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为解决传统填埋场环境问题及生物反应器填埋场（BL）渗滤液循环的负面影响，研究人员开展碱化预处理渗滤液对 BL 性能影响的研究。结果表明该处理提升了沼气产量、甲烷含量等，为可持续垃圾管理提供适用升级策略。
在城市飞速发展的今天，大量的生活垃圾不断产生，如何妥善处理这些垃圾成为了一个亟待解决的问题。目前，卫生填埋仍是处理城市生活垃圾（MSW）的主要方式，在美国，2020 年约 51% 的生活垃圾被填埋处理，欧洲这一比例约为 44%。然而，传统填埋方式存在诸多弊端，它会排放温室气体，而且垃圾中有机成分（OFMSW）降解缓慢，导致垃圾稳定化周期延长，气体回收效率也不高。
为了应对这些问题，生物反应器填埋场（BL）的概念应运而生。它主要通过密封填埋场覆盖层和渗滤液循环，来加速垃圾分解并最大化沼气产生。但渗滤液的再引入会带来新麻烦，它可能会积累持久性化学物质，影响填埋场的 pH 值，还会引入难以分解的有机物和重金属，对微生物群落产生不良影响。因此，优化渗滤液循环技术迫在眉睫。过去的研究主要集中在优化渗滤液循环率、利用生物强化、pH 缓冲和营养富集等技术处理渗滤液，其中 pH 缓冲技术能缩短产酸阶段，提前启动产甲烷阶段，加快填埋气体的产生。不过，以往关于 BL 的研究大多将 pH 维持在 6 - 7 之间。
在厌氧消化领域，碱化预处理已被广泛应用，它可以将原料的 pH 提高到 8 以上，这种碱性条件能增强底物的生物降解性和可及性，中和积累的酸，加快限速水解阶段。鉴于厌氧消化器可被视为受控的高速连续流 BL，研究人员推测，将 BL 中循环渗滤液的 pH 提高到 8 以上，可能会改善有机物的分解。基于此，研究人员开展了相关研究，旨在探索碱化预处理循环渗滤液对 BL 性能的影响，评估其在技术性能（沼气生产和渗滤液处理）、能源效率和经济可行性方面的可行性及预期改进程度。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上。
研究人员采用了两种主要关键技术方法。首先是批次生化甲烷潜力（BMP）测定实验，通过该实验确定碱化处理的最佳操作条件，具体是确定最佳的 NaOH 添加量。其次是连续中试实验，研究人员使用 25 升的生物反应器，在控制条件下连续运行 28 周，以此评估优化后的预处理方法的长期效果。
下面来看具体的研究结果。
- 批次实验优化：研究人员利用 BMP 测定实验进行优化，探究不同 NaOH 添加量对渗滤液预处理的影响。结果发现，将渗滤液 pH 提高到 10 时，甲烷产量达到最佳，为每克挥发性固体产生 397 mL CH4 ，相较于对照组提高了 35%。这表明在此 pH 条件下，底物的生物降解性和可及性得到显著提升，更多的有机物被转化为甲烷。
- 连续中试实验：研究人员在 25 升的生物反应器中进行了为期 28 周的连续中试实验。结果显示，碱化处理使沼气产量提高了 11%，甲烷含量提高了 30%。同时，处理后的渗滤液 pH 值保持在有利于产甲烷活性的范围内。这说明碱化预处理不仅能提高沼气产量和甲烷含量，还能维持良好的产甲烷环境，进一步验证了碱化处理在实际运行中的有效性。
- 经济分析：经济分析表明，与对照反应器相比，渗滤液碱化处理的成本效益提高了 15%。这意味着在实际应用中，碱化预处理不仅能提升填埋场的性能，还能在一定程度上降低成本，提高经济效益。
- 能源分析：能源分析显示，碱化生物反应器的净能源效率达到 43%，比对照组高 63%，成本效益提高了 15%。这表明碱化处理不仅在能源生产方面表现出色，还进一步提升了经济可行性，为生物反应器填埋场的可持续发展提供了有力支持。
综合上述研究，该研究表明碱化循环渗滤液是一种高效的策略，能显著提升 BL 的性能。通过提高底物的可用性、生物降解性和甲烷产量，碱化预处理在技术性能、能源效率和经济可行性方面都展现出了巨大的优势。这一研究成果为现有和新建的生物反应器填埋场提供了一种适用的升级策略，有助于推动更可持续的垃圾管理。未来，若能通过大规模和长期测试进一步验证这些发现，有望开发出安装在 BL 上游的渗滤液预处理装置，为解决城市垃圾处理问题提供更有效的方案，在全球垃圾处理和能源回收领域具有重要的应用前景。
