污水处理技术工艺

垃圾渗滤液资源化技术研究进展

发布日期:2019-07-11 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

垃圾渗滤液是生活垃圾在收集和处理过程中产生的。主要水源是垃圾本身携带的水、发酵分解产生的水和大气降水。目前,我国垃圾分类收集和处理的普及率还很低。垃圾中的污染物不仅含量高,而且成分复杂。在微生物和水的作用下,污染物从固体缓慢地转移到垃圾填埋场渗滤液中,使COD、氨氮、重金属、难降解有机物和盐类的浓度大大高于城市污水。因此,垃圾渗滤液的处理非常困难。通常需要对各种工艺进行联合处理,使其达到排放标准,从而产生较高的投资和运行成本。

事实上,由于垃圾渗滤液中某些物质的含量很高,许多研究人员试图将其用于资源。前期垃圾渗滤液资源研究的研究方向包括厌氧发酵生产沼气,氨氮回收,腐殖酸肥料生产等,表明渗滤液资源具有一定的可行性。目前的渗滤液资源技术尚未成熟,尚未得到广泛推广和应用,随着国家环保政策日益严格,水处理成本不断提高,相关技术将受到越来越多的关注。因此,本文将介绍近年来出现的一些渗滤液资源循环利用技术的研究进展,为垃圾渗滤液资源的研究方向提供参考。

1 回收化学物质

垃圾渗滤液中某些物质含量高,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小。例如,通过汽提、汽提或磷酸铵镁沉淀回收氨氮,通过膜分离或混凝提取腐植酸肥料。但目前相关技术还存在能耗高、二次污染大、设备结垢严重、产品纯度低等问题,限制了其实际应用。因此,寻找更有效可行的方法从渗滤液中提取有价值的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

李海清等[1]采用支撑气膜法回收垃圾渗滤液中的氨氮。其原理是利用微孔疏水性聚丙烯中空纤维膜将膜两侧的渗滤液和酸吸收液分离,微孔中的游离氨气化扩散通过微孔扩散到膜的另一侧,并快速扩散。不可逆地被酸吸收液吸收,形成非挥发性铵离子,从而可以回收氨氮。研究结果表明,对于氨氮浓度为1000~3000mg / L的垃圾渗滤液,该技术可以去除99%以上的氨氮,得到硫酸铵含量为10%~15%的水性副产物。 Amaral等[2]使用Liqui-Cel脱气膜组件从垃圾渗滤液中提取氨氮。结果表明,膜组件可以从渗滤液中去除99.9%的氨氮,得到质量分数高达41.2%的硫酸铵。可用作肥料的解决方案。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,二次污染少的优点。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 回收金属元素

Li等人[3]尝试从垃圾渗滤液纳滤浓缩液中回收钾。首先用离子交换膜电解法在电解槽阴极室富集钾离子,然后用磷酸钾镁结晶法沉淀回收钾元素。当钾离子浓度为2761 mg/L时,得到钾离子的回收率。可达到56%。Wu等人【4】填埋场渗滤液经预处理后,加入碳酸钠,再经水下正渗透膜浓缩,最后以鸟粪形式加入磷酸回收。经过除钙和正渗透预处理,当(mg+ca):p=1:1.5,ph=9.5时,渗滤液中镁离子的回收率可达98.6%。膜分离技术的引入,可以使物料回收效率更高、成本更低,这与化学品直接应用于渗滤液不同,无疑具有更大的发展前景。目前,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,应用新的膜材料,提高膜的运行效率是研究的重点。

2 与固废联合处理

对于有机物含量高的垃圾渗滤液,厌氧发酵不仅可以产生甲烷,还可以降低有机质含量,有利于后续处理。这是一种具有经济和环境效益的治疗方法。然而,由于垃圾渗滤液中氨氮,重金属和有毒物质含量高,垃圾渗滤液在发酵产甲烷过程中容易产生不稳定的反应条件和低甲烷产率。因此,一些研究人员试图将垃圾渗滤液与一些固体废物结合起来,以达到优化处理效率和通过两种物质的互补处理这两种污染物的目的。

2.1与厨余垃圾共处理

张等。[5]研究了新鲜渗滤液与餐厨垃圾共消化提高沼气产量和工艺稳定性的可行性。结果表明,与厨房垃圾简单消化相比,厨房垃圾和渗滤液的厌氧共消化表现出更好的性能和稳定性,甲烷生成量(375.9-506.3ml/gvs)和去除率(66.9-81.7%)更高,pH值(7.2-7.8)更稳定。不存在挥发性脂肪酸(VFA)的抑制作用。”张竣“【6】采用垃圾渗滤液浓度作为餐厨垃圾的消化调节器。结果表明,水解酸化率、产气率、总产气量和甲烷含量均明显高于以水为调节剂的消化试验组。累积产甲烷量可达到厨余垃圾单相厌氧消化理论值的165%,说明垃圾渗滤液的适宜量是可滤取的。滤液的加入有利于厨余垃圾的厌氧消化。

