垃圾滲濾液有機物資源化利用途徑研究
導(dao)語(yu):垃(la)圾(ji)滲(shen)濾液(ye)(ye)是(shi)一(yi)種難處理的(de)高濃度(du)有機廢水,其所含污染(ran)物(wu)的(de)資源(yuan)化利(li)用被認為是(shi)垃(la)圾(ji)滲(shen)濾液(ye)(ye)處置的(de)重要研究方向(xiang)。
本文從(cong)垃圾滲濾(lv)液(ye)有(you)機(ji)物組分(fen)出發,重點綜述了通(tong)過萃取法、吸附法、膜(mo)法、沉淀法、離心法等方式直接回(hui)收(shou)(shou),以及(ji)通(tong)過厭氧(yang)發酵法、電(dian)化學法、物理化學法、生物轉化法等方式間(jian)接回(hui)收(shou)(shou)垃圾滲濾(lv)液(ye)中(zhong)有(you)機(ji)物的資源化研究進(jin)展,討論了垃圾滲濾(lv)液(ye)有(you)機(ji)質回(hui)收(shou)(shou)的必要性(xing)及(ji)技(ji)術可行性(xing)。
在此基(ji)礎上,結合工程應用示范(fan)經驗(yan)和教(jiao)訓,從經濟性(xing)(xing)、技(ji)術(shu)可(ke)行(xing)性(xing)(xing)角度(du)對垃圾滲濾液(ye)資源化(hua)利用途徑和未來發展前景(jing)提出(chu)了建議。
在(zai)生(sheng)活(huo)垃(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)填(tian)埋、焚燒、堆(dui)(dui)肥等(deng)處理過(guo)程中,垃(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)本身含(han)有的(de)(de)水(shui)(shui)分(fen)(fen)、降水(shui)(shui)進(jin)入垃(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)后增加的(de)(de)水(shui)(shui)分(fen)(fen)以(yi)及因(yin)(yin)堆(dui)(dui)存發酵而(er)產(chan)生(sheng)的(de)(de)水(shui)(shui)分(fen)(fen)滲(shen)(shen)出形成了(le)垃(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)滲(shen)(shen)濾(lv)液(ye)。目前(qian),垃(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)滲(shen)(shen)濾(lv)液(ye)處理工(gong)程化(hua)應用(yong)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)“生(sheng)化(hua)法+膜(mo)法”工(gong)藝,產(chan)水(shui)(shui)可達到(dao) GB/T 18920—2020《城市污(wu)水(shui)(shui)再生(sheng)利用(yong)城市雜(za)用(yong)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質》要(yao)求。然而(er),該工(gong)藝會產(chan)生(sheng)一(yi)定量的(de)(de)生(sheng)化(hua)污(wu)泥,同時產(chan)生(sheng) 13%~50% 的(de)(de)膜(mo)濃縮(suo)液(ye)。污(wu)泥和(he)膜(mo)濃縮(suo)液(ye)由于含(han)鹽量高(gao)、重金屬離子濃度高(gao),無法通過(guo)堆(dui)(dui)肥等(deng)途徑(jing)進(jin)行無害化(hua)處置。因(yin)(yin)此,垃(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)滲(shen)(shen)濾(lv)液(ye)處理工(gong)藝的(de)(de)進(jin)一(yi)步(bu)探索(suo)具有重要(yao)意義(yi)。
近期(qi)的(de)(de)垃(la)圾滲(shen)濾液處理(li)研究中,越來(lai)越多的(de)(de)研究者(zhe)將重點(dian)放(fang)在(zai)污(wu)染(ran)物的(de)(de)資(zi)源(yuan)(yuan)化回收(shou)。與常(chang)規的(de)(de)去除垃(la)圾滲(shen)瀝液污(wu)染(ran)物的(de)(de)工藝(yi)路線相比,污(wu)染(ran)物資(zi)源(yuan)(yuan)化回收(shou)工藝(yi)路線具有可有效去除污(wu)染(ran)物、有利于緩解天然資(zi)源(yuan)(yuan)日趨(qu)緊張的(de)(de)狀(zhuang)況、有助(zhu)于溫(wen)室氣體排(pai)放(fang)的(de)(de)控制(zhi)和(he)生態(tai)系統的(de)(de)保護等(deng)優勢。目(mu)前關于垃(la)圾滲(shen)濾液資(zi)源(yuan)(yuan)化利用的(de)(de)研究,主(zhu)要針對氨氮、磷(lin)的(de)(de)回收(shou),對于有機物資(zi)源(yuan)(yuan)化利用的(de)(de)研究較少。
本文從垃圾滲濾(lv)(lv)(lv)液(ye)中有(you)機物組分出發,重(zhong)點綜述了垃圾滲濾(lv)(lv)(lv)液(ye)中有(you)機物資源化(hua)利用(yong)的(de)工藝(yi)研(yan)究進展,對相關技(ji)術的(de)工程化(hua)應用(yong)可(ke)行(xing)性進行(xing)分析,并對垃圾滲濾(lv)(lv)(lv)液(ye)資源化(hua)利用(yong)前景提(ti)出展望。
一、垃圾滲(shen)瀝液(ye)中有機物(wu)的(de)組(zu)成(cheng)
目前(qian),生活垃圾處置方式以衛生填(tian)埋(mai)和焚燒為(wei)主。其中(zhong),衛生填(tian)埋(mai)實(shi)現了垃圾的長期(qi)(qi)厭氧發酵,垃圾滲瀝(li)(li)液(ye)性(xing)質(zhi)(zhi)隨填(tian)埋(mai)時(shi)間的延長有(you)明顯變化。在 Baig 等(deng)的研(yan)究中(zhong),垃圾滲瀝(li)(li)液(ye)的齡期(qi)(qi)可分(fen)為(wei) 3 個階段:早(zao)期(qi)(qi)滲瀝(li)(li)液(ye)(填(tian)埋(mai)時(shi)間<5 a),中(zhong)期(qi)(qi)滲瀝(li)(li)液(ye)(填(tian)埋(mai)時(shi)間 5~10 a),晚期(qi)(qi)滲瀝(li)(li)液(ye)(填(tian)埋(mai)時(shi)間>10 a),其有(you)機(ji)物含量如表 1 所(suo)示。早(zao)期(qi)(qi)滲瀝(li)(li)液(ye) COD 濃度(du)在 20000 mg/ L 以上,可生化性(xing)比例較高,有(you)機(ji)物以揮發性(xing)脂肪酸(volatile fatty acids,VFA) 類物質(zhi)(zhi)為(wei)主。
