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    垃圾滲濾液資源化技術研究進展探討

    發布時間:2021-01-18 14:41:23人氣:771

      垃圾填埋場滲濾液是生活垃圾收集處理過程中產生的。垃圾自身水、發酵分解水和大氣降水是主要的水源。目前,我國垃圾分類收集處理的普及率還很低,垃圾中所含的污染物質不僅含量高,而且成分復雜。在微生物和水的作用下,污染物從固體向垃圾滲濾液緩慢轉移,使得COD、氨氮、重金屬、難降解有機物、鹽等物質的濃度遠遠高于城市生活污水。因此,垃圾滲濾液的處理極其困難,通常需要多種工藝的聯合處理才能使滲濾液達到排放標準,造成工程投資和運行成本較高。

    垃圾滲濾液資源技術

      事實上,由于垃圾滲濾液中某些物質含量高,許多研究人員試圖對其進行回收利用。較早開展的垃圾滲濾液資源化的研究方向包括厭氧發酵生產沼氣、回收氨氮、生產腐植酸肥料等,表明垃圾滲濾液資源化在一定程度上是可行的。雖然目前的滲濾液回收技術還不成熟,沒有得到廣泛應用,但隨著國家環保政策的日益嚴格和水處理成本的不斷上升,相關技術將越來越受到重視。因此,本文將介紹近年來一些新興的滲濾液回收技術的研究進展,以期為垃圾滲濾液回收的研究方向提供參考。

    1. 回收的化學物質

     垃圾滲濾液中某些物質含量較高,具有一定的回收價值,回收有用物質后的滲濾液后續處理難度相對較低。但仍存在能耗高、二次污染高、設備結垢嚴重、產品純度低等問題,限制了其實際應用。因此,尋求一種更高效、簡便的方法從滲濾液中提取有價值物質,已成為滲濾液資源利用領域的研究熱點。

    1.1膜吸收法回收氨氮

      Hai-qing李支持天然氣膜回收垃圾滲濾液氨氮等應用程序,其原理是利用微孔疏水性聚丙烯中空纖維膜吸收滲濾液的酸性液體分離膜兩側,游離氨氣化擴散進入毛孔,并通過多孔擴散到膜的另一邊被酸吸收液吸收迅速而不可逆轉的一代非易失性銨離子,回收氨氮。試驗結果表明,該工藝對氨氮濃度為1000~3000mg/L的垃圾滲濾液,氨氮去除率達99%以上,得到硫酸銨含量為10% ~ 15%的廢水副產物。與傳統的氨氮回收工藝相比,膜吸收法具有氨氮去除率高、能耗低、二次污染少等優點。隨著技術的進步和相關膜設備成本的降低,該技術將受到越來越多的關注。

    1.2金屬元素的回收

      李和其他研究,試圖擺脫垃圾滲濾液納濾濃縮鉀,從離子交換膜電解方法在電解槽陰極室鉀離子濃度,和鉀和磷酸鎂鉀溶液結晶的形式沉淀回收、處理的鉀離子濃度2761 mg / L集中,鉀回收率可以達到56%。與直接向滲濾液中添加試劑不同,膜分離技術的引入可以使物料回收效率更高,成本更低,無疑具有較好的發展前景。目前,該處理技術仍處于發展階段,如何降低滲濾液預處理和金屬離子結晶回收的成本,提高回收產品的純度,應用新型膜材料,提高膜的運行效率是其研究的重點。

    2. 與固體廢物聯合處理

    對于有機物含量較高的垃圾滲濾液,厭氧發酵處理不僅可以產生甲烷,還可以降低有機物含量,有利于其后續處理。是一種具有經濟效益和環境效益的處理方法。然而,由于垃圾滲濾液中氨氮、重金屬和有毒物質含量較高,在垃圾滲濾液發酵產甲烷過程中,容易出現反應條件不穩定、產甲烷率低的問題。因此,一些研究人員嘗試將垃圾滲濾液與一些固體廢物結合,以優化處理效率,通過兩者所含物質的互補,同時處理這兩種污染物。

