【光伏组件回收】RCR: 光伏组件回收过程中重金属去除的水处理方法综述—Shuang Song

文摘 2024-12-28 20:17 北京

【论文链接】

https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.107701

【作者单位】

新南威尔士大学

【论文摘要】

在废水中去除重金属方面，提供高效、经济且可持续的水处理方法仍然是一项挑战。本文旨在通过回顾和评估废旧（End-of-Life，EoL）光伏（Photovoltaic，PV）组件回收领域内不同水处理方法的可行性和效率，来缓解这一挑战。具体而言，本文评估了吸附、离子交换和膜工艺的可能设计、预处理要求、效率、相对成本和环境影响，以及物理化学处理和三级处理的应用，旨在分别保护受纳环境并在废旧光伏组件回收过程中实现处理水的再利用。当前结果表明，膜工艺在废旧光伏回收中去除各种重金属方面是一个颇具前景的解决方案，因为它在效率和环境影响方面表现相对较好。同时，应特别努力开发在废旧光伏回收中具有成本竞争力的优质膜。更重要的是，探索不同水处理方法的潜在组合也可以大大拓宽解决废旧光伏回收中现有水问题的方案范围。

【实验方法】

废弃光伏组件再利用废水的一般说明：

一般而言，废旧光伏组件回收中的废水来源主要包括组件分层和有价值材料回收（如回收金属的湿法冶金过程）等工序。所收集的废水主要包含无机污染物，其中包括各种重金属和其他含有氧化剂（通常为酸，pH值约为0）、残留浸出剂、悬浮固体（SS）、总溶解固体（TDS）和可溶性盐的污染物。这种废水与含有高浓度重金属的半导体工业废水以及含有大量SS和TDS的玻璃工业废水相似。展示了废旧光伏面板回收过程中废水的无机成分，数据来源于以往的研究。最近的研究报告指出，有机成分包括甲苯、苯、邻二氯苯、三氯乙烯、挥发性有机化合物和氟化氢。后续部分旨在为感兴趣的读者提供关于回收过程中可能产生的无机污染物的类型和数量的一般性了解。由于标准化政策尚不完善，因此应根据具体情况分析确切的污染物类型和数量。

【图文摘取】

【主要结论】

在本研究中，我们回顾了光伏行业中现有的废水处理方法，并评估了最成熟的方法（吸附、膜工艺和离子交换）在废旧光伏组件回收中去除重金属的实际应用能力，同时考虑了效率性能、成本和环境影响。当前结果表明，膜工艺是废旧光伏组件回收中去除各种重金属的一种有前景的解决方案。然而，探索不同水处理方法的潜在组合也可以大大拓宽解决废旧光伏组件回收中现有水问题的方案范围。具体而言，得出了一些详细结论如下：

（i）目前，沉淀与混凝以及电混凝是已发现的两种主要用于处理光伏产业废水的方法。近年来，还开发了其他几种方法，如膜法、电混凝-电浮选和氧化混凝法。

（ii）在所考虑的材料中，基于LDH的Fe–MoS4、淀粉样纤维吸附剂、聚酰亚胺TFC正向渗透膜和钛酸钠六氰铁离子交换树脂具有最高的效率。值得注意的是，在工业条件下，没有单一技术能达到完美效率。不同方法的局限性各不相同。在吸附和离子交换的情况下，由于物理吸附/交换表面上结合离子与未结合离子之间的过程具有平衡性，因此在热力学上无法实现>99.99%的效率。同样，在膜工艺中，由于实际膜上存在缺陷，也无法实现名义上的>99.99%的效率，这些缺陷会导致微小但明显的泄漏。然而，尽管存在这些固有局限性，方法上的进步仍在迅速发展。需要设计具有更强结合常数的新一代高性能膜、吸附剂和树脂，以接近理论上的100%效率极限。

（iii）考虑到相对较低的成本，吸附成为去除重金属的理想解决方案。所有新兴方法在成本效益和实际应用适应性方面都应迅速改进。然而，这方面的进展缓慢。吸附和离子交换方法成本较低，同时保持高效率。这些水处理方法在经济上可能更具可行性。但应注意的是，离子交换对特定离子具有高度特异性，这可能限制其在废旧光伏组件回收过程中的应用。像反渗透（RO）、纳滤（NF）和电渗析等成熟方法仍然面临高昂的资本和运营成本。这些成本可能限制它们在废旧光伏组件回收行业的广泛应用，特别是对于资源有限地区的制造商而言。因此，需要不断改进这些方法，以提高其成本效益。

（iv）考虑到环境影响，没有单一的水处理方法可以被选为废旧光伏组件回收中去除重金属的最佳方法。请注意，文献综述中的数据仅限于不同类别，因此进行全面评估并不简单。许多研究倾向于关注实验室规模的方法或简化的模型研究，这可能无法准确反映实际情况。随着该领域的进步和更多数据的获得，希望未来的研究能够融入这些改进，以提供更全面的重金属去除技术的环境影响评估及其在废旧光伏回收中的潜在应用。

（v）由于膜工艺在效率和环境影响方面表现相对较好，因此被认为是废旧光伏组件回收中去除各种重金属的有前景的解决方案。未来需要开发具有额外材料（纳米颗粒和微生物）的新型膜工艺，以获得更好的抗污染性能，并促进其在废旧光伏组件回收中的实际应用能力。同时，应特别努力应用新技术，如电化学沉淀和光催化；以及跨学科方法的发展趋势，如电化学氧化方法与膜工艺的结合，旨在废旧光伏组件回收中实现高效、经济且可持续的重金属去除解决方案。

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