隨著填(tian)埋(mai)(mai)時(shi)間(jian)的(de)增加,垃(la)(la)圾滲瀝(li)液中有(you)機(ji)(ji)物(wu)濃度逐漸降低,且可生(sheng)(sheng)化性(xing)也(ye)不(bu)斷下降,VFA 類物(wu)質(zhi)在填(tian)埋(mai)(mai)厭氧環境下被消耗(hao),有(you)機(ji)(ji)物(wu)以腐植酸(suan)和黃腐酸(suan)等(deng)高分(fen)子有(you)機(ji)(ji)物(wu)(high molecular weight humic and fulvic-likematerial,HMW)為主(zhu)。Song 等(deng)研(yan)究了中國南(nan)方、北方不(bu)同齡期(qi)垃(la)(la)圾滲瀝(li)液特征,并對中國、美(mei)國、日本、哥倫比亞、印度等(deng)國家晚期(qi)垃(la)(la)圾滲瀝(li)液特征進行了對比,結果(guo)與(yu) Baig 等(deng)的(de)研(yan)究結果(guo)基本一致,見表 1。同時(shi) Song 等(deng)發(fa)(fa)現,垃(la)(la)圾焚(fen)燒(shao)廠中生(sheng)(sheng)活垃(la)(la)圾堆存時(shi)間(jian)較(jiao)短,一般不(bu)超過 7 d,產生(sheng)(sheng)的(de)“新鮮”滲瀝(li)液性(xing)質(zhi)相對穩定。與(yu)填(tian)埋(mai)(mai)滲瀝(li)液相比,垃(la)(la)圾焚(fen)燒(shao)廠產生(sheng)(sheng)的(de)滲瀝(li)液有(you)機(ji)(ji)物(wu)濃度更高(60000~80000 mg/ L),可生(sheng)(sheng)化性(xing)更好(BOD5 /COD=0.45~0.5)。但由于(yu)發(fa)(fa)酵時(shi)間(jian)較(jiao)短,VFA 類物(wu)質(zhi)含量(liang)低于(yu)早期(qi)滲瀝(li)液。
Ren 等(deng)研(yan)究發現,在去除(chu)大(da)部分(fen)易降解有(you)機物(wu)(BOD5/COD<0. 1),并(bing)通過(guo)膜法進行濃縮后,焚燒廠滲瀝液中(zhong)同樣存在大(da)量腐殖質類(lei)物(wu)質(humus,HS)。
表(biao)1 不(bu)同填(tian)埋階段產生的垃圾滲瀝液(ye)中(zhong)有機物特征
二、垃圾(ji)滲(shen)瀝液中有機物資源化利用途徑(jing)
垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝(li)液中有(you)機(ji)(ji)物資源(yuan)化(hua)(hua)利用途徑包括直接(jie)和間(jian)接(jie)回(hui)收(shou)(shou)技術。直接(jie)回(hui)收(shou)(shou)是(shi)指將有(you)機(ji)(ji)物以(yi)其在垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝(li)液中存在的(de)形(xing)態提取回(hui)收(shou)(shou);間(jian)接(jie)回(hui)收(shou)(shou)是(shi)指通過(guo)轉化(hua)(hua)將有(you)機(ji)(ji)物以(yi)其他(ta)形(xing)態或能量進(jin)行(xing)資源(yuan)化(hua)(hua)回(hui)收(shou)(shou)利用。為保證有(you)效性,本研究主要(yao)綜述以(yi)實際(ji)垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝(li)液為原料開展的(de)有(you)機(ji)(ji)物回(hui)收(shou)(shou)的(de)相關研究進(jin)展。
直接回收技術
1.VFA 回收技(ji)術
VFA 是工業生產(chan)的(de)(de)重(zhong)要(yao)原料(liao)(liao),目前(qian)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)石化(hua)材料(liao)(liao)合成制備。在(zai)減少化(hua)石燃料(liao)(liao)使用(yong)、降低碳排放的(de)(de)趨勢下,從(cong)廢水(shui)中(zhong)(zhong)提取 VFA 成為 VFA 生產(chan)的(de)(de)重(zhong)要(yao)方式。填埋場早期、中(zhong)(zhong)期滲瀝(li)(li)(li)液(ye)(ye)或垃圾焚燒(shao)廠新鮮滲瀝(li)(li)(li)液(ye)(ye)水(shui)解酸化(hua)處理后均(jun)具(ju)(ju)有(you)大(da)量(liang)的(de)(de) VFA 類物(wu)(wu)質。因此(ci),將垃圾滲瀝(li)(li)(li)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong) VFA 類物(wu)(wu)質進行回收是實現垃圾滲瀝(li)(li)(li)液(ye)(ye)資源化(hua)的(de)(de)重(zhong)要(yao)途徑,同時可以(yi)降低有(you)機污染物(wu)(wu)濃度,減少滲瀝(li)(li)(li)液(ye)(ye)處理成本,具(ju)(ju)有(you)良好的(de)(de)應用(yong)前(qian)景。目前(qian)的(de)(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)(zhong),對于滲瀝(li)(li)(li)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong) VFA 類物(wu)(wu)質的(de)(de)回收主(zhu)要(yao)有(you)吸附法、萃(cui)取法、膜法,如表 2 所(suo)示。
表2 不(bu)同(tong)工藝(yi)回收(shou)垃(la)圾滲瀝液中 VFA 效果(guo)
吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)法是通過(guo)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)材(cai)料吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)、解吸(xi)(xi)過(guo)程實(shi)現(xian) VFA 的(de)(de)回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)。Talebi 等采(cai)用(yong)活性(xing)炭(tan)選擇性(xing)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)垃圾滲(shen)瀝液中的(de)(de)乙(yi)(yi)酸(suan)和(he)(he)(he)丁酸(suan)。吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)階段(duan)對試驗條件因素進行了優(you)化,在活性(xing)炭(tan)用(yong)量(liang)為(wei)(wei)(wei)(wei) 19.79%(質量(liang)分(fen)數)、攪拌轉速為(wei)(wei)(wei)(wei) 40.00 r/ min、攪拌溫度為(wei)(wei)(wei)(wei) 9.45 ℃、接觸時間為(wei)(wei)(wei)(wei) 179. 89 h、底物 pH 恒定為(wei)(wei)(wei)(wei) 3.0 的(de)(de)條件下,實(shi)現(xian) 88. 