    2.1廚余垃圾聯合處理

      Zhang等研究了新鮮滲濾液與廚余共消化提高產氣率和工藝穩定性的可行性。結果表明,廚余垃圾與滲濾液厭氧共消化在長期運行過程中表現出較好的性能和穩定性。張軍集中在消化餐廚垃圾填埋場滲濾液調節液體,發現水解酸化速度、氣體速度、總量和甲烷含量明顯高于液體的水來調整消化實驗,累計甲烷產生的餐廚垃圾單相厭氧消化理論價值的165%,通過引入適量的垃圾滲濾液有利于餐廚垃圾的厭氧消化。

    2.2農業和水產養殖固體廢棄物的聯合處理

      厭氧消化技術是一種很有前途的農業和水產養殖固體廢物處理技術,可以避免大量處理造成的環境污染,回收清潔能源。陰菌等人研究了稻草混合厭氧消化的可行性和垃圾填埋場滲濾液經過堿處理,結果表明,添加高滲濾液濃度可能產生相對更VFA在秸稈的消化過程,和垃圾填埋場滲濾液混合消化垃圾滲濾液的影響和很好。

      研究表明,滲濾液和餐廚垃圾或結合農業和水產養殖廢物厭氧消化有一定的優勢,但如果在實際工程應用,一方面,需要進一步消化操作參數優化組合,另一方面也需要相關政策指導和支持,使其易于實現。

    微生物燃料電池可以發電

      微生物燃料電池(MFC)是一種通過微生物的代謝作用,將有機物中的化學能直接轉化為電能的裝置。對于MFC的運行而言,垃圾滲濾液不僅具有豐富的碳氮源,而且由于其含鹽量高而具有較高的導電性,因此可以作為潛在的基質源。

    3.1雙室微生物燃料電池

      在雙室MFC中,一般采用質子交換膜來分隔電池的正極室和負極室。電微生物在陽極室中氧化分解有機物,產生電子和質子,電子和質子分別通過外電路和質子交換膜到達陰極室,與陰極室的電子受體結合產生電流。由于雙腔MFC有輸出功率低的問題,謝淼等。二氧化錳和石墨烯(匯總/ rGO)復合催化劑改性雙室MFC陰極電極材料,MFC用于垃圾滲濾液的時效處理,可獲得194 mW / m3的功率密度(兩次沒有催化劑改性MFC), COD和氨氮去除率分別為58.68%76.64%。陽極(1),陰極(2),膜片(3),取樣口(4),導線(5),陽極室(6),陰極室(7),入口,出口(8)(9),開路(10),外殼(11)

    3.2單細胞微生物燃料電池

      與雙室MFC相比,單室MFC一般只有陽極室,以空氣為陰極,氧氣為電子受體,運行成本更低,應用潛力更大。然而,當使用空氣作為負極時,由于氧溶解度低,電池的反應速率低,而且負極過電位大。袁浩然等以MnO2為陰極催化劑,以垃圾滲濾液為陽極襯底,嘗試提高MFC的電性能。當電池負極負載MnO2時,穩定輸出電壓和高功率密度分別提高到0.43 V0.89 W/m3, MFC運行7天后,BOD和氨氮去除率分別達到72.9%91.6%。樸明月等將聚四氟乙烯(PTFE)涂覆在碳布層上制成以空氣為陰極的單室MFC,用于垃圾滲濾液發電。得到較高的輸出電壓和功率密度分別為2.005V3.2W /m2。

      微生物燃料電池技術在處理垃圾滲濾液時可回收能量并去除部分污染物,運行成本低。但發電效率低、穩定性差、電極制造成本高等問題仍需改進,使其更接近實際應用。

    4來制造氫

      垃圾滲濾液,特別是早期滲濾液,有機物含量高,因此很多研究人員嘗試將其轉化為H2、CH4、CO等能量形式。其中,利用垃圾滲濾液制氫作為一種清潔能源被認為是一個很有前途的方向。

    4.1生物制氫

      在早期的研究中,研究人員發現,在一定條件下,某些微生物可以從垃圾滲濾液中的有機物中產生氫。余立佳等利用厭氧膨脹顆粒污泥床反應器和初始垃圾滲濾液發酵制氫。結果表明,在35±1℃、pH5.0~5.5、水力停留時間24h、反應器升液速率3.7 m/h條件下,系統COD去除率為49.6% ~ 51.6%,產氫率為1996-2183 mL/(L·d)。

