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垃圾渗滤液资源化技术研究进展探讨

发布时间:2021-01-18 14:41:23人气:49

  垃圾填埋场渗滤液是生活垃圾收集处理过程中产生的。垃圾自身水、发酵分解水和大气降水是主要的水源。目前,我国垃圾分类收集处理的普及率还很低,垃圾中所含的污染物质不仅含量高,而且成分复杂。在微生物和水的作用下,污染物从固体向垃圾渗滤液缓慢转移,使得COD、氨氮、重金属、难降解有机物、盐等物质的浓度远远高于城市生活污水。因此,垃圾渗滤液的处理极其困难,通常需要多种工艺的联合处理才能使渗滤液达到排放标准,造成工程投资和运行成本较高。

垃圾渗滤液资源技术

  事实上,由于垃圾渗滤液中某些物质含量高,许多研究人员试图对其进行回收利用。较早开展的垃圾渗滤液资源化的研究方向包括厌氧发酵生产沼气、回收氨氮、生产腐植酸肥料等,表明垃圾渗滤液资源化在一定程度上是可行的。虽然目前的渗滤液回收技术还不成熟,没有得到广泛应用,但随着国家环保政策的日益严格和水处理成本的不断上升,相关技术将越来越受到重视。因此,本文将介绍近年来一些新兴的渗滤液回收技术的研究进展,以期为垃圾渗滤液回收的研究方向提供参考。

1. 回收的化学物质

 垃圾渗滤液中某些物质含量较高,具有一定的回收价值,回收有用物质后的渗滤液后续处理难度相对较低。但仍存在能耗高、二次污染高、设备结垢严重、产品纯度低等问题,限制了其实际应用。因此,寻求一种更高效、简便的方法从渗滤液中提取有价值物质,已成为渗滤液资源利用领域的研究热点。

1.1膜吸收法回收氨氮

  Hai-qing李支持天然气膜回收垃圾渗滤液氨氮等应用程序,其原理是利用微孔疏水性聚丙烯中空纤维膜吸收渗滤液的酸性液体分离膜两侧,游离氨气化扩散进入毛孔,并通过多孔扩散到膜的另一边被酸吸收液吸收迅速而不可逆转的一代非易失性铵离子,回收氨氮。试验结果表明,该工艺对氨氮浓度为1000~3000mg/L的垃圾渗滤液,氨氮去除率达99%以上,得到硫酸铵含量为10% ~ 15%的废水副产物。与传统的氨氮回收工艺相比,膜吸收法具有氨氮去除率高、能耗低、二次污染少等优点。随着技术的进步和相关膜设备成本的降低,该技术将受到越来越多的关注。

1.2金属元素的回收

  李和其他研究,试图摆脱垃圾渗滤液纳滤浓缩钾,从离子交换膜电解方法在电解槽阴极室钾离子浓度,和钾和磷酸镁钾溶液结晶的形式沉淀回收、处理的钾离子浓度2761 mg / L集中,钾回收率可以达到56%。与直接向渗滤液中添加试剂不同,膜分离技术的引入可以使物料回收效率更高,成本更低,无疑具有较好的发展前景。目前,该处理技术仍处于发展阶段,如何降低渗滤液预处理和金属离子结晶回收的成本,提高回收产品的纯度,应用新型膜材料,提高膜的运行效率是其研究的重点。

2. 与固体废物联合处理

对于有机物含量较高的垃圾渗滤液,厌氧发酵处理不仅可以产生甲烷,还可以降低有机物含量,有利于其后续处理。是一种具有经济效益和环境效益的处理方法。然而,由于垃圾渗滤液中氨氮、重金属和有毒物质含量较高,在垃圾渗滤液发酵产甲烷过程中,容易出现反应条件不稳定、产甲烷率低的问题。因此,一些研究人员尝试将垃圾渗滤液与一些固体废物结合,以优化处理效率,通过两者所含物质的互补,同时处理这两种污染物。