94% 的(de)(de)乙(yi)(yi)酸(suan)和(he)(he)(he) 98. 53% 的(de)(de)丁酸(suan)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)。在解吸(xi)(xi)階段(duan),對不(bu)同解吸(xi)(xi)方式(搖(yao)(yao)床(chuang)、旋渦、水(shui)浴聲(sheng)(sheng)吶和(he)(he)(he)探針聲(sheng)(sheng)吶)以(yi)及不(bu)同脫(tuo)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)(去離(li)子水(shui)、異丙醇和(he)(he)(he)乙(yi)(yi)醇)進行對比(bi),發(fa)現(xian)以(yi)乙(yi)(yi)醇為(wei)(wei)(wei)(wei)脫(tuo)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)通過(guo)搖(yao)(yao)床(chuang)(轉速為(wei)(wei)(wei)(wei) 100 r/ min)從負載活性(xing)炭(tan)中提取乙(yi)(yi)酸(suan)和(he)(he)(he)丁酸(suan)的(de)(de)回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)率(lv)均處于較高水(shui)平。采(cai)用(yong)四級解吸(xi)(xi)裝(zhuang)置回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)的(de)(de) VFAs,以(yi)去離(li)子水(shui)和(he)(he)(he)乙(yi)(yi)醇作為(wei)(wei)(wei)(wei)解吸(xi)(xi)劑(ji)(ji),最終可實(shi)現(xian) 2.54 g/L 乙(yi)(yi)酸(suan)和(he)(he)(he) 0.71 g/L 丁酸(suan)的(de)(de)回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)。
萃(cui)(cui)取(qu)法(fa)是有機(ji)物提(ti)取(qu)的(de)常用(yong)方法(fa)。Begum 等采用(yong)液(ye)液(ye)萃(cui)(cui)取(qu)法(fa)對垃圾滲瀝液(ye)中(zhong) VFA 進行了(le)提(ti)取(qu)回收的(de)研究。利用(yong)統計分析和(he)(he)響(xiang)應曲面法(fa)優化工藝(yi),研究了(le)萃(cui)(cui)取(qu)劑(ji)和(he)(he)垃圾滲瀝液(ye)中(zhong) VFA 濃度對萃(cui)(cui)取(qu)率、分配比和(he)(he)加載比的(de)影響(xiang)。在(zai)最優條件(jian)下,將(jiang) 1 mol/L VFA 含量(liang)的(de)垃圾滲瀝液(ye)稀(xi)釋至 0.2 mol/ L VFA 含量(liang),以 29.3%的(de)三辛基胺(TOA)和(he)(he) 36.2% 磷酸三丁(ding)酯(TBP)為萃(cui)(cui)取(qu)劑(ji)進行 VFA 回收,分別可實現 52% 和(he)(he) 57% 的(de)萃(cui)(cui)取(qu)率。
膜(mo)(mo)法方(fang)面,Aydin 等采用以聚四氟乙烯-三(san)辛胺(PTFE-TOA)膜(mo)(mo)為膜(mo)(mo)材(cai)的(de)蒸(zheng)汽滲透膜(mo)(mo)接觸器(qi)回(hui)收(shou)垃圾滲瀝液中(zhong)的(de) VFA,乙酸(suan)回(hui)收(shou)率(lv)約(yue)為 45%,丙酸(suan)、丁酸(suan)、戊(wu)酸(suan)和(he)己酸(suan)回(hui)收(shou)率(lv)超(chao)過(guo) 86%。同時發現,通過(guo)填(tian)充(chong)特(te)定的(de)萃取劑可以提高膜(mo)(mo)接觸器(qi)的(de) VFA 選擇(ze)性(xing),其中(zhong) TOA 填(tian)充(chong)膜(mo)(mo)對(dui)戊(wu)酸(suan)和(he)己酸(suan)具有高度選擇(ze)性(xing),對(dui)丁酸(suan)具有中(zhong)等選擇(ze)性(xing),對(dui)乙酸(suan)選擇(ze)性(xing)較(jiao)低。
以上 3 種工(gong)藝(yi)對(dui)于垃圾滲(shen)瀝液中 VFA 回收(shou)均(jun)具(ju)(ju)有(you)良好(hao)效果,其中活性(xing)炭吸附法、蒸汽(qi)滲(shen)透膜法整體回收(shou)率超過 70%,且具(ju)(ju)備回收(shou)的選擇(ze)性(xing)。然而(er) 3 種工(gong)藝(yi)仍(reng)需(xu)進行進一步研究以實現擴大化應用和連(lian)續生(sheng)產,主要有(you)以下方面:
1)活(huo)性炭吸附法中活(huo)性炭活(huo)性衰減及再(zai)生情況需進一步研究;
2)垃圾滲瀝液中污染物(wu)成(cheng)分(fen)復雜,活(huo)性(xing)炭吸附法、萃取法對其他成(cheng)分(fen)的吸附、萃取可能導(dao)致 VFA 回收純(chun)度受(shou)到(dao)影響;
3)蒸汽滲(shen)透膜(mo)法中(zhong)垃圾滲(shen)瀝液(ye)對(dui)于膜(mo)污染及接(jie)觸器(qi)連續運行(xing)情況需(xu)進一步研究。此外(wai),對(dui)于合成模(mo)擬廢(fei)水(shui)或其(qi)他廢(fei)水(shui)中(zhong) VFA 的回(hui)收還有(you)電滲(shen)析、離子(zi)交換等方法。但由于滲(shen)瀝液(ye)中(zhong)成分復雜,干(gan)擾因素較(jiao)多,非垃圾滲(shen)瀝液(ye)為原料(liao)的 VFA 回(hui)收技術還需(xu)進一步驗證其(qi)可(ke)行(xing)性。
2.HS 回收技術
HS是有機物(wu)(wu)經微生物(wu)(wu)分解轉化(hua)(hua)形成的(de)膠體(ti)物(wu)(wu)質(zhi),主要包括腐植(zhi)酸(humic acid,HA)和(he)黃腐酸(fulvic acid,FA),具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)吸水(shui)保(bao)肥能力,對(dui)作物(wu)(wu)生長有良(liang)好(hao)的(de)促(cu)進作用。垃(la)圾滲瀝(li)(li)液(ye)中(zhong) HS 難以通過生化(hua)(hua)法(fa)(fa)去除,目(mu)前(qian)一般通過膜(mo)法(fa)(fa)濃(nong)(nong)縮(suo)(suo)、化(hua)(hua)學(xue)氧化(hua)(hua)等方式處理(li),但均(jun)存在以下弊端:1)處理(li)成本高;2)產(chan)生膜(mo)濃(nong)(nong)縮(suo)(suo)液(ye)、化(hua)(hua)學(xue)污(wu)泥等二次污(wu)染(ran)物(wu)(wu)。因(yin)此,如(ru)果將垃(la)圾滲瀝(li)(li)液(ye)中(zhong)的(de) HS 分離出來,不(bu)僅有利于(yu)垃(la)圾滲瀝(li)(li)液(ye)處理(li),同時(shi)可實現 HS 的(de)資源化(hua)(hua)回(hui)收。目(mu)前(qian)的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong),垃(la)圾滲瀝(li)(li)液(ye)及膜(mo)濃(nong)(nong)縮(suo)(suo)液(ye)中(zhong) HS 的(de)回(hui)收方法(fa)(fa)主要包括離心過濾法(fa)(fa)、吸附(fu)法(fa)(fa)、膜(mo)法(fa)(fa)和(he)蒸發法(fa)(fa)等, 如(ru)表 3 所示(shi)。
