滲瀝液濃縮液管道結(jié)垢特性研究*

任麗梅，孫巧萍，韓志明，段翠九

（1.北京市朝陽循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園管理中心，北京 100024；2.北京北發(fā)建設(shè)發(fā)展有限公司，北京100086；3.北京金州工程有限公司，北京 100101）

滲瀝液濃縮液管道結(jié)垢特性研究*

任麗梅1，孫巧萍2，3，韓志明2，段翠九2

（1.北京市朝陽循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園管理中心，北京 100024；2.北京北發(fā)建設(shè)發(fā)展有限公司，北京100086；3.北京金州工程有限公司，北京 100101）

模擬SDA的工藝水系統(tǒng)，建設(shè)了一套滲瀝液濃縮液實驗裝置，展開滲瀝液濃縮液管道結(jié)垢特性的實驗研究。結(jié)果顯示：隨著實驗持續(xù)時間增長，管道結(jié)垢的厚度增加，其中以PE25管道結(jié)垢厚度的增幅最大，由1.01 mm增加到1.77 mm。不同材質(zhì)的管道，其結(jié)垢厚度存在差別，結(jié)垢厚度排序為PE＞PVC＞哈氏合金。管道結(jié)垢成分以MgCO3·3H2O 為主，占94%以上。

滲瀝液濃縮液；結(jié)垢成分；結(jié)垢厚度；管道材質(zhì)；管徑

垃圾滲瀝液作為典型高濃度有機廢水，目前主要的處理方式是UASB-MBR膜處理工藝。采用膜處理工藝處理滲瀝液后，會產(chǎn)生體積為進水量20%～25%的滲瀝液濃縮液［1］。滲瀝液濃縮液的有機物濃度和鹽含量相對較高，有機物濃度通常為原水的3～4倍［2］，鹽分相當于海水。回灌填埋堆體、回流調(diào)節(jié)池、高級氧化及焚燒工藝作為目前滲瀝液濃縮液常用的處理方法，均存在二次污染的問題。

滲瀝液濃縮液代替工藝水回用SDA系統(tǒng)是國內(nèi)外處理滲瀝液濃縮液的新技術(shù)。此技術(shù)可借助旋轉(zhuǎn)霧化器強大的霧化功能，用低品位熱能將滲瀝液濃縮液蒸發(fā)，在為脫酸創(chuàng)造反應(yīng)條件的同時，又能低成本的處理濃縮液、節(jié)約水資源。滲瀝液濃縮液的管道結(jié)垢問題是制約此項新技術(shù)應(yīng)用的主要因素之一。管道結(jié)垢會降低過水斷面、增大水流阻力、減少輸送量，影響系統(tǒng)的正常運行。

目前，滲瀝液管道結(jié)垢特性的研究較多［3-4］，但缺乏對滲瀝液濃縮液管道結(jié)垢特性的研究。筆者研究了滲瀝液濃縮液代替工藝水回用SDA的過程中，不同材質(zhì)、不同管徑和不同流速下，管道的結(jié)垢特性，為滲瀝液濃縮液代替工藝水回用SDA系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 實驗方案

實驗時間為2016年1月至4月。實驗地點為北京高安屯垃圾焚燒廠滲瀝液車間。實驗裝置的流程模擬SDA的工藝水管路，見圖1。滲瀝液濃縮液水箱的容積為5 t，經(jīng)過泵加壓后，滲瀝液濃縮液通過DN80的主管道，流速為1.28 m/s（此部分管道模擬SDA系統(tǒng)的工藝水主供水管道），經(jīng)三通分流后，一部分滲瀝液濃縮液進入管徑為DN25的工藝水管道，流速為1.6 m/s，然后回到水箱（此部分管道模擬SDA入口的工藝水管道）；另一部分滲瀝液濃縮液經(jīng)過DN80的回流管回到水箱。

圖1 實驗裝置流程

實驗工況安排見表1，在DN80主管道上設(shè)置2個實驗管道，管道編號為1、2，管道流速1.28 m/s，材質(zhì)分別為PVC和PE，實驗持續(xù)時間為2個月和3個月；在DN25的管道上設(shè)置3個實驗管道，管道編號為3、4、5，管道流速1.6 m/s，材質(zhì)分別為PVC、PE和哈氏合金，實驗持續(xù)時間為2個月和3個月。

表1 實驗工況

2 實驗結(jié)果

2.1 結(jié)垢厚度

滲瀝液濃縮液管道結(jié)垢厚度的測定結(jié)果對比見圖2，PVC80、PE80、PVC25、PE25和哈氏合金25持續(xù)運行2個月的管道結(jié)垢厚度為0.5～1.0 mm，持續(xù)運行3個月的管道結(jié)垢厚度增加至1.0～1.8mm，可見隨著實驗持續(xù)時間增長，管道結(jié)垢厚度增加，其中以PE25的結(jié)垢厚度增長幅度最大，由1.01 mm增加到1.77 mm，增幅為0.76 mm。PE80的結(jié)垢厚度增長幅度最小，由0.70 mm增加到0.99 mm，增幅0.29 mm，分析原因，運行3個月時PE80管道出現(xiàn)了結(jié)垢分層脫落現(xiàn)象，見圖3。結(jié)垢的分層脫落是PE80管道結(jié)垢厚度增速減緩的主要原因，針對PE80管道結(jié)垢分層脫落現(xiàn)象的原因有待進一步分析。