2.1厨余垃圾联合处理

  Zhang等研究了新鲜渗滤液与厨余共消化提高产气率和工艺稳定性的可行性。结果表明,厨余垃圾与渗滤液厌氧共消化在长期运行过程中表现出较好的性能和稳定性。张军集中在消化餐厨垃圾填埋场渗滤液调节液体,发现水解酸化速度、气体速度、总量和甲烷含量明显高于液体的水来调整消化实验,累计甲烷产生的餐厨垃圾单相厌氧消化理论价值的165%,通过引入适量的垃圾渗滤液有利于餐厨垃圾的厌氧消化。

2.2农业和水产养殖固体废弃物的联合处理

  厌氧消化技术是一种很有前途的农业和水产养殖固体废物处理技术,可以避免大量处理造成的环境污染,回收清洁能源。阴菌等人研究了稻草混合厌氧消化的可行性和垃圾填埋场渗滤液经过碱处理,结果表明,添加高渗滤液浓度可能产生相对更VFA在秸秆的消化过程,和垃圾填埋场渗滤液混合消化垃圾渗滤液的影响和很好。

  研究表明,渗滤液和餐厨垃圾或结合农业和水产养殖废物厌氧消化有一定的优势,但如果在实际工程应用,一方面,需要进一步消化操作参数优化组合,另一方面也需要相关政策指导和支持,使其易于实现。

微生物燃料电池可以发电

  微生物燃料电池(MFC)是一种通过微生物的代谢作用,将有机物中的化学能直接转化为电能的装置。对于MFC的运行而言,垃圾渗滤液不仅具有丰富的碳氮源,而且由于其含盐量高而具有较高的导电性,因此可以作为潜在的基质源。

3.1双室微生物燃料电池

  在双室MFC中,一般采用质子交换膜来分隔电池的正极室和负极室。电微生物在阳极室中氧化分解有机物,产生电子和质子,电子和质子分别通过外电路和质子交换膜到达阴极室,与阴极室的电子受体结合产生电流。由于双腔MFC有输出功率低的问题,谢淼等。二氧化锰和石墨烯(汇总/ rGO)复合催化剂改性双室MFC阴极电极材料,MFC用于垃圾渗滤液的时效处理,可获得194 mW / m3的功率密度(两次没有催化剂改性MFC), COD和氨氮去除率分别为58.68%76.64%。阳极(1),阴极(2),膜片(3),取样口(4),导线(5),阳极室(6),阴极室(7),入口,出口(8)(9),开路(10),外壳(11)

3.2单细胞微生物燃料电池

  与双室MFC相比,单室MFC一般只有阳极室,以空气为阴极,氧气为电子受体,运行成本更低,应用潜力更大。然而,当使用空气作为负极时,由于氧溶解度低,电池的反应速率低,而且负极过电位大。袁浩然等以MnO2为阴极催化剂,以垃圾渗滤液为阳极衬底,尝试提高MFC的电性能。当电池负极负载MnO2时,稳定输出电压和高功率密度分别提高到0.43 V0.89 W/m3, MFC运行7天后,BOD和氨氮去除率分别达到72.9%91.6%。朴明月等将聚四氟乙烯(PTFE)涂覆在碳布层上制成以空气为阴极的单室MFC,用于垃圾渗滤液发电。得到较高的输出电压和功率密度分别为2.005V3.2W /m2

  微生物燃料电池技术在处理垃圾渗滤液时可回收能量并去除部分污染物,运行成本低。但发电效率低、稳定性差、电极制造成本高等问题仍需改进,使其更接近实际应用。

4来制造氢

  垃圾渗滤液,特别是早期渗滤液,有机物含量高,因此很多研究人员尝试将其转化为H2CH4CO等能量形式。其中,利用垃圾渗滤液制氢作为一种清洁能源被认为是一个很有前途的方向。

4.1生物制氢

  在早期的研究中,研究人员发现,在一定条件下,某些微生物可以从垃圾渗滤液中的有机物中产生氢。余立佳等利用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器和初始垃圾渗滤液发酵制氢。结果表明,在35±1℃、pH5.0~5.5、水力停留时间24h、反应器升液速率3.7 m/h条件下,系统COD去除率为49.6% ~ 51.6%,产氢率为1996-2183 mL/(L·d)