表3 不同工藝(yi)回(hui)收垃圾滲瀝(li)液(ye)中 HS 效果
Liu 等在 pH 為 2 左右的(de)條(tiao)件下(xia),通過(guo) 3000 r/ min 離(li)心 30 min 后經過(guo)濾實(shi)現(1.38±0.26)g/ L 的(de) HA 回收。
Ahmed 等采用微濾(lv)及離(li)心方法進行 HA 分(fen)離(li),在(zai) pH 為 1.5、2.5 時 HA 回收(shou)量分(fen)別為(1510±1.5),(1451±1.5)mg/ L。
Huo、Zhang、Wu 等通過 XAD-8 樹(shu)脂結(jie)合陽離(li)子交換樹(shu)脂法實(shi)現了 HS 的吸(xi)附,并將其分離(li)為 HA 和 FA。Wang 等采用(yong)氮化碳對垃圾滲瀝(li)液中腐植(zhi)酸進行(xing)選擇性吸(xi)附,并進行(xing)了氮化碳對 NF 膜濃縮液中 HS 的選擇性吸(xi)附性能的研究(jiu),HA 和 FA 的最大(da)吸(xi)附量分別為 143.11,63.27 mg C/g,NF 膜濃縮液中腐殖(zhi)質組(zu)分去除(chu)率最大(da)可(ke)達到 100%。
Xu 等(deng)采用(yong)兩級(ji)小孔徑超濾膜(mo)法(fa)(tightultrafiltration,TUF)回收納濾(NF)濃縮(suo)液(ye)中的(de)(de) HS,并通(tong)過中試實驗探(tan)究了壓(ya)力、溫度、pH 等(deng)參數對膜(mo)通(tong)量、有機物(wu)截除率及濃度、脫鹽性能的(de)(de)影(ying)響(xiang),最終產物(wu)體(ti)積(ji)僅為(wei)(wei) NF 濃縮(suo)液(ye)的(de)(de) 1.79%,其中有機物(wu)含量為(wei)(wei) 71590 mg COD/ L,HS 占比為(wei)(wei) 82.3%(HA 和 FA 分別為(wei)(wei) 22.6% 和 59.7%)。因此,該方(fang)法(fa)對 HS 有良(liang)好的(de)(de)提取效果,同(tong)時大大降低了產水中 COD 含量。但(dan) TUF 對無機鹽分離能力有限,尤(you)其是含量最高的(de)(de) Na+、K+、Cl- 等(deng)一價離子,這將影(ying)響(xiang)其回收后的(de)(de)資(zi)源化(hua)利用(yong)。
Ye 等采用 NF 膜(mo)實現 HS 的回收并提高了脫(tuo)鹽(yan)率(lv)(lv)。采用疏松(song) NF 膜(mo)濃(nong)(nong)縮(suo)垃圾(ji)滲瀝液以回收 HS,濃(nong)(nong)縮(suo)系數為 9.6 時,HS 濃(nong)(nong)度從(cong) 1735 mg/ L 增加到 15287 mg/ L,回收率(lv)(lv)為 91.2%,脫(tuo)鹽(yan)率(lv)(lv)為 85.7%。當以過硫酸(suan)(suan)鹽(yan)為觸發劑(ji),將聚多(duo)巴(ba)胺-聚乙烯亞胺(PEI)絡合物共(gong)沉積(ji)在疏松(song)納(na)濾膜(mo)上后,回收濃(nong)(nong)度可達(da)到 17247.1 mg/ L,回收率(lv)(lv)為 96.0%,脫(tuo)鹽(yan)效率(lv)(lv)達(da)到 99.5% 。采用電中性納(na)濾膜(mo)可將腐植酸(suan)(suan)從(cong) 1756mg/ L 富(fu)集至 51466 mg/ L,富(fu)集倍數為 32.6 倍,腐植酸(suan)(suan)回收率(lv)(lv)為 90.0%,脫(tuo)鹽(yan)效率(lv)(lv)為 96.4% 。
Zhang 等(deng)采用浸沒式(shi)燃燒(shao)蒸發(fa)(submergedcombustion evaporation,SCE)對垃(la)圾(ji)滲瀝液(ye)膜(mo)濃縮液(ye)實(shi)現了 9.8 倍濃縮,經高溫(wen)濃縮后 HS 的總體芳香度明顯提升。
此外(wai),很多文獻針對垃圾滲(shen)瀝液(ye)回收的(de)(de) HS 利用(yong)途徑進行(xing)了探索,例如,在土壤重金屬修復(fu)方(fang)面,垃圾滲(shen)瀝液(ye)回收的(de)(de) HS 對 Cu、Cd 等重金屬表現出良好的(de)(de)絡合(he)能力(li);在制備(bei)液(ye)態肥方(fang)面,獲(huo)得(de)了符(fu)合(he)國家標準(zhun)的(de)(de)水(shui)溶(rong)性肥料,對植(zhi)物生長具(ju)有良好的(de)(de)促進作用(yong),具(ju)有較高(gao)的(de)(de)經濟(ji)性。
盡管(guan)垃圾滲(shen)瀝液中(zhong) HS 的(de)回收(shou)已經有了大量研究(jiu),但(dan)工藝仍需(xu)完(wan)善,主要包括:
1)離(li)心過濾(lv)法分(fen)離(li)過程(cheng)中需(xu)將 pH 降(jiang)低(di)至 2 以(yi)下(xia),滲瀝(li)液(ye)處(chu)理時(shi)需(xu)再次調節(jie) pH,該過程(cheng)消耗(hao)酸(suan)堿(jian)引入大量無機離(li)子,使滲瀝(li)液(ye)處(chu)理和(he) HS 的(de)資源(yuan)化利用變(bian)得更(geng)加困(kun)難。
2)吸附(fu)法由于吸附(fu)材(cai)料的吸附(fu)能力(li)有(you)限,大(da)大(da)限制了其工程(cheng)應用;同時,吸附(fu)材(cai)料的再生能力(li)也需進(jin)一步探索。
3)蒸(zheng)發法將 HS 濃縮(suo)的(de)同時也(ye)對金屬離子進行了濃縮(suo),而且并未實現無(wu)機鹽與 HS 分離,HS 仍無(wu)法資源(yuan)化利用。
4)膜法(fa)是 HS 分離(li)回(hui)收的(de)有效(xiao)方法(fa),但是因滲(shen)瀝液(ye)中(zhong)金屬離(li)子較高,HS 與金屬離(li)子絡合(he)造成明顯的(de)膜污染,嚴重影響膜組件(jian)的(de)連(lian)續運行。
5)垃圾(ji)滲瀝液回收(shou)的 HS 應用(yong)(yong)研究(jiu)目前大多限于實驗室階段,工程(cheng)化應用(yong)(yong)可行性仍需探索。
間接(jie)回收技術(shu)
1.厭氧消化產甲烷(wan)甲烷(wan)
