天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）中文譯文德國滲漏水凈化技術(shù)摘要：本文介紹了德國目前最先進(jìn)的滲漏水處理技術(shù)，并且描述了滲漏水的形成和組成。以下這些凈化工藝在本文中被提到：活性炭吸附、反滲透、微濾、超濾、分離、生物手段和熱力技術(shù)。關(guān)于德國絕大多數(shù)種類的滲漏水裝置的闡述和德國目前的滲漏水處理項目的觀點也在文中有提到。這份報告從整體上概括了德國的滲漏水處理技術(shù)。本文沒有針對滲漏水處理技術(shù)作出任何獨(dú)立研究。關(guān)鍵詞：反滲透，超濾和納濾，分離，生物手段，熱力技術(shù)，德國最先進(jìn)成果。1 引言滲漏水主要來源于降雨時垃圾廢棄物處理過程中的滲漏。廢棄物被分離主要依賴于以下一些條件，比如 pH 值，缺氧、厭氧和好養(yǎng)條件的潛在可能。滲漏水水量和水質(zhì)有很大的波動，很多中因素會對其產(chǎn)生影響，比如季節(jié)變化，地表層密封的形式和嚴(yán)密性，垃圾填埋場的使用時間，廢棄物的形式和連續(xù)性等因素都會對滲濾水的水質(zhì)水量產(chǎn)生影響。滲漏水的物理性質(zhì)通常是深棕色到黑色，液態(tài)、有刺激性氣味。與當(dāng)?shù)氐奈蹚U水相比，滲漏水含有高濃度的有機(jī)物和無機(jī)物成分，像氯，硫和氨。滲漏水中有機(jī)成分的濃度取決于垃圾填埋地的使用時間和相應(yīng)的分解者種類。比較新的垃圾填埋場的滲漏水以厭氧反應(yīng)和產(chǎn)酸反應(yīng)為主，這樣就會使?jié)B漏水中有機(jī)物濃度很高（COD 濃度高達(dá) 110000mg/L；BOD 5 濃度高達(dá) 50000mg/L） 。隨著垃圾填埋場使用時間的延長，滲漏水中有機(jī)物濃度下降，與此同時，有機(jī)物中難生物降解的有機(jī)物成分上升。滲漏水來自于垃圾填埋場地表的滲漏污水溝。這個污水溝由穿孔管組成，滲漏水由穿孔管流向儲存容器和存水坑，整個過程最好自動化完成。在這項技術(shù)存在前，滲漏水被放置于垃圾場儲存處之外，以防止沉淀物的產(chǎn)生和臭氣的累積。滲漏水再直接通過管道或者卡車由存儲地被運(yùn)往處理裝置。滲漏水的無機(jī)和有機(jī)組成，對于凈化過程提出了很高的要求。德國有關(guān)于滲漏水的法律規(guī)定，滲漏水在排放入江河或公共污水管道之前必須經(jīng)滲漏水處理裝置處理直至水質(zhì)達(dá)到法定的標(biāo)準(zhǔn)。2 凈化技術(shù)滲漏水水量主要取決于降雨量、蒸發(fā)作用和垃圾填埋場地區(qū)地表的排水情天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）況。在一些土地不太堅固密實的垃圾填埋場，20%-40%的降水量將會成為滲漏水，而在一些土壤堅固密實的場地，這個數(shù)字僅為 10%-25%。在每年 750 毫米這樣中等降雨量的情況下，滲漏水量大約為 5m3/(公頃·天)。初步成型的垃圾填埋場化學(xué)需氧量（COD）去除率需達(dá)到 95%-99%，而從長遠(yuǎn)角度考慮，氨氮凈化率需達(dá)到 96%-98%。對不同產(chǎn)物的組合進(jìn)行對比試驗發(fā)現(xiàn)，上文所提出的要求僅能通過以下方法實現(xiàn)：生物及物理化學(xué)處理、吸附沉降和膜法處理（包括反滲透、納濾和超濾） 、蒸發(fā)或烘干和灼燒?；钚蕴课椒梢赃_(dá)到很高的 COD 去除率，可是這種方法成本很高。通過包括膜處理-反滲透等方法的組合處理方式，我們可以達(dá)到很好的處理效果。在不同的分類準(zhǔn)則下，處理方法可以分為很多不同的類別，比如可以分為有分離和無分離方法。通過有分離方法，污染物可以在很大程度上從水中分離出來。