  由于生物制氢往往对操作条件要求较高,很难保持稳定、快速的制氢速率,因此一些研究人员试图利用超临界水气化技术从垃圾渗滤液中更高效、更快地制氢。

4.2超临界水气化制氢

  超临界水气化渗滤液制氢是利用超临界水强大的传质和溶解能力,在水蒸气重整和水煤气转换作用下,溶解渗滤液中的有机物,将有机物分解转化为包括氢气在内的小分子的技术。龚伟金等人尝试利用超临界水气化技术从垃圾渗滤液中制取氢气。当温度、压力和反应时间分别为470℃、23.1 MPa10 min时,气化气体产物中CH4CO2H2的含量分别达到32.34%2.72%61.88%

  采用超临界水气化技术处理渗滤液可以大大降低有机污染物浓度,回收清洁能源氢,是一种很有前途的处理技术。但该技术仍存在设备昂贵、运行成本高、反应热效率低等问题,暂时难以在实践中应用。

5 .能量微藻培养

不可再生能源的枯竭是人类社会不断发展面临的重大问题,因此开发更高效的新型可再生能源迫在眉睫。其中,用于无机固碳和生物燃料生产的能源微藻的培育是研究热点之一。

5.1光生物反应器藻类培养

  由于能源微藻的养殖过程消耗大量的氮、磷、水等资源,且运行成本高,近年来研究人员试图将污水作为营养源,以降低微藻养殖和净化污水的成本。垃圾渗滤液中氨氮和总磷含量远高于普通生活污水,是培养微藻的良好营养来源。因此,利用垃圾渗滤液进行微藻培养已引起研究者的关注。Zhao等以垃圾渗滤液和城市污水的混合物为基质,在光生物反应器中培养高密度微藻菌群,用于固定无机碳和生产生物柴油。当渗滤液体积比为10%时,生物柴油得率为24.1 mg/(L·d),固碳率为65.8 mg/(L·d)

5.2膜光生物反应器中藻类的培养

  垃圾渗滤液中的氨氮、重金属和有机污染物对微藻细胞具有一定的毒性,会抑制微藻细胞的光合作用,限制微藻对垃圾渗滤液中营养物的利用效率。在Chang等人的研究中,采用M-PBR(膜光生物反应器)和垃圾渗滤液培养微藻。与普通光生物反应器相比,获得的微藻生物量浓度从0.66提高到0.95g/L,氮磷回收效率显著提高。M-PBR制备的微藻制备的生物柴油具有较高的十六烷值和较低的亚麻酸含量,表明垃圾渗滤液制备的生物柴油具有良好的燃烧性能。

  M-PBR技术在垃圾渗滤液培养能量微藻中的应用,利用膜分离、藻类和光的综合作用,回收氮磷和固碳成本非常低。这无疑是垃圾渗滤液处理和资源化利用的一个很有前途的新方向。然而,该技术仍需继续提高能量微藻的生产和回收效率,寻找一种经济有效的方法将生物脂转化为生物柴油。

6. 总结与展望

  垃圾渗滤液成分复杂,处理难度大。在我国现行较为严格的排放标准下,垃圾渗滤液的处理成本较高。然而,垃圾渗滤液中的许多污染物也是可以回收利用的资源。本文研究指,垃圾渗滤液氨氮和复苏,提取金属材料和能源利用方式,不仅可以创造经济价值,也会使纯化不同程度的渗滤液,无疑可以大大节省渗滤液处理成本,值得继续垃圾渗滤液处理领域进一步的研究方向。

  目前,渗滤液回收技术往往存在不同程度的不足,没有得到广泛应用。首先,技术需要继续提高从垃圾渗滤液中回收资源或能源的效率和经济性。其次,单一的渗滤液回收技术往往无法完全净化垃圾填埋场渗滤液,所以在回收多种资源的同时,考虑多种技术的有机结合,降低渗滤液处理成本,无疑更有利于相关技术的开发和应用。垃圾渗滤液回收技术的应用及其产品的销售和使用应得到国家相关政策的支持,使回收的资源能够顺利转化为经济效益。随着技术的不断完善和国家相关环保政策的推广,垃圾渗滤液的回收利用将得到更多的重视和实际应用。


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