      由于生物制氫往往對操作條件要求較高,很難保持穩定、快速的制氫速率,因此一些研究人員試圖利用超臨界水氣化技術從垃圾滲濾液中更高效、更快地制氫。

    4.2超臨界水氣化制氫

      超臨界水氣化滲濾液制氫是利用超臨界水強大的傳質和溶解能力,在水蒸氣重整和水煤氣轉換作用下,溶解滲濾液中的有機物,將有機物分解轉化為包括氫氣在內的小分子的技術。龔偉金等人嘗試利用超臨界水氣化技術從垃圾滲濾液中制取氫氣。當溫度、壓力和反應時間分別為470℃、23.1 MPa10 min時,氣化氣體產物中CH4、CO2H2的含量分別達到32.34%、2.72%61.88%。

      采用超臨界水氣化技術處理滲濾液可以大大降低有機污染物濃度,回收清潔能源氫,是一種很有前途的處理技術。但該技術仍存在設備昂貴、運行成本高、反應熱效率低等問題,暫時難以在實踐中應用。

    5 .能量微藻培養

    不可再生能源的枯竭是人類社會不斷發展面臨的重大問題,因此開發更高效的新型可再生能源迫在眉睫。其中,用于無機固碳和生物燃料生產的能源微藻的培育是研究熱點之一。

    5.1光生物反應器藻類培養

      由于能源微藻的養殖過程消耗大量的氮、磷、水等資源,且運行成本高,近年來研究人員試圖將污水作為營養源,以降低微藻養殖和凈化污水的成本。垃圾滲濾液中氨氮和總磷含量遠高于普通生活污水,是培養微藻的良好營養來源。因此,利用垃圾滲濾液進行微藻培養已引起研究者的關注。Zhao等以垃圾滲濾液和城市污水的混合物為基質,在光生物反應器中培養高密度微藻菌群,用于固定無機碳和生產生物柴油。當滲濾液體積比為10%時,生物柴油得率為24.1 mg/(L·d),固碳率為65.8 mg/(L·d)。

    5.2膜光生物反應器中藻類的培養

      垃圾滲濾液中的氨氮、重金屬和有機污染物對微藻細胞具有一定的毒性,會抑制微藻細胞的光合作用,限制微藻對垃圾滲濾液中營養物的利用效率。在Chang等人的研究中,采用M-PBR(膜光生物反應器)和垃圾滲濾液培養微藻。與普通光生物反應器相比,獲得的微藻生物量濃度從0.66提高到0.95g/L,氮磷回收效率顯著提高。M-PBR制備的微藻制備的生物柴油具有較高的十六烷值和較低的亞麻酸含量,表明垃圾滲濾液制備的生物柴油具有良好的燃燒性能。

      M-PBR技術在垃圾滲濾液培養能量微藻中的應用,利用膜分離、藻類和光的綜合作用,回收氮磷和固碳成本非常低。這無疑是垃圾滲濾液處理和資源化利用的一個很有前途的新方向。然而,該技術仍需繼續提高能量微藻的生產和回收效率,尋找一種經濟有效的方法將生物脂轉化為生物柴油。

    6. 總結與展望

      垃圾滲濾液成分復雜,處理難度大。在我國現行較為嚴格的排放標準下,垃圾滲濾液的處理成本較高。然而,垃圾滲濾液中的許多污染物也是可以回收利用的資源。本文研究指,垃圾滲濾液氨氮和復蘇,提取金屬材料和能源利用方式,不僅可以創造經濟價值,也會使純化不同程度的滲濾液,無疑可以大大節省滲濾液處理成本,值得繼續垃圾滲濾液處理領域進一步的研究方向。

      目前,滲濾液回收技術往往存在不同程度的不足,沒有得到廣泛應用。首先,技術需要繼續提高從垃圾滲濾液中回收資源或能源的效率和經濟性。其次,單一的滲濾液回收技術往往無法完全凈化垃圾填埋場滲濾液,所以在回收多種資源的同時,考慮多種技術的有機結合,降低滲濾液處理成本,無疑更有利于相關技術的開發和應用。垃圾滲濾液回收技術的應用及其產品的銷售和使用應得到國家相關政策的支持,使回收的資源能夠順利轉化為經濟效益。隨著技術的不斷完善和國家相關環保政策的推廣,垃圾滲濾液的回收利用將得到更多的重視和實際應用。


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