2.2农业和水产养殖固体废物综合处理

厌氧消化是一种有前途的固体废物处理技术,用于农业和水产养殖,避免广泛处理造成的环境污染,并可回收清洁能源。尹世军等人[7]探讨了碱处理后稻草与垃圾渗滤液混合厌氧消化的可行性。结果表明,在秸秆消化过程中,高浓度渗滤液的加入可产生相对较多的VFA。采用渗滤液的秸秆厌氧消化系统产甲烷量和产气量分别比对照组提高60.15%。ml/gvs和1868ml表明,碱处理后垃圾渗滤液和秸秆的混合消化效果较好。“497”[8]以猪粪为基质,在中温条件下采用分批进料法处理焚烧厂的垃圾渗滤液。当负载加载20%和25%时,气体产量可以更高。同时,消化液的pH值,碱度和氨氮水平可以保持稳定。

上述研究表明,垃圾渗滤液与厨余垃圾或农业和水产养殖废物的联合厌氧消化具有一定的优势,但如果将该处理应用于实际工程,一方面有必要进一步优化联合消化的操作参数。 。另一方面,还需要相关政策的指导和支持,以便于实施。

3 微生物燃料电池产电

微生物燃料电池是一种通过微生物代谢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,填埋场渗滤液不仅碳氮来源丰富,而且由于含盐量高,具有很高的传导性,可作为潜在的基质来源。

3.1双室微生物燃料电池

双室MFC通常通过质子交换膜分离电池的阴极室和阴极室,其中电解微生物产生有机物的氧化分解并产生电子和质子,它们分别通过外部电路到达阴极室并且质子交换膜并与其中的电子受体相互作用。结合起来,最终产生电流。由于双腔MFC的输出功率低,Xie等人。 [9]试图用二氧化锰和石墨烯(MnO2 / rGO)复合催化剂改性双室MFC阴极材料,并用MFC进行老化垃圾渗透。处理滤液,得到功率密度为194mW / m3(MFC的两倍,无催化剂改性),COD和氨氮去除率分别为58.68%和76.64%。 黄丽等。 [10]使用双室正透性微生物燃料电池(OsMFC)通过使用正膜作为中间膜来处理垃圾渗滤液。结果表明,OsMFC具有比普通MFC更好的发电性能及其最大面积功率密度。相应的电流密度分别为0.406 W / m2和1.594 A / m2。

3.2单室微生物燃料电池

与两室式MFC相比,单室式MFC一般只有阳极室,空气作为阴极,氧气作为电子受体,因此具有较低的运行成本和较好的应用潜力。然而,当使用空气作为阴极时,由于氧的低溶解度和阴极的大过电位,电池反应速率低。袁浩然等人[11]尝试以填埋场渗滤液为阳极,以二氧化锰为阴极催化剂,改善MFC发电性能。当电池阴极负载MnO2时,稳定输出电压和最大功率密度分别增加到0.43 V和0.89 W / m3,MFC 7天后BOD和氨氮去除率分别达到72.9%和91.6%操作。朴明月等[12]将PTFE应用于碳布层,制成以空气为阴极的单室MFC,用于垃圾渗滤液发电,最高输出电压和最高功率密度为2.005V。和3.2 W / m2。

采用微生物燃料电池技术处理垃圾渗滤液,既能回收能源,又能去除部分污染物,运行成本低。但是,为了使其更接近实际应用,还需要进一步改善发电效率低、稳定性差、电极制造成本高的问题。

4 制取氢气

垃圾渗滤液特别是早期垃圾渗滤液有机物含量较高,因此不少研究人员尝试将其转化成 H2、CH4、CO 等能源形式。其中,利用垃圾渗滤液制取氢气这一清洁能源被认为是一个颇有发展前景的方向。

4.1 生物制氢

在早期的研究中,研究人员发现某些微生物可以利用垃圾渗滤液中的有机物在一定条件下产生氢气。 余丽佳等[13]使用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器和初始填埋渗滤液生产氢气。结果表明,操作条件为中温35±1℃,pH 5.0~5.5,水力停留时间24h。当反应器中的液体上升速率为3.7 m / h时,系统的CODCr去除率和氢气产生率分别为49.6%~51.6%和1996~2183 mL /(L·d)。

Hassan等人[14]构建了一个微生物电解系统,以较低的成本从模拟垃圾渗滤液中生产氢气。当外加驱动电压为1.0V时,系统的最大电流密度为1000-1200 mA/m2,制氢速率可达0.148 L/(L.D)。生物制氢往往需要对操作条件的高度控制,这使得维持稳定快速的制氢速度变得困难。因此,一些研究人员试图利用超临界水气化技术,更有效、快速地从垃圾渗滤液中制取氢气。