在理想條件下，可以得到蒸餾水和從滲濾水中分離出的不同污染物成分。通過無分離方法，污染物留在水中，但是可以被生物固定或者化學(xué)固定，減量或破壞以達(dá)到無害化。2.1 物理化學(xué)技術(shù)活性炭吸附適用于憎水性污染物成分。這表示即使只有部分溶解，也需要活性炭重新產(chǎn)生熱量。活性炭吸附法處理滲濾水已經(jīng)在很多地方成功通過試用，尤其是在生物預(yù)處理之后?；钚蕴课轿鬯泻?COD 和 AOX（可吸附的有機(jī)鹵化物）的物質(zhì)。在活性炭表面經(jīng)過短暫的接觸后，固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)的濃度都達(dá)到一個相對穩(wěn)定的程度。受污染的活性炭可以在高溫爐中再生。缺點：氨氮以及非有機(jī)化合物和重金屬不能被吸附，另外，如果規(guī)范規(guī)定的活性炭吸附量的極限值下降，那么操作成本可能迅速提高。膜法和反滲透有很高的保留效率。從滲濾水中濃縮出來的成分變成碎屑沉積在膜上可能引起“ 膜污染 ”。處理污水時，經(jīng)常使用的是多級反滲透設(shè)備。用于滲濾水凈化的反滲透設(shè)備通常被分為兩級信息反饋水系，這樣，滲濾水被分離為凈化水和濃縮滲濾水。膜處理設(shè)備產(chǎn)生的濃縮滲濾水可以通過后續(xù)的蒸發(fā)設(shè)備得到進(jìn)一步處理，或者通過高壓反滲透設(shè)備得到可儲存的產(chǎn)物，這種產(chǎn)物要經(jīng)過特殊的有毒污染物終級處理。以上闡述的第一步很容易引起“膜污染” ，所以此處需要管狀、墊狀或者盤狀的模具。為了有效控制“膜污染” ，工藝流程需要內(nèi)循環(huán)。由于第二步引起膜污染的危險較小，考慮到投資和運(yùn)行成本，此處可以采用較便宜的迂回模具。使用反滲透方法處理原滲濾液時，滲濾液在半透膜上被加壓直至 65-120bar。這種膜孔徑在 0.2mm 左右，表面無可見的孔隙，物質(zhì)通過膜是以溶解和傳質(zhì)的過程為基礎(chǔ)，這與自然條件下的滲透過程相反。這樣，凈化水可以通過膜，而從滲濾水中濃縮出來的污染物被阻隔在膜的一側(cè)。天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）阻隔量大約為 50-300 物質(zhì)的量。凈化效率可以通過以下方式得到提升：經(jīng)過生物預(yù)處理，處理量可以從 23L/m2h 提高至 30L/m2h。然而從經(jīng)濟(jì)因素考慮，最佳的處理量為 6-8 L/m2h。通過使用多級連續(xù)的凈化方法，凈化純度可達(dá)到 100%，提高效率的方法包括使用選擇性更高的膜，添加輔助藥劑（比如酸，可以增強(qiáng)氨氮的儲存能力） 。反滲透法僅對硝酸鹽和氨有很小的分離能力，必須使用特殊的工藝才能去除。相對于其他技術(shù)，膜技術(shù)的優(yōu)點在于：處理效果受滲濾液中污染物成分的形式和濃度影響較小，凈化效率較高且持久，不提高原液的鹽度，不會穿透濾料，在操作中斷時啟動和結(jié)束時間較短，較高的自動化水平，占用空間小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，模式化的結(jié)構(gòu)使設(shè)備更新很容易，長時間停工后不需要填補(bǔ)空白期，不需要附加其他物質(zhì)的條件下可以選擇性分離，少量的輔助藥品而且不向空氣中擴(kuò)散（是封閉系統(tǒng)） 。與此同時，膜技術(shù)的缺點也不能忽視：高投資需求，裝置技術(shù)復(fù)雜，較高的工作壓力導(dǎo)致的高運(yùn)行成本，膜組件對溫度、化學(xué)和機(jī)械影響較敏感，終級污染物必須被清除并深度處理，污水中懸浮物質(zhì)有引起膜組件“鱗化”、 “膜污染”和“生物淤積” 的可能，需要?dú)溲趸c清洗劑，限制因素有很多，比如酸、堿、自由氯、游離氧、有機(jī)溶劑、細(xì)菌以及低的比表面積。