垃圾填埋场渗滤液厌氧发酵沼气提纯为天然气的技术涉及多个关键步骤和挑战，需综合考虑工艺优化、成本控制及环境影响。

1. 工艺流程详解

1.1 预处理阶段

目标：去除渗滤液中的杂质（如固体颗粒、油分、重金属）。

方法：

物理处理：筛网过滤、沉淀池去除大颗粒。

化学处理：絮凝剂（如PAC、PAM）沉淀胶体物质；调节pH至6.5-7.5（中和酸性渗滤液）。

生物处理：预曝气降解部分有机物，减少后续负荷。

1.2 厌氧发酵产沼气

条件控制：

温度：中温发酵（35-40℃）或高温发酵（50-55℃），需加热系统维持。

pH值：通过碳酸氢盐缓冲液或自动加碱系统保持稳定。

C/N/P比例：补充氮、磷营养盐（如尿素、磷酸盐）优化微生物活性。

抑制物管理：监测氨氮（<1500 mg/L）、硫化物（<200 mg/L）浓度，必要时稀释或吸附处理。

1.3 沼气提纯

脱硫（H₂S去除）：

生物脱硫：硫氧化菌（如Thiobacillus）在微氧条件下转化H₂S为单质硫，需精确控制O₂量（2-4%）。

化学吸附：氧化铁（Fe₂O₃）或活性炭吸附，适用于低浓度H₂S（<500 ppm）。

脱碳（CO₂去除）：

PSA（变压吸附）：沸石分子筛选择性吸附CO₂，甲烷回收率>90%，需多塔交替再生。

膜分离：中空纤维膜（如聚酰亚胺）基于渗透速率差异，适合中小规模，能耗较低。

脱水：

冷凝法：降温至3-5℃，去除大部分水分。

吸附干燥：分子筛深度脱水至露点<-70℃。

1.4 压缩与储存

压缩：三级压缩机增压至20-25 MPa，需冷却系统防止高温。

储存：高压储罐（如CNG储罐）。

2. 关键技术与优化策略**

高效脱硫脱碳集成：组合生物脱硫+膜分离，降低化学试剂消耗。

智能控制系统：实时监测CH₄、CO₂、H₂S浓度，动态调节工艺参数（如压力、温度）。

3. 主要挑战与解决方案**

渗滤液成分波动：

缓冲池设计：平衡水质波动，确保发酵稳定性。

高级氧化预处理：臭氧或Fenton法降解难降解有机物。

高能耗问题：

低能耗膜材料研发：如混合基质膜提升CO₂/CH₄选择性（美国普里森沼气分离膜）。

工艺耦合：如厌氧消化与微藻培养结合，利用CO₂生产生物质。

二次污染控制：

硫资源化：回收单质硫作为工业原料。

废水处理：反渗透或蒸发结晶处理冷凝废水，实现零排放。

4. 应用案例与经济性

成本分析：

投资成本：预处理（20%）、提纯（50%）、压缩储存（30%）。

运营成本：能耗占60%，人工与维护占30%。

5. 未来发展方向

新型分离膜开发：如金属有机框架（MOFs）提升CO₂吸附容量，实现碳中和。

数字化孪生技术：通过物联网模拟优化全流程效率，预测设备寿命。

通过以上技术整合与创新，垃圾填埋场渗滤液沼气提纯可有效转化为高附加值天然气，兼具环境效益与经济效益，助力循环经济发展