作(zuo)為清潔能源可減(jian)少化石燃(ran)料的使用,因此厭(yan)氧(yang)(yang)消(xiao)化(anaerobic digestion,AD)產甲烷被(bei)視為非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)(xiao)的有(you)機物(wu)(wu)資源化利用方(fang)式(shi),也是目前(qian)垃(la)圾滲(shen)瀝(li)液處理最有(you)效(xiao)(xiao)的方(fang)式(shi)之一。目前(qian)研(yan)究中(zhong)厭(yan)氧(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器包括升流式(shi)厭(yan)氧(yang)(yang)污(wu)泥(ni)床(upflow anaerobic sludge bed,UASB)、上流式(shi)污(wu)泥(ni)床過濾(lv)器( up-flow blanketfilter,UBF)、膨脹顆(ke)粒污(wu)泥(ni)床(expanded granularsludge bed, EGSB)、內循環(internal circulation,IC)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器、厭(yan)氧(yang)(yang)膜生物(wu)(wu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器( anaerobicmembrane bioreactor,AnMBR)、全混式(shi)厭(yan)氧(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(completely stirred tank reactor,CSTR)等。厭(yan)氧(yang)(yang)消(xiao)化產甲烷已形(xing)成(cheng)完整的理論體系,總結(jie)各種厭(yan)氧(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器在不同的操作(zuo)條件下垃(la)圾滲(shen)瀝(li)液發酵產甲烷的情況。為最大限(xian)度(du)增加甲烷產量,很(hen)多研(yan)究進行了厭(yan)氧(yang)(yang)前(qian)預(yu)處理實驗,包括電化學、超聲波、堿處理、混凝(ning)、納濾(lv)、氣提、吸附和光催化等方(fang)式(shi)。
研究表(biao)明,厭氧前的預處(chu)理有助于(yu)水(shui)解反應,可以提高可溶性 COD 含量,從而提高沼氣產率。
盡管(guan)垃圾(ji)滲瀝(li)液厭(yan)氧消化產甲烷在工(gong)程(cheng)中(zhong)已(yi)廣泛應用(yong),然而實(shi)際生產中(zhong)仍存在一些問題,主要包括:
1)垃圾滲瀝液(ye)中含(han)有(you)大量氨氮,對厭氧消化微生物產生明顯的(de)氨抑(yi)制作用;
2)垃圾滲瀝液中 Ca2+ 、Mg2+ 、NH4+ 、PO43- 等無機離子(zi)非常豐富(fu),在厭氧過程中容易產(chan)生碳酸鈣、鳥糞石(shi)等沉淀,附(fu)著(zhu)在厭氧顆(ke)粒污泥表面造成厭氧菌(jun)群(qun)活力降低,同(tong)時造成反應器或(huo)管道堵塞;
3)厭(yan)(yan)氧微生(sheng)物繁殖(zhi)產生(sheng)大量厭(yan)(yan)氧污泥,其污染物濃度(du)高、成分復雜,處理困難;
4)產甲(jia)烷同時(shi)伴生一定含(han)量的 H2S,需凈化后才能進行利用,否則會對(dui)設(she)備造(zao)(zao)成腐(fu)蝕,同時(shi)造(zao)(zao)成 SO2 超(chao)標排(pai)放;
5)厭(yan)氧前預處(chu)理(li)需要考慮產生的(de)(de)效益與(yu)預處(chu)理(li)的(de)(de)成本投入是(shi)否匹配(pei)。盡管以上問題對厭(yan)氧消化產甲烷(wan)的(de)(de)應用有影響,但短(duan)期內該工(gong)藝(yi)仍(reng)將是(shi)垃圾(ji)滲瀝液(ye)有機物(wu)資(zi)源化的(de)(de)主流(liu)工(gong)藝(yi)。
2. 厭氧發酵產氫、產酸
垃圾(ji)滲瀝液在厭氧(yang)發酵過程中,會經(jing)歷水解、產氫產乙酸、產甲烷等階段。若對中間過程進行有效控(kong)制,可利(li)用有機物生產 VFA 和(he)氫以實(shi)現資(zi)源化(hua)利(li)用,該過程被稱為暗發酵(dark fermentation,DF)。
Liu 等(deng)采用 EGSB 反(fan)應器連(lian)續運行(xing)進(jin)行(xing)垃圾(ji)滲瀝(li)液(ye)產氫(qing)實(shi)驗,高(gao)產氫(qing)率階(jie)段(duan)僅維持 10~30 h,添加磷(lin)(lin)酸鹽(yan)后延長至 50 h。當培養基中(zhong)添加的(de)磷(lin)(lin)酸鹽(yan)含(han)量(liang)為 120 mg/ L 時,40 h 的(de)生(sheng)物氫(qing)產量(liang)最高(gao)達到 266 mL/(L·h),階(jie)段(duan) COD 去除率最高(gao)可達 66. 9%,平均產氫(qing)率為 2155 mL/(L·d)。同時發現(xian),80% 以上的(de)液(ye)相代(dai)謝(xie)物為乙(yi)酸和乙(yi)醇也(ye)可同步回(hui)收。磷(lin)(lin)酸鹽(yan)是垃圾(ji)滲瀝(li)液(ye)厭(yan)氧產氫(qing)的(de)關鍵營(ying)(ying)養物質,這(zhe)與 Liu 等(deng)采用葡(pu)萄糖作為底(di)物、垃圾(ji)滲瀝(li)液(ye)作為營(ying)(ying)養物產氫(qing)的(de)結果一致。
研究表(biao)明(ming),在(zai)磷酸鹽(yan)滿(man)足發酵條(tiao)件的情況下,垃圾滲瀝液(ye)具有良好的氫和 VFA 轉化率。為(wei)提高有機物去除率,Yellappa 等在(zai) DF 階(jie)段(duan)將垃圾滲瀝液(ye)中超過 60% 的 COD 轉化為(wei)氫(0.23 L/ g COD)和 VFA(56.15 g COD/ L),再(zai)通過生物電(dian)化學處(chu)理階(jie)段(duan)將 COD 去除率提升至 71.21%。
為(wei)(wei)降低垃(la)(la)圾(ji)滲瀝液(ye)對(dui)發酵菌活性的(de)影響,提升氫(qing)和(he)(he) VFA 產量,Feng、Chang 等采用微藻(zao)與 DF 耦合(he)工藝從垃(la)(la)圾(ji)滲瀝液(ye)中回收營(ying)養物(wu)(wu)質和(he)(he)有(you)機物(wu)(wu),生物(wu)(wu)量最高可達到 1.41 g/L,能(neng)回收 86.12% 的(de) NH4+ 和(he)(he) 53.00% 的(de)有(you)機物(wu)(wu),并以碳(tan)水(shui)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(26.4%)、蛋(dan)白(bai)質(48.7%)和(he)(he)脂質(15.9%)的(de)形(xing)式儲存在(zai)微藻(zao)細胞中,再將(jiang)細胞內積累的(de)碳(tan)水(shui)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)和(he)(he)蛋(dan)白(bai)質通過 DF 轉化(hua)(hua)為(wei)(wei)生物(wu)(wu)氫(qing)和(he)(he) VFA,輸出能(neng)量為(wei)(wei) 16.37 kJ/ L,總能(neng)量轉換效率為(wei)(wei) 11.76%。研究表明(ming),垃(la)(la)圾(ji)滲瀝液(ye)制氫(qing)聯合(he)產酸具有(you)良(liang)好的(de)前景。