2.2 物理技術(shù)過濾：微濾法是一種較粗糙的過流分離方法，因此，這種方法被用于分離精細(xì)的膠體物質(zhì)和微生物。這種方法的工作壓力需要 3bar。在滲濾水以及生活污水和工業(yè)廢水的生物處理設(shè)備中，我們這種技術(shù)有逐漸上升的生物量殘余。超濾法用于分離高分子物質(zhì)，像大分子、病毒、分泌物和細(xì)小的膠體物質(zhì)。這種方法的過膜工作壓力一般為 1-6bar，特殊情況下可以達(dá)到約 20bar。這樣可以從滲濾液中得到大約 80%的微濾凈化水和大約 20%的污染物濃縮液。納濾法也使用像反滲透法一樣的溶解-擴(kuò)散膜，但是與反滲透相比，納濾法的截污能力較小，尤其是對于一價的離子。這種方法的一個巨大優(yōu)點就是分離過程可以借助電場力。一價離子可以緊貼于膜上，高價離子則被阻隔。納濾法消耗能量較低，因為此處波動變化明顯高于反滲透法。這里臨界的分子量處于300-200 道爾頓之間。滲濾水濃度因數(shù)處于 3-6 之間。表 1 不同的過濾技術(shù)分離效率比較分離方法 被分離物質(zhì) 分離效率（um） 操作壓力（bar）常規(guī)過濾 懸浮顆粒 10 以上 0.2-1微濾 …+細(xì)菌 0.1-10 0.5-5超濾 …+大分子、病毒 0.005-0.1(5000-500000mol) 10 以上納濾 …+高價離子、分子 0.0005-0.01(＞200g/mol) 5-40bar天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）反滲透 …+一價離子、分子 0.0001-0.01(50-300mol, ＞100g/mol) 10-100吹脫：滲濾水中有很多與水有相似沸點的有害物質(zhì)。以下這些物質(zhì)可以被去除：氯化烴，比如一氯化烴、三氯化烴、氯乙烯、芳香烴，像苯系物；脂肪烴，像液化石油氣燃料；多環(huán)芳烴，像萘，溶劑四氫呋喃；氨和硫化氫。為了在反滲透或蒸發(fā)裝置之前從滲濾水中去除氨，必須提高滲濾液的 pH 值，這樣氨可以處于游離狀態(tài)（即氨氣） ，進(jìn)而能隨氣體（如空氣）被吹脫。污水被直接打入吹脫裝置，其內(nèi)部裝有助于擴(kuò)散的填料，處理水流入裝置的下部，而其他物質(zhì)得到很好的擴(kuò)散。有鼓風(fēng)機(jī)向裝置中逆流鼓入新鮮空氣。這些空氣從滲濾液中帶走污染物。隨后受污染氣體在活性炭塔中得到凈化，藥品和小水滴可被捕集器收集。2.3 生物化學(xué)技術(shù)用生物方法凈化污水和滲濾水，主要是應(yīng)用特定種類的微生物可以在其新陳代謝的過程中吸收或吸附有機(jī)或無機(jī)污染物的能力。凈化效率主要受以下幾種因素影響：1、無固定分解者的生物群落：生物群落的混合強(qiáng)度，輔助因子（比如調(diào)節(jié) pH 值的酸）和滲濾水；2、有固定分解者的生物群落：特定的分離裝置的截污能力。BOD 5 的去除率可達(dá) 95%，而且生物處理后滲濾水的這項指標(biāo)將會在 20mg/L 以下。COD 的去除率取決于 BOD5/COD 的商值。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，如果 BOD5/COD 的值大于 0.4（滲濾液處于產(chǎn)酸階段） ，COD 去除率可達(dá)80%以上，如果 BOD5/COD 的值小于 0.2（產(chǎn)甲烷階段） ，COD 去除率只能達(dá)到40%-60%。為了去除水中的氨（氨對魚類有毒害作用） ，這里需要有相關(guān)的硝化-反硝化作用。所以氨的去除率可達(dá)到 98%左右（＜20mg/L） 。甲醇被用作碳源加入滲濾液中?？