4.2超临界水气化制氢

渗滤液超临界水气化制氢是利用超临界水进行强传质和溶解。渗滤液中的有机物溶解后,有机物分解,转化为水蒸气重整和水煤气转化。包括氢在内的小分子物质的技术。 龚为先进[15]试图利用超临界水气化技术从垃圾渗滤液中提取氢气。当温度,压力和反应时间分别为470℃,23.1Mpa,10min时,产物中的超临界水气化气体CH4,CO2和H2分别达到32.34%,2.72%和61.88%。在该团队的后续研究[16]中,使用NaOH,KOH,K2CO3,Na2CO3等碱性物质作为催化剂,通过超临界水气化技术提高了渗滤液中产氢的效率,发现温度为450°C,28 Mpa,15在min的反应条件下,加入5%(wt)NaOH得到的H2的摩尔分数和产率最高,分别为74.40%和70.05mol / kg。利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的浓度,还可以回收清洁能源氢。它是一种很有前景的处理技术,但该技术仍然具有昂贵的设备,高运行成本和热效率。问题很少,因此暂时难以获得实际应用。

5 培养能源微藻

不可再生能源的消耗是人类社会持续发展面临的一个重大问题,开发更高效、更新的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培养是当前研究的热点之一。

5.1光生物反应器藻类

由于能量微藻的培养过程需要消耗大量的氮,磷,水等资源,因此运行成本高。因此,近年来研究人员尝试使用污水作为营养源,以达到降低微藻培养成本和净化污水的目的[17]。 。垃圾渗滤液中氨氮和总磷含量远远高于普通生活污水,是微藻养殖的良好营养来源。因此,垃圾渗滤液培养微藻已引起研究者的关注。赵等人。 [18]使用垃圾填埋场渗滤液和城市污水的混合物作为基质,使用光生物反应器培养高密度微藻簇,以固定无机碳并生产生物柴油。当渗滤液占混合物体积的10%时,生物柴油的产生和二氧化碳固定率分别为24.1和65.8mg /(L·d)。

5.2藻类培养用膜光生物反应器

由于垃圾渗滤液中氨氮、重金属和有机污染物对微藻细胞的毒性,抑制了藻类细胞的光合作用,限制了垃圾渗滤液中营养物质的利用效率。因此,研究人员尝试用膜光生物反应器(M-PBR)培养微藻。将光生物反应器与膜过滤模块相结合,从垃圾渗滤液中分离出微藻培养基,降低垃圾渗滤液对微藻细胞的毒性作用,提高微藻的生长效率和产脂量。Chang等人[20]采用M-PBR和垃圾渗滤液培养微藻。与普通光生物反应器相比,微藻生物量浓度由0.66提高到0.95g/L,氮磷回收率显著提高。另外,由M-PBR生产的微藻生物柴油十六烷值较高,亚麻酸含量较低,说明垃圾渗滤液生产的生物柴油具有良好的燃烧性能。

使用m-PBR技术进行垃圾渗滤液培养能源微藻利用膜分离,藻类和光。氮和磷回收和碳固定的成本非常低。毫无疑问,垃圾填埋场的渗滤液处理和资源。一个非常有希望的新方向。然而,该技术仍需要继续提高能量微藻的生产和回收效率,并找到一种以低成本将生物脂转化为生物柴油的方法。

6 总结与展望

垃圾渗滤液成分复杂,处理难度大。在我国现行相对严格的排放标准下,合理处理垃圾渗滤液需要较高的成本。然而,垃圾渗滤液中的许多污染物也是可循环利用的资源。在本文的研究中,垃圾渗滤液具有回收氨氮、提取金属物质和生产能源的功能。它不仅能创造一定的经济价值,而且能对渗滤液进行不同程度的净化。它无疑能大大节约渗滤液的最终处理成本。是垃圾渗滤液处理领域。值得进一步研究。

目前,渗滤液资源技术往往存在不同程度的不足,尚未得到普及和应用。首先,相关技术仍需要继续提高垃圾渗滤液回收资源或能源的效率,并提高其经济效益。其次,依靠某种渗滤液资源技术不能完全净化垃圾渗滤液。因此,考虑到各种技术的有机结合,在回收各种资源的同时降低渗滤液的最终处理成本对相关技术更有利。开发和应用。最后,垃圾渗滤液资源技术的应用及其产品的销售和使用需要得到相关国家政策的支持,使得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相关国家环境保护政策的推进,垃圾渗滤液的资源利用将得到更多的关注和实际应用。

垃圾渗滤液资源化技术研究进展

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