一种甲烷削减剂、制备方法及甲烷原位削减方法

1.本发明属于甲烷处理技术领域，具体涉及一种甲烷削减剂、制备方法及甲烷原位削减方法。


背景技术：

2.农村生活污水主要分为厨房污水、洗涤污水和厕所污水三类，其中厕所污水内含多种病菌和寄生虫卵，污染负荷贡献率极高，且排水量占总污水量34.2％，污水中的机物质在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度等条件下，经过多种微生物的分解将会产生沼气。甲烷是沼气的主要成分，我国城市/城镇化粪池产生的甲烷总量高达3000
×
104t co2当量/a，与市政集中式污水处理厂甲烷和一氧化二氮直接碳排放量(2512
×
104t co2当量/a)和总碳排放量(3985
×
104t co2当量/a)处于同一水平，此外也曾报道过几起化粪池清理时造成清理工人急性中毒事件。因此，化粪池甲烷排放量是一种不可小觑的“隐性”碳排放源。目前，采用甲烷吸附剂来降低甲烷含量受到广泛关注，但是现有的甲烷吸收剂更多的偏重于纯化学材料配比，对甲烷的吸附效果并不显著，因此，急需一种对甲烷吸附量更高的甲烷吸附剂。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种为实现上述目的，提供一种甲烷削减剂、制备方法及甲烷原位削减方法，该削减方法可有效解决现有技术存在的甲烷去除效果差的问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种甲烷削减剂的制备方法，包括以下步骤：
6.(1)向无机盐培养基中加入甲烷氧化菌菌液和石蜡油，调节ph值为 4.5-8.5，搅拌混合至溶液表面有气泡，然后静置至溶液变澄清；
7.(2)向步骤(1)所得溶液中加入多矿物相颗粒，搅拌混匀，制得含有多矿物相颗粒的甲烷削减剂。
8.进一步地，步骤(1)无机盐培养基：甲烷氧化菌菌液：石蜡油的体积比为 50-200:100-500:2-15，甲烷氧化菌菌液中甲烷氧化菌的浓度为 3
×
10
4-8
×
108cfu/ml。
9.进一步地，步骤(1)无机盐培养基：甲烷氧化菌菌液：石蜡油的体积比为 80-150:150-300:4-9.5，甲烷氧化菌菌液中甲烷氧化菌的浓度为 2
×
10
5-6
×
107cfu/ml。
10.进一步地，步骤(1)中ph值为5-7。
11.进一步地，步骤(1)中无机盐培养液中包含溶液a和溶液b，所述溶液a 和溶液b的体积比为99:1，所述溶液a中包含0.8-1.2g/l、2.5-3.0g/l kh2po
4 na2hpo4·
12h2o、0.2-0.4g/lmgso4·
7h2o和0.8-1.2g/lnh4no3，所述溶液b包含2.5-3.5g/l mgso4·
7h2o、0.4-0.6g/l mnso4·
2h2o、0.8-1.2g/l nacl、0.05-0.15g/lfeso4·
7h2o、0.05-0.15g/l cacl2·
2h2o、0.05-0.15g/l znso4·
7h2o、0.01-0.04g/lcuso4·
5h2o、0.01-0.02g/l kal
(so4)2、0.01-0.02g/l h3bo3、0.01-0.02g/lna2moo4·
2h2o，ph值为6.8-7.2。
12.进一步地，多矿物相颗粒由膨胀蛭石、钙华、沸石和膨胀珍珠岩按照 1-1.5:0.8-1.2:0.5-1.2:0.8-1.5的质量比混合制成。
13.进一步地，多矿物相颗粒的粒径为5-30mm，孔隙率为40-80％，渗透率为 50-150md，7d水溶失率为2-5％。
14.进一步地，步骤(2)中甲烷削减剂中多矿物相颗粒的浓度为80-200g/l。
15.进一步地，甲烷氧化菌包括好氧甲烷氧化菌和厌氧甲烷氧化菌，所述好氧甲烷氧化菌包括：甲基杆菌属、甲基单胞菌属、甲基球菌属、嗜甲基菌属、甲基孢囊菌属、甲基弯曲菌。
16.一种甲烷原位削减方法，将甲烷削减剂放入容器中，然后将产生的含甲烷的气体从容器底部通入，使得含甲烷的气体流经甲烷削减剂后排出，即可。
17.本发明所产生的有益效果为：