與厭氧消化(hua)產甲烷(wan)相比,暗發酵產氫產酸(suan)的(de)轉化(hua)率略(lve)低,見(jian)表(biao)4。但從應(ying)用(yong)角度來(lai)看(kan),相較于甲烷(wan),氫和 VFA 可作為(wei)工業生產原料利(li)用(yong)途徑更為(wei)廣泛,效益可能更高(gao)。
表4 厭氧(yang)工藝回(hui)收(shou)垃圾(ji)滲瀝(li)液(ye)中有機物
3. 微(wei)生物燃(ran)料(liao)電池(MFC)
發電微生物(wu)(wu)(wu)燃料(liao)電池(chi)(microbial fuel cell,MFC)是一種利用微生物(wu)(wu)(wu)將有機物(wu)(wu)(wu)中(zhong)的化(hua)(hua)學能直接轉化(hua)(hua)成電能的裝置。早期關(guan)于 MFC 處理廢水(shui)的研究(jiu)(jiu)中(zhong),對于運行條(tiao)件(jian),如 pH、溫度、底物(wu)(wu)(wu)濃度、水(shui)質(zhi)變化(hua)(hua)、外部負(fu)荷等進行了深入研究(jiu)(jiu)。垃圾(ji)滲(shen)瀝(li)液含有大量(liang)有機物(wu)(wu)(wu)和無機離子(zi),是 MFC 的理想底物(wu)(wu)(wu)。針對以(yi)垃圾(ji)滲(shen)瀝(li)液為底物(wu)(wu)(wu)的 MFC 研究(jiu)(jiu),主要圍(wei)繞 MFC 形式、電極性能、電解質(zhi)(膜)性能等方面進行。
關(guan)于(yu) MFC 形式的研究(jiu)中(zhong),目前(qian)主(zhu)要有單室 MFC(SCMFC)、雙室 MFC(DCMFC)和堆棧(zhan)式 MFC。You 等對早期填埋場滲瀝(li)液作為 MFC 基質進行(xing)了研究(jiu),比較了 SCMFC 和 DCMFC 反應器的產(chan)電(dian)能力,發現 DCMFC 和 SCMFC 的最大(da)功(gong)率密(mi)度分(fen)別(bie)為 2060.19,6817.4 mW/m3 ,反應器的內(nei)阻差(cha)異(yi)是(shi)影(ying)響其發電(dian)水平的主(zhu)要原因。
同時(shi),庫侖效率(lv)與底(di)物濃度之間(jian)存在負(fu)相關(guan),主(zhu)要是因為(wei)由(you)其(qi)他好氧(yang)或缺(que)氧(yang)菌群消耗有機物進(jin)行呼吸等(deng)生命活動,從而使 COD 去除率(lv)高但電能(neng)(neng)轉化(hua)率(lv)低。目(mu)前的報道(dao)中(zhong),SCMFC 產生的短時(shi)間(jian)最大功(gong)率(lv)密度為(wei) 20000 mW/m3。但是 SCMFC 對于氨(an)氮去除能(neng)(neng)力(li)較低,這也是限制(zhi)其(qi)在垃圾滲瀝液領域利用的重要因素。堆棧(zhan)式(shi) MFC 主(zhu)要是多(duo)個(ge)(ge) MFC 的串(chuan)聯(lian)或者并(bing)聯(lian)。已有研究證明,多(duo)個(ge)(ge)堆棧(zhan)式(shi)連(lian)接的小型(xing) MFC 比單個(ge)(ge)等(deng)體積的大型(xing) MFC 提(ti)供更(geng)大的功(gong)率(lv)密度,這為(wei)實現 MFC 擴大化(hua)、連(lian)續生產提(ti)供了可(ke)能(neng)(neng)性。
通過電(dian)極(ji)(ji)(ji)材料改(gai)性提(ti)高發電(dian)量是改(gai)善(shan) MFC 產電(dian)性能的(de)有效手段(duan)。大(da)部分研(yan)究中(zhong)(zhong)陽極(ji)(ji)(ji)采用(yong)(yong)炭(tan)基材料,同時(shi)陶瓷通過改(gai)性用(yong)(yong)于 MFC 電(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)研(yan)究也不斷(duan)開展,被認為是非(fei)常(chang)有潛(qian)力的(de)陽極(ji)(ji)(ji)材料,這在 MFC 回收(shou)滲(shen)瀝液中(zhong)(zhong)有機物的(de)實踐(jian)中(zhong)(zhong)也得到(dao)了驗證。對于陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji),部分研(yan)究進行了通過改(gai)變陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)材質、陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)改(gai)性以實現性能提(ti)升(sheng)的(de)實驗。此外,很多研(yan)究著重于陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)氧量的(de)提(ti)升(sheng),包括(kuo)空氣電(dian)極(ji)(ji)(ji)、陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)曝氣、藻類供(gong)氧等方式。這些研(yan)究均使 MFC 的(de)性能得到(dao)提(ti)升(sheng)。
無(wu)膜(mo) MFC 通(tong)過(guo)溶液傳導(dao)質(zhi)子(zi)(zi)(zi),庫侖(lun)效率較低。而(er)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)換膜(mo)的低性能、高成(cheng)(cheng)本(ben)是制約 MFC 工(gong)程(cheng)化應(ying)用(yong)(yong)的關(guan)鍵(jian)因素之一。Hernández-Flores 等研(yan)究(jiu)了低成(cheng)(cheng)本(ben)膜(mo)(瓊脂(zhi)制備)、納(na)濾(NF)、鋯膜(mo)(負離(li)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)換膜(mo))等膜(mo)類型對 MFC 運行性能的影響(xiang),發現質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)換膜(mo)的改善(shan)對于(yu)電(dian)能的產生具(ju)有重(zhong)要作(zuo)用(yong)(yong)。盡管采用(yong)(yong)垃圾滲瀝液作(zuo)為(wei)底物進(jin)行的 MFC 應(ying)用(yong)(yong)研(yan)究(jiu)做了大量工(gong)作(zuo),但是目(mu)前 MFC 技術發電(dian)效率仍然較低,電(dian)極材料昂貴,導(dao)致工(gong)程(cheng)化應(ying)用(yong)(yong)困難。
4. 微生物電解池(MEC)產氫
微生物(wu)電解池(chi)(microbial electrolysis cell,MEC)是在微生物(wu)降解有機物(wu)提供(gong)電子,與(yu)外部質子結(jie)合產生氫氣以實現能(neng)量轉化(hua)的(de)一種工藝。
