不为零；
[0024] 所述倭态氮的添加量可为25~lOOmg/Kg所述甲焼生物滤料；
[0025] 所述硝态氮的添加量为25~150mg/Kg所述甲焼生物滤料；
[0026] 所述甲焼生物滤料的质量含水率为20%~40%、20%~30 %、30 %~40%、20%、 30%或 40%。
[0027] 上述的甲焼生物滤料，由所述稻田±壤、所述腐熟堆肥、所述倭态氮和所述硝态氮 组成；
[0028] 所述稻田±壤与所述腐熟堆肥的质量比可为90;10;
[0029] 所述倭态氮的添加量可为25mg/Kg所述甲焼生物滤料；
[0030] 所述硝态氮的添加量可为50mg/Kg所述甲焼生物滤料；
[0031] 所述甲焼生物滤料的质量含水率可为30%。
[0032] 制备本发明所述甲焼生物滤料时，可按照如下步骤进行：
[0033] 将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；调整含水率，然后加入所述倭态氮和所述硝态氮，即得到所述甲焼生物滤料。
[0034] 与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0035] (1)本发明所提供的甲焼生物滤料将天然的生物滤料稻田±壤和富含微生物的腐 熟堆肥相结合，添加了氮源，能够明显提高滤料的甲焼去除率，并且在相同内能显著提高滤 料的甲焼去除能力。
[0036] (2)本发明所提供的甲焼生物滤料可有效地对甲焼进行生物氧化，其制备方法简 单、易行，在温室气体甲焼的减排方面具有重大的实践意义和应用价值。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明实施例1中稻田±壤、腐熟堆肥W及稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲 焼滤料对滤料中甲焼去除率随时间的变化曲线，其中图1(a)为第一次充气对滤料中甲焼 去除率随时间的变化曲线，图1(b)为第二次充气对滤料中甲焼去除率随时间的变化曲线。
[0038] 图2为本发明实施例1中稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲焼滤料中稻田±壤与腐熟 堆肥混合比例对滤料中甲焼去除率的影响。
[0039] 图3为本发明实施例2中稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲焼滤料中含水率对滤料中 甲焼去除率的影响。
[0040] 图4为本发明实施例3中稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲焼滤料中倭态氮的添加量 对滤料中甲焼去除率的影响。
[0041] 图5为本发明实施例3中稻田±壤与腐熟堆肥混合型甲焼滤料中硝态氮的添加量 对滤料中甲焼去除率的影响。
【具体实施方式】
[0042] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0043] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0044] 下述实施例中的稻田±壤，简写为PS，取自新疆石河子市北湖周边的稻田（连续 10年种植水稻的稻田±壤），淹水期采集±层深度为0~10cm的表层±壤，经自然风干、磨 细、过筛（2mm)处理后备用。
[0045] 下述实施例中的腐熟堆肥，简写为LC，为中国农大资环学院固体废弃物处置实 验室自制腐熟堆肥，具体是由玉米枯杆与猪粪（两者的质量比为6:1)制得，堆制腐解的 过程如下；由玉米枯杆和猪粪混合得到堆体，在通风条件下，该堆体自发升温至5(TC W上 后维持5天；然后不再进行翻堆，经过18天的二次发酵达到完全腐熟，符合有机肥料标准 NY525-2012;然后经自然风干、磨细、过筛（2mm)处理后备用。
[0046] 下述实施例中各种参数的检测方法如下：
[0047] 甲焼的测定；細4分析用气相色谱法测定，采用日本岛津公司的GC-2010型气相色 谱仪，FID检测器，载气为氮气，载气流量为400mL/min，色谱柱为10%PEG-20M柱，检测器、 柱箱、进样口温度分别为22(TC、7(TC和20(TC，进样量为100μL。利用峰面积法对邸4含量 进行定量，计算公式如下：
[004引 Cx=[(C标Xhx)A标]Χ100
[004引式中；。为被测样品中細4的浓度（％，V/V) ;C标为标准气体中細4的浓度（％，V/V);h标为标样細4的峰面积屯为被测样品的細4峰面积。
[0050] 含水率的测定；用精密天平测定干燥表面皿质量为叫（精确到O.OOOlg)，然后取 样品少许放入表面皿内，测得表面皿与湿样品的总质量m2,将其放入烘箱内，于65°C下烘干 至恒重，取出表面皿置于干燥器中冷却，测得表面皿与干样品的总质量m3。根据下列公式计 算出含水率（％ )
[0051] (% ) = [ (η?2-η?3) / (η?2-η?ι) ] X 100
[0052] 总碳及总氮的测定；将样品置于105°C烘箱中烘制化，称取样品lOOmg，利用元素 分析仪，测定样品中的总碳及总氮的含量。
[0053]倭态氮及硝态氮的测定：称取样品10.Og，加入2mol/LKC1溶液，按1 ;5固液比进 行浸提，混合物振荡30min后，静置lOmin后，过滤。取滤液3mU利用流动分析仪，测定硝态 氮（铜領柱还原法）与倭态氮（說酪藍比色法）的含量。
[0054] 化及化的测定：
[0055] (1)称样、消解
[0056] 称取0. 5000g的样品于聚四氣己帰的消解管中，加入10血的浓硝酸，用CEM微波 消解仪消解45min。消解温度要达到19(TC左右。
[0057] 似赶酸、定容
[005引将消解好的样品，转入锥形瓶，在电热板上加热赶酸，待锥形瓶中样品还剩5mL左 右时加入2mL的高氯酸，继续加热，直到大量白烟出现，并消失。最后加入待溶液冷却加入 ImL优级纯的氨氣酸，样品变成灰白色后，将其转入50mL的容量瓶，用2%HN03定容，摇匀， 静置澄清，待测。
[00则做配置标准溶液，待测样测定
[0060]用移液管吸取1. OOmLlOOmg/L的重金属标准储备液，定容稀释至lOug/mL的标准 使用液，然后分别吸取0.00血、1.00血、2.00血、3.0