18.1、本发明可有效地提高甲烷的原位削减率，具有操作简单、节能减排、环境友好、应用范围广等特点，可有效解决化粪池中甲烷排放引起的温室效应等问题。
19.2、本发明利用多矿物相颗粒负载甲烷氧化菌，在提高甲烷氧化菌的存活天数的同时能够更好的保存和运输。
20.3、所有的矿-菌复合高效处理体系中，多种矿物通过功能和粒度级配，形成对甲烷气体的吸附暂存和甲烷氧化菌生物膜载体的双功能，能够极大提高甲烷氧化菌对甲烷的处理效率，将甲烷氧化成水和二氧化碳后排出，减少甲烷气体造成的温室效应，具体为：多孔隙矿物有对甲烷气体的吸附暂存和甲烷氧化菌生物膜载体的双功能，能够极大提高甲烷氧化菌对甲烷的处理效率，将甲烷氧化成水和二氧化碳后排出，减少甲烷气体造成的温室效应，此外所选四种矿物在水体中稳定性较好，四种矿物颗粒内部的孔径不同，表面积不同，通过不同的粒度级配和孔隙级配呈现不同的吸附和负载能力，达到更理想的处理效果。
21.4、本发明所使用的多矿物相颗粒原料来源广泛、成本低且在反应时无能耗。
22.5、本发明可以适用于三格化粪池、煤矿等其它甲烷排放处理，有很好的双碳效益和广阔市场应用前景。
具体实施方式
23.下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
24.实施例1
25.一种甲烷原位削减剂，其制备方法包括以下步骤：
26.(1)向80ml无机盐培养基中加入150ml甲基单胞菌属菌菌液和4ml石蜡油，调节ph值为5，搅拌混合至溶液表面有气泡，然后静置至溶液变澄清；其中，无机盐培养液中包含溶液a和溶液b，所述溶液a和溶液b的体积比为99:1，所述溶液a中包含0.8g/l、2.5g/l kh2po
4 na2hpo4·
12h2o、0.2g/lmgso4·
7h2o 和0.8-1.2g/lnh4no3，所述溶液b包含2.5g/l mgso4·
7h2o、0.4g/l mnso4·
2h2o、 0.8g/l nacl、0.05g/l feso4·
7h2o、0.05g/l cacl2·
2h2o、0.05g/l znso4·
7h2o、 0.01g/l cuso4·
5h2o、0.01g/l kal(so4)2、0.01g/l h3bo3、0.01g/l na2moo4·
2h2o， ph值为6.8；
27.(2)向步骤(1)所得溶液中加入多矿物相颗粒，搅拌混匀，制得多矿物相颗粒浓度
为80g/l的甲烷削减剂，其中，多矿物相颗粒中膨胀蛭石：钙华：沸石：膨胀珍珠岩的质量比为1：0.8：0.5：0.8，多矿物相颗粒的粒径为5mm，孔隙率为40％，渗透率为50md，7d水溶失率为2％。
28.一种甲烷原位削减方法，将上述甲烷削减剂放入容器中，然后将产生的含甲烷的气体从容器底部通入，使得含甲烷的气体流经甲烷削减剂后排出，即可。
29.实施例2
30.一种甲烷原位削减剂，其制备方法包括以下步骤：
31.(1)向150ml无机盐培养基中加入300ml甲基杆菌属菌属菌菌液和9.5ml 石蜡油，调节ph值为7，搅拌混合至溶液表面有气泡，然后静置至溶液变澄清；其中，无机盐培养液中包含溶液a和溶液b，所述溶液a和溶液b的体积比为 99:1，所述溶液a中包含1.2g/l、3.0g/l kh2po
4 na2hpo4·
12h2o、0.4g/lmgso4·
7h2o和1.2g/lnh4no3，所述溶液b包含3.5g/l mgso4·
7h2o、 0.6g/l mnso4·
2h2o、1.2g/l nacl、0.15g/l feso4·
7h2o、0.15g/l cacl2·
2h2o、 0.15g/l znso4·
7h2o、0.04g/l cuso4·
5h2o、0.02g/l kal(so4)2、0.02g/l h3bo3、 0.02g/l na2moo4·
2h2o，ph值为7.2；
32.(2)向步骤(1)所得溶液中加入多矿物相颗粒，搅拌混匀，制得多矿物相颗粒浓度为150g/l的甲烷削减剂，其中，多矿物相颗粒中膨胀蛭石：钙华：沸石：膨胀珍珠岩的质量比为1.2：1：0.7：1，多矿物相颗粒的粒径为30mm，孔隙率为80％，渗透率为150md，7d水溶失率为5％。