Hassan 等在施(shi)加 1.0 V 電(dian)壓的條件(jian)下,電(dian)流密度達到 1000~1200mA/m2 ,產氫率為(wei) 0.148 L/(L·d),該過(guo)程 COD 氧(yang)化(hua)率為(wei)(73±8)%,能量回收率為(wei) 100%。由于有機(ji)物是(shi) MEC 通過(guo)微(wei)生物實(shi)現能量轉化(hua)的來源,垃圾滲瀝液良好的可(ke)生化(hua)性(xing)是(shi) MEC 產氫的重(zhong)要(yao)前提。
為提(ti)(ti)高滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)生化性,Mahmoud 等將(jiang)(jiang)垃圾(ji)(ji)滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)進(jin)行了發酵預處(chu)理,將(jiang)(jiang) BOD5 去(qu)除率提(ti)(ti)高了約 15 倍,MEC 產生的電(dian)流密度提(ti)(ti)升(sheng)了近 10 倍;采(cai)用 Fenton 進(jin)行垃圾(ji)(ji)滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)預處(chu)理,生物膜積累增(zeng)加(jia)了約 5 倍,BOD5 去(qu)除率由(you)(3±0.3)% 提(ti)(ti)升(sheng)至(52±10)%,庫侖效率由(you)(1.8±0.5)%提(ti)(ti)升(sheng)至(29±3)%,電(dian)流密度由(you)(0.11±0.06)A/m2 增(zeng)加(jia)至(1.42±0.27)A/m2 。
Rani 等采用(yong)無(wu)膜微(wei)生物電(dian)解(jie)池間(jian)歇進料處(chu)理滲瀝(li)液(ye)和廢(fei)水,滲瀝(li)液(ye)濃(nong)度提(ti)高至16%時(shi)(shi)反(fan)應器性能(neng)開始下(xia)降,此(ci)時(shi)(shi) COD 去除率為 73%,產氫(qing)量(liang)為 15 mL/(L·d),電(dian)流密度為 10 A/m2 。因此(ci),采用(yong) MEC 進行產氫(qing)時(shi)(shi),滲瀝(li)液(ye)中污染物濃(nong)度不能(neng)過高,否則需要稀釋。
為(wei)減少系統能耗(hao),MFC-MEC 聯用也成為(wei)熱門研究(jiu)方向(xiang),即采(cai)用 MFC 產(chan)生 MEC 所需的(de)電(dian)(dian)能,避免系統外增加電(dian)(dian)能輸(shu)入(ru)。Mansoorian 等的(de) MFC-MEC 耦合系統研究(jiu)中 MFC 的(de)最(zui)(zui)高電(dian)(dian)壓和(he)功(gong)率密(mi)度分別為(wei) 1114 mV 和(he) 49.24 W/m3,MEC 電(dian)(dian)壓輸(shu)入(ru)和(he)功(gong)率密(mi)度最(zui)(zui)大值分別為(wei) 1106 mV 和(he) 48.54 W/m3,產(chan)氣率最(zui)(zui)高為(wei) 39 mL/( L·d)。同時,MFC 和(he) MEC 兩階段對 COD、NH4-N 和(he) P 均有良好的(de)去除率效果。
Feng 等的研(yan)究也證(zheng)實了 MFC-MEC 系統比獨(du)立的 MFC 性能更(geng)佳。目前,MEC 在垃圾滲瀝液處理(li)領域深入研(yan)究較少,并(bing)且主要是針對污染物去(qu)除(chu),而非能量回收。產生能量密度低使其難以真正應(ying)用(yong)于(yu)對外供能。
5. SCWG 產氫技術
超(chao)臨界(jie)水(shui)氣(qi)化( supercritical water gasification,SCWG)是利用超(chao)臨界(jie)水(shui)在高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)壓反應(ying)條件(jian)下將有(you)機物快速(su)氣(qi)化,生成富含(han)(han)氫氣(qi)的(de)混合氣(qi)體。相比于(yu)生物制氫,SCWG 制氫高(gao)(gao)效、快速(su),且氣(qi)體產(chan)品中的(de)氫含(han)(han)量高(gao)(gao)。為(wei)提高(gao)(gao)垃圾滲(shen)瀝液(ye)制氫產(chan)氣(qi)率,多項研究從不同角度進行了探索。
有(you)研究表明,溫度(du)是影響 SCWG 利(li)用垃(la)圾滲瀝(li)液制氫(qing)效果的主(zhu)要因素,氫(qing)摩爾分(fen)數、氫(qing)產(chan)(chan)率、碳氣化比(bi)隨著溫度(du)升高而增(zeng)大。Gong 等(deng)發現添(tian)加(jia)堿作(zuo)為(wei)催化劑可顯著促(cu)進垃(la)圾滲瀝(li)液制氫(qing)。在不添(tian)加(jia)催化劑的情況下(xia),氣態產(chan)(chan)物(wu)主(zhu)要含有(you) H、CH4 、CO2 和 CO。在 NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3 的作(zuo)用下(xia),其(qi)主(zhu)要氣態產(chan)(chan)物(wu)為(wei) H2 和 CH4 。其(qi)中(zhong),NaOH 作(zuo)為(wei)催化劑效果最佳,在 450 ℃、28 MPa、NaOH 添(tian)加(jia)量(liang)為(wei) 5%(質量(liang)分(fen)數)條件(jian)下(xia)反應 15 min,最大氫(qing)摩爾分(fen)數和產(chan)(chan)氫(qing)率分(fen)別為(wei) 74.40%、70. 05 mol/ kg。
然而(er),添加催化劑可能會導致反應(ying)器(qi)的腐(fu)蝕(shi)和(he)堵塞。此外,在反應(ying)過程中產生的大量(liang)(liang)焦油和(he)焦炭導致產氣量(liang)(liang)和(he)氣化效率明顯下降。Gong 等(deng)(deng)發現通(tong)過超臨界水部(bu)分氧(yang)化可以(yi)(yi)減少焦油和(he)焦炭生成(cheng),從(cong)而(er)促進(jin)難(nan)降解物(wu)質(zhi)的降解,以(yi)(yi)提(ti)高氣化效率。盡管 SCWG 有良好的技術(shu)性,但是其(qi)設備昂貴、運行成(cheng)本高等(deng)(deng)問題使其(qi)目前(qian)尚未大規模應(ying)用。
6. 微(wei)生物產PHA 技術
聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)具有良好(hao)的生物(wu)可降解性(xing)和物(wu)理特性(xing),被認(ren)為(wei)是替代(dai)化(hua)石原料合(he)成塑料的重(zhong)要物(wu)質,對(dui)緩解石油等(deng)化(hua)石燃料短(duan)缺、解決白色污染問題具有重(zhong)要意(yi)義。VFA 被認(ren)為(wei)是微生物(wu)產(chan) PHA 的重(zhong)要底(di)物(wu)。
