CREST | 从厌氧消化残留物中回收新资源——当前趋势和未来前景

导 读

澳大利亚纽卡斯尔大学Thava Palanisami团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“从厌氧消化残留物中回收新资源——当前趋势和未来前景（Novel resources recovery from anaerobic digestates: Current trends and future perspectives; 2022, 52(11): 1915-1999）”的综述。

厌氧消化（AD）产生的沼渣目前多被应用于农业生产活动，而营养成分过剩、运输成本上升和应用监管规范化要求市场开发更多创新的沼渣管理技术。鉴于厌氧消化物含有多种植物必需的营养成分和微量元素，微生物生物转化、发酵、水热碳化、热解、真空热汽提、Nijhuis 氨回收、电渗析、跨膜化学吸附、渗透膜生物反应器、化学沉淀、催化分解是常用于提高AD消化液价值的重要工艺。AD沼渣可用作农业有机改良剂、藻类培养基质、氮磷提取、污染物吸附剂、能量储存和转化设备和纳米催化材料。本综述旨在结合AD 消化物增值的最新研究趋势，推进采用不同的创新资源利用方法提供相应的新产品。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

厌氧消化过程产生的消化物体积约占原料的85%，其中固体占10~20%的质量，液体占80~90%。消化物中富含有机物、铵盐（NH₄⁺）和硝酸盐（NO₃^-），可成为农业和化学工业的有用原料。消化物分离的固体部分可用于土地应用、生物肥料制备、碳基材料制备（水炭、焦炭、生物炭和纳米材料等）、生物燃料制备及糖和脂质的回收；液体部分主要用于氮磷回收、藻类培养和施肥。消化液的pH一般在中性至碱性范围内，不仅稳定了碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫多种元素，还稳定了原料中可能含有的重金属。消化物具体特征受消化原料（来源及组成）和操作参数的影响（如温度、保留时间、压力等）。消化物液改良技术的主要目的是：1）提高沼渣的质量；2）为沼渣衍生产品创造新市场；3）减少对土地应用的依赖；4）确保消化产品更安全和可持续的市场利用；5）降低相关运营成本。在不同的沼渣质量提高工艺中，机械工艺通常用于初级处理，随后是物理化学或生物处理（图2）。

图2 可用于消化物增值的工艺

厌氧消化物中氮磷元素的回收可通过鸟粪石沉淀、真空热汽提、跨膜化学吸附分离技术和微藻处理等方式（图3）。由于磷是一种日益减少的全球资源，鸟粪石沉淀同时回收氮磷两种元素的方法可能在未来会变得更受欢迎。微藻生物精炼生产生物燃料和生物产品的前景广阔，然而商业微藻培养的一大障碍在于其成本，其中养分的使用就占了培养总成本的50%。利用厌氧消化液为微藻生长提供养分显著降低了培养成本，也有利于培养脂质生产。

厌氧消化液产生的生物氨制氢是另一个有前景的重点研究领域，使生物燃料的生产不再限制于生物甲烷和生物乙醇。氨的催化分解和热分解是产生暗器最常用的方法。富含氨的水可以利用生物电化学系统产生96%的氢气同时79%的氨被汽提。

图3 从厌氧消化物中回收氨

总结与展望

目前，全球有132,000个大中小型的厌氧消化厂，且数量还在持续增加。这意味着厌氧消化物的再利用有巨大的经济价值。厌氧消化液已被广泛用作农业的首选施肥方法，其次是用于藻类培养。微藻作为许多生物精炼产物的前体，具备研究和商业应用价值。其余研究应用如能源储存与转化、碳材料与纳米材料合成、微生物燃料电池、燃料生产等也是该领域科学家关注的方向。

作者简介

第一作者简介：

Paul Sebastian Selvaraj，印度泰米尔纳德邦农业大学环境科学系助理教授。主要从事废水处理和回收、废物管理方面的研究，已发表学术论文二十余篇。

通讯作者简介：

Thava Palanisami，澳大利亚纽卡斯尔大学工程学院副教授，于2010年在南澳大利亚大学完成了混合污染物风险评估与修复的博士学位。长期从事土壤复合污染、污染物转化产品、微塑料和新一代修复技术开发的研究，已发表学术论文九十余篇。

|供稿：陈偲

|编排：曾镜羽

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