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(diǎn)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。活性炭吸附污水中含有 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(diǎn)：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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)。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?；钚蕴烤哂性趯⒎肿庸潭ㄔ谄浔硖旖虼髮W(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。活性炭比表面積很大，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?。通常情況下，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）