晌降挠袡C(jī)鹵化物理論上可以降低 30%-40%。但是有機(jī)鹵化物并沒有去除，而是在生物群落上有明顯的吸附。在有高濃度重金屬或 COD 存在的條件下，去除率不能夠滿足要求。在這種情況下必須做進(jìn)一步的處理。把生物凈化作為預(yù)處理工藝會使起很多物理和化學(xué)工藝的效率明顯上升。生物凈化工藝的優(yōu)點在于，如果在反滲透前使用生物凈化工藝，反滲透技術(shù)的干擾條件減少，凈化效率提高。這是一種簡單的低成本工藝，可以用于很多實例中。然而生物凈化工藝的缺點在于：生物群落對于原水的適應(yīng)性很差，在滲濾水中含有有毒成分是可能會引起微生物死亡，而且生物群落對于溫度極其敏感，這會在冬天引起嚴(yán)重的問題。通過厭氧方式處理污水，不需要為曝氣提供能量，也不會有剩余污泥。剩余的生物量很敏感，也不需要深度處理。厭氧處理經(jīng)常與反硝化聯(lián)系在一起，硝化反應(yīng)在之前發(fā)生。好氧處理去除 COD 和 BOD5 是最常用的方法，因為成本很低。但是這種方法對于不可生物降解的物質(zhì)作用不大。硝化反應(yīng)包括將氨氮天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽。這是一個非常敏感的過程，很容易受到抑制。2.4 熱力技術(shù)干燥和蒸發(fā)是指通過熱力學(xué)方法將水從底物中分離。干燥通常有以下幾種方式：(1) 對流干燥（通過干熱的空氣）和(2) 接觸干燥（通過加熱介質(zhì)，比如飽和蒸汽） 。3 德國最先進(jìn)的滲濾液裝置：德國目前有兩種主流的處理滲濾水的方法，下文中將有所表述，也有詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)。3.1 超濾、納濾的生物膜和活性炭吸附膜生物學(xué)或壓力生物學(xué)：這個過程在很大程度上取決于滲濾水中成分的可生物降解性。這個過程包括硝化反應(yīng)的膜生物學(xué)和上向流反硝化以及超濾，以此來達(dá)到分離生物量的目的。生物膜在 3bars 左右的壓力下工作。在交錯流條件下超濾兒分離的生物量，可以完全回到生物膜上。工作壓力和供氧量之間的聯(lián)系可使烘干量達(dá)到35g/L，這讓滲濾液中的成分得到更深層的降解。較長的污泥齡使污水中可以有條件形成特殊的生物群落，這些生物群落可以用于降解污水中難降解的成分。超濾后得到的游離固體在后續(xù)的處理工藝中體現(xiàn)出更多的優(yōu)點。與傳統(tǒng)的工藝相比，這種反應(yīng)工藝泥水分離發(fā)生在二沉池，整體上反應(yīng)器更小、更緊湊。這種工藝在德國目前有 30 個以上的實際案例。超濾：滲濾水中的固體顆粒通過極小的篩孔（超濾膜上）與液體部分分離。固體部分的生物量被送去發(fā)生硝化反應(yīng)。細(xì)菌降解污染物。經(jīng)過這樣的連續(xù)過程，該反應(yīng)需要從循環(huán)中分離，進(jìn)而得到累積。這部分可以進(jìn)入一個新的裝置處理，或者被送往特定的垃圾處理處。滲濾水的液體部分必須經(jīng)過活性炭吸附處理。納濾：在生物膜處理之后還有一個膜處理步驟，就是納濾。納濾處理的目標(biāo)就是經(jīng)過生物預(yù)處理后的殘留和濃縮于滲濾水中的污染物質(zhì)。這些都是難生物降解或者不可生物降解的物質(zhì)，比如總 COD 和可吸附有機(jī)鹵化物（AOX ） 。此外，納濾膜也可以進(jìn)行滲透過程，在直流電源條件下可以滿足任何條件。在分離精度上，納濾處于超濾和反滲透之間。與反滲透相比，納濾的工作壓力較低，從而可以節(jié)省能量。由于納濾膜的孔徑較大，納濾的透過物與反滲透相比又很明顯的波動。納濾對于鹽分的截留能力很低，所以在其濃縮物中鹽分并沒有富集。在納濾法的濃縮物中是難生物降解和不可生物降解的成分，這些需要由活性炭進(jìn)行吸附，以作深度處理?