由圖2可知，相同流速下，PCV25、PE25和哈氏合金25的結(jié)垢厚度對比結(jié)果為哈氏合金＜PVC＜PE。可見在相同條件下，不同材質(zhì)的管道結(jié)垢厚度存在差別，其中PE材質(zhì)的結(jié)垢最嚴重，哈氏合金的結(jié)垢最薄。而對滲瀝液來說，陳石等［5］在流動緩慢的滲瀝液中做掛片實驗，發(fā)現(xiàn)PVC結(jié)垢最嚴重，結(jié)垢的厚度順序為PVC＞PE＞不銹鋼。對比以上結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，滲瀝液濃縮液和滲瀝液的結(jié)垢特性存在較大差異。

圖2 管道持續(xù)運行2個月和3個月結(jié)垢厚度

圖3 PE80管道運行3月時結(jié)垢分層脫落現(xiàn)象

2.2 結(jié)垢成分

針對滲瀝液濃縮液管道持續(xù)運行2個月和3個月的結(jié)垢樣品的XRD測定結(jié)果分別見表2和表3，可見滲瀝液濃縮液結(jié)垢成分以MgCO3·3H2O為主，且含量在94%以上，另外滲瀝液濃縮液的結(jié)垢中還含有少量的CaCO3·H2O及MgCl2。管道直徑、管道材質(zhì)、運行時間和流速4個因素對滲瀝液濃縮液結(jié)垢成分基本沒有影響。

表2 管道運行2個月結(jié)垢成分分析 %

表3 管道運行3個月結(jié)垢成分分析 %

薛丹丹等［6］對滲瀝液輸送管道結(jié)垢的化學(xué)組成分析見表4，其對滲瀝液結(jié)垢成分的XRD測定結(jié)果顯示：滲瀝液管道的結(jié)垢成分以CaCO3為主，含量約為84.2%。分析認為，滲瀝液結(jié)垢主要是固體顆粒物的沉積作用。研究［5-7］認為滲瀝液總硬度高是造成管道結(jié)垢的直接原因，滲瀝液總硬度中的鈣廣泛來源于廚房中貝殼類、垃圾焚燒廠的灰渣等。

表4 滲瀝液結(jié)垢化學(xué)組成

以上可見滲瀝液濃縮液結(jié)垢成分以MgCO3·3H2O為主，滲瀝液結(jié)垢成分以CaCO3為主，兩者結(jié)垢成分完全不同。分析原因：滲瀝液經(jīng)過UASB-MBR膜處理工藝后產(chǎn)生滲瀝液濃縮液。UASB-MBR膜處理工藝環(huán)節(jié)，滲瀝液中的貝殼類、垃圾焚燒廠的灰渣等固體顆粒物基本被去除，因此滲瀝液濃縮液中這類物質(zhì)的含量極低。滲瀝液濃縮液中成分以離子態(tài)物質(zhì)為主，滲瀝液濃縮液結(jié)垢的主要原因是離子態(tài)物質(zhì)生成的碳酸鹽的沉積。滲瀝液濃縮液和滲瀝液的結(jié)垢形成機理差異很大。

3 結(jié)論

1）隨著實驗持續(xù)時間增長，管道結(jié)垢的厚度增加，其中以PE25管道結(jié)垢厚度增幅最大，由1.01 mm增加到1.77 mm。

2）其他條件相同時，不同材質(zhì)的管道，其結(jié)垢厚度存在差別，結(jié)垢厚度排序為：PE＞PVC＞哈氏合金。

3） 滲瀝液濃縮液管道結(jié)垢成分主要是MgCO3·3H2O，約占94%以上，且基本不受管道材質(zhì)、管道直徑、運行時間和流速的影響。

4） 滲瀝液濃縮液結(jié)垢成分以MgCO3·3H2O為主，滲瀝液結(jié)垢成分以CaCO3為主，兩者的結(jié)垢形成機理差異很大。

［1］ 鄧旭亮，榮麗麗，張春燕，等.膜濾濃縮液處理技術(shù)研究進展［J］.工業(yè)水處理，2011，31（6）：10-13.

［2］ Benner J，Salhi E，Ternes T，et al.Ozonation of reverse osmosis concentrate：Kinetics and efficiency of beta blocker oxidation［J］.Water Res，2008，42（12）：3003-3012.

［3］ 張漢武，張立梔，林冰，等.廢水處理系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象的研究［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，1995（3）：24-28.

［4］ 汪惠陽.淺談垃圾滲濾液輸送管道結(jié)垢問題［J］.化學(xué)工程與裝備，2012（4）：145-146.

［5］ 陳石，黃凱興，王克虹，等.垃圾滲濾液排污管結(jié)垢原因分析及對策［J］.給水排水，2000，26（12）：29-31.

［6］ 薛丹丹，劉丹，李軍，等.垃圾滲濾液輸送管道結(jié)垢原因分析［J］.四川環(huán)境，2008，27（6）：9-12.

［7］ 王兵，李長俊，朱偉，等.結(jié)垢及除垢技術(shù)在管道中的應(yīng)用研究［J］.石油化工腐蝕與防護，2008，25（1）：28-29.

Characteristic Research on Pipes Scaling of Concentrated Leachate

Ren Limei1，Sun Qiaoping2，3，Han Zhiming2，Duan Cuijiu2
（1.Beijing Chaoyang Circular Economy Industrial Park Management Center，Beijing 100024；2.Beijing Beifa Engineering Development Co.Ltd.，Beijing 100086；3.Beijing Golden State Engineering Co.