33.一种甲烷原位削减方法，将上述甲烷削减剂放入容器中，然后将产生的含甲烷的气体从容器底部通入，使得含甲烷的气体流经甲烷削减剂后排出，即可。
34.实施例3
35.一种甲烷原位削减剂，其制备方法包括以下步骤：
36.(1)向120ml无机盐培养基中加入200ml甲基弯曲菌菌液和7ml石蜡油，调节ph值为6，搅拌混合至溶液表面有气泡，然后静置至溶液变澄清；其中，无机盐培养液中包含溶液a和溶液b，所述溶液a和溶液b的体积比为99:1，所述溶液a中包含1g/l、2.8g/l kh2po
4 na2hpo4·
12h2o、0.3g/lmgso4·
7h2o 和1g/lnh4no3，所述溶液b包含3g/l mgso4·
7h2o、0.5g/l mnso4·
2h2o、1g/l nacl、0.1g/l feso4·
7h2o、0.1g/l cacl2·
2h2o、0.1g/l znso4·
7h2o、0.02g/l cuso4·
5h2o、0.01g/l kal(so4)2、0.01g/l h3bo3、0.01g/l na2moo4·
2h2o，ph 值为7；
37.(2)向步骤(1)所得溶液中加入多矿物相颗粒，搅拌混匀，制得多矿物相颗粒浓度为200g/l的甲烷削减剂，其中，多矿物相颗粒中膨胀蛭石：钙华：沸石：膨胀珍珠岩的质量比为1.5：1.2：1.2：1.5，多矿物相颗粒的粒径为20mm，孔隙率为60％，渗透率为100md，7d水溶失率为3％。
38.一种甲烷原位削减方法，将上述甲烷削减剂放入容器中，然后将产生的含甲烷的气体从容器底部通入，使得含甲烷的气体流经甲烷削减剂后排出，即可。
39.实施例4
40.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，调整多矿物相颗粒中膨胀蛭石：钙华：沸石：膨胀珍珠岩的质量比为1.3：1.1：1：1.2，调整甲烷削减剂中多孔矿物相的浓度为120g/l。
41.实施例5
42.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，调整多矿物相颗粒中膨胀蛭石：钙华：沸石：膨胀珍珠岩的质量比为1.4：1.2：1.1：1.4，调整甲烷削减剂中多孔矿物相的浓度为180g/l。
43.对比例1
44.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，取消甲烷氧化菌菌液的添加，其他制备方法和使用方法不变。
45.对比例2
46.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，取消多孔矿物相和石蜡油的添加，仅将无机盐培养基和甲烷氧化菌菌液混合，其他制备方法和使用方法不变。
47.对比例3
48.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，将多孔矿物相的粒径调整为 40mm，其他制备方法和使用方法不变。
49.对比例4
50.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，将多孔矿物相的组成调整为膨胀蛭石、钙华、沸石和膨胀珍珠岩按照0.8:1.2:1.8:0.6的质量比混合制成。
51.对比例5
52.一种甲烷原位削减剂，在实施例3的基础上，将多孔矿物相的组成调整为仅由膨胀蛭石制成。
53.试验例
54.分别采用实施例1-5和对比例1-5中的甲烷削减剂和削减方法对产生的含甲烷气体进行甲烷削减，采用甲烷气体检测仪在容器的排出口处检测排出气体中的甲烷含量，并计算出甲烷的削减率，具体结果见表1。
55.表1：甲烷削减情况
[0056] 甲烷削减率(％)实施例180.6％实施例284.4％实施例392.5％实施例487.7％实施例590.2％对比例134.3％对比例258.5％对比例361.3％对比例459.1％对比例555.4％
[0057]
通过上表中的数据可以看出，实施例1-5中的甲烷削减剂对于甲烷的削减率较高，而对比例1-5中改变了甲烷削减剂的组成后，其对甲烷的削减效果明显下降，而通过对比例3-5的数据可以看出，甲烷削减剂中多孔矿物相的粒径、成分等均对甲烷削减效果产生影响。