；钚蕴课剑阂驗榧?xì)菌降解過程不能處理滲濾液中所有的污染物成分，所以在生物處理工藝后還需要添加活性炭處理。活性炭具有在將分子固定在其表天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）面的特性。這個過程稱為吸附?；钚蕴勘缺砻娣e很大，1g 活性炭的表面積可高達(dá) 1000m2！污染物可通過物理-化學(xué)過程固定于這樣的表面上。一段時間后，活性炭表面被占滿，此時需要新的活性炭來替換。失效的活性炭可以在高溫下再生，可以置換或者完全燃燒污染物。再生和粉末活性炭可以在滲濾水凈化裝置中再次使用。3.2 生物膜法、反滲透、烘干和蒸發(fā)裝置為了補(bǔ)償季節(jié)性波動，污水系統(tǒng)中滲濾水先被引入一個容積約 100m3 到1000m3 的滲濾水池。生物膜法：像傳統(tǒng)的污水處理廠一樣，利用周邊的環(huán)境，自然的降解過程用于凈化滲濾水。首先，硝酸鹽經(jīng)過反硝化過程被轉(zhuǎn)化成無害的氮?dú)狻＿@種轉(zhuǎn)化能夠?qū)崿F(xiàn)，是因為一些特殊的細(xì)菌在厭氧條件下可以由好氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鹾粑ＭǔＧ闆r下，這些細(xì)菌可以僅從滲濾水中得到充足的養(yǎng)料。但是，如果滲濾水中營養(yǎng)虧損過于嚴(yán)重，為了能夠使微生物生長旺盛，也可以從外部提供營養(yǎng)。之后滲濾水可達(dá)到硝化反應(yīng)階段。通過細(xì)菌作用，滲濾液此時可以發(fā)生更進(jìn)一步的降解過程。消耗大量的氧，氨被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽經(jīng)過反硝化過程可以變成氮?dú)?，毒性被去除。反滲透：滲濾水在反滲透裝置的組件中受到高壓（40bar）的作用，組件中的半透膜“過濾 ”了污染物，被凈化的水可以通過半透膜，而污染物和鹽分被阻隔。而自然的滲透過程則是與其壓力方向相反的。滲濾水經(jīng)處理后可以被分為80%的凈化水（濾過液）和 20%的濃縮滲濾水（濃縮液） ，濾過液各項指標(biāo)達(dá)到限值之內(nèi)，并且可以送往污水處理廠處理，而濃縮液中則以高濃度的形式保留有滲濾液中的原始污染物。烘干和蒸發(fā)設(shè)備：濃縮液經(jīng)過三步蒸發(fā)、吹脫、和催化氧化過程得到進(jìn)一步濃縮，最終經(jīng)過干燥器，形成顆粒狀物質(zhì)。顆粒狀物質(zhì)的量只有處理滲濾水的 1%，被送往危險品垃圾場，并最終在那里儲存。4 結(jié)論和預(yù)期在實驗室條件和舊的垃圾場中進(jìn)行的不同科學(xué)研究表明，在各方面條件允許的條件下，進(jìn)入垃圾填埋場后，滲濾水中殘余成分被完全降解需要 100 年-200 年的時間。這樣，可以計算滲濾水的處理成本高達(dá) 14-40 歐元/m 3 滲濾水。德國現(xiàn)行的政策是，如果有可能將不會允許出現(xiàn)滲濾水。此外，還應(yīng)該對潛在的污染物進(jìn)行預(yù)處理，以盡可能降低廢棄物存儲量，這樣可以僅有低濃度的滲濾液出現(xiàn)。為了達(dá)到這個目標(biāo)，有關(guān)部門已經(jīng)制定了衡量廢棄物存儲量的特殊標(biāo)準(zhǔn)和表面密封的相關(guān)細(xì)節(jié)。在填埋垃圾場之前，必須進(jìn)行表面密封。經(jīng)過由礦物密封層和合成密封層組成的組合形式密封，滲濾水的形成可以完全被阻止。天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）天津大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）