Zhao 等采用垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝(li)液中 VFA 作為碳(tan)源,使微生(sheng)物產生(sheng)的 PHA 達(da)到細胞干重的 45.5%,容積產率(lv)為 0.265 g PHA/(L·h)。該研(yan)究證明了利用垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝(li)液產PHA的可行性。但由(you)于垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝(li)液中成分相對(dui)含量不可控(kong)制,產生(sheng)的 PHA 中羥基丁(ding)酸(hydroxybutyrate,HB)和羥基戊酸乙酯(hydroxyvalerate,HV)比例也(ye)會發(fa)生(sheng)變化(hua),對(dui) PHA 的性狀將(jiang)產生(sheng)影(ying)響(xiang),需進行成分調(diao)配以實現(xian)原料穩定。此(ci)外,PHA 提取成本高昂是影(ying)響(xiang)其工程化(hua)應用的最大因素。
資源化技術(shu)工程應(ying)用現狀
厭(yan)氧(yang)發酵(jiao)產(chan)甲烷是目(mu)(mu)前垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝液處理和(he)有(you)機物資(zi)源化利用的主要途徑,已在(zai)(zai)垃(la)圾(ji)(ji)填埋場、垃(la)圾(ji)(ji)焚燒廠(chang)(chang)等項目(mu)(mu)廣泛(fan)應用并取(qu)得良好(hao)的資(zi)源化效(xiao)果(guo)。根據(ju)工(gong)程經(jing)驗,垃(la)圾(ji)(ji)滲瀝液產(chan)沼氣(qi)率為 0.40~0.50 m3 /kg COD,CH4含量(liang)可達到 60% 以(yi)上(shang)。沼氣(qi)一般用來(lai)廠(chang)(chang)內供熱、沼氣(qi)發電(dian)供電(dian),也(ye)有(you)部分項目(mu)(mu)用來(lai)提純、加壓制成壓縮天然氣(qi)或液化天然氣(qi),作為清潔能源外售。但厭(yan)氧(yang)過程有(you)機物消耗(hao)較(jiao)大,同時(shi)厭(yan)氧(yang)污泥自(zi)我增(zeng)殖(zhi)會消耗(hao)大量(liang)有(you)機物,實(shi)際有(you)效(xiao)轉(zhuan)化水平較(jiao)低(di),尤(you)其(qi)是中期或晚期滲瀝液。厭(yan)氧(yang)發酵(jiao)產(chan)氫、產(chan)酸技術在(zai)(zai)廢水、污泥處理等領域已實(shi)現工(gong)程化應用案例(li),但在(zai)(zai)大規模擴大生(sheng)產(chan)時(shi)存(cun)在(zai)(zai)條件控制困(kun)難(nan)、VFA 提取(qu)困(kun)難(nan)等問題,產(chan)氫同時(shi)伴(ban)生(sheng)的其(qi)他氣(qi)體,也(ye)增(zeng)加了 H2 利用難(nan)度。
垃圾(ji)(ji)滲(shen)(shen)瀝液(ye)中有(you)(you)機物的(de)直(zhi)接回(hui)收(shou)尚無(wu)工(gong)程應(ying)用(yong)案例,但(dan)該方向仍是非常有(you)(you)價值的(de)工(gong)程化利用(yong)途(tu)徑。類似(si)的(de)垃圾(ji)(ji)滲(shen)(shen)瀝液(ye)中氨氮直(zhi)接回(hui)收(shou)已在上(shang)海老港(gang)四(si)期滲(shen)(shen)瀝液(ye)處理廠實(shi)現工(gong)程化應(ying)用(yong),產品為生(sheng)態銨肥,取得(de)了良好的(de)經濟效益。比較來看,VFA 類和 HS類有(you)(you)機物的(de)提(ti)取回(hui)收(shou)也具備工(gong)程應(ying)用(yong)條件(jian)。
SCWG 技(ji)術是一(yi)種(zhong)很有(you)(you)前途的(de)生物質(zhi)燃料轉化(hua)(hua)技(ji)術,但該工藝(yi)過程(cheng)(cheng)復雜,條(tiao)件(jian)控制較(jiao)困難,部分不利條(tiao)件(jian)下(xia)存在(zai)競(jing)爭反應(ying)。目前該技(ji)術在(zai)佛(fo)山南海(hai)區煤炭超臨界水(shui)氣化(hua)(hua)熱電(dian)聯產項(xiang)目得到了應(ying)用(yong),隨(sui)著研(yan)究的(de)逐漸深入,其在(zai)有(you)(you)機(ji)廢水(shui)的(de)處理工程(cheng)(cheng)化(hua)(hua)應(ying)用(yong)領(ling)域也將有(you)(you)良好的(de)前景。
盡(jin)管 MEC、MFC 技術以及(ji)微生物產(chan) PHA 技術的(de)研(yan)究(jiu)不斷開展,但實(shi)際(ji)應用仍(reng)存在較大(da)困難,成(cheng)本的(de)投入(ru)仍(reng)然是制約其(qi)工(gong)程化(hua)應用的(de)最主要因素。
三(san)、總結(jie)與展望
垃圾滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)中(zhong)有(you)機(ji)(ji)物的資源(yuan)化(hua)利(li)(li)用(yong)是垃圾滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)處理領域的重要方(fang)向,不僅可(ke)以(yi)(yi)實(shi)現垃圾滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)中(zhong)有(you)機(ji)(ji)物的去除,同(tong)時可(ke)以(yi)(yi)實(shi)現資源(yuan)、能(neng)源(yuan)的回收,助力碳減排。但(dan)對于垃圾滲(shen)瀝液(ye)(ye)(ye)中(zhong)有(you)機(ji)(ji)物資源(yuan)化(hua)利(li)(li)用(yong)的深(shen)入研究及工程化(hua)應用(yong),還需(xu)要考慮以(yi)(yi)下內容(rong):
1.不同(tong)填埋齡的垃圾滲(shen)瀝液水質變化大,尤其是有(you)機物成分相差甚遠,可考慮采取不同(tong)工(gong)藝結(jie)合的方式,對(dui)不同(tong)填埋齡產(chan)生的垃圾滲(shen)瀝液中有(you)機物分別回收,以減少生產(chan)成本。
2.目(mu)前(qian)的研究主(zhu)要考慮了技術(shu)可(ke)(ke)行(xing)性(xing),對于(yu)(yu)擴大實(shi)驗、工程化應用的經濟性(xing)分析(xi)較(jiao)少。因此,結合(he)技術(shu)可(ke)(ke)行(xing)性(xing)、工程實(shi)用性(xing)對于(yu)(yu)資源化利用工藝的綜合(he)分析(xi)十分必要。
3.垃圾(ji)滲(shen)瀝(li)液(ye)中除含有有機物之外,還有大量(liang)無(wu)機鹽、金屬(shu)離(li)子(zi),可分(fen)類提取、分(fen)步回收,形(xing)成(cheng)完整回收工(gong)藝,實現垃圾(ji)滲(shen)瀝(li)液(ye)的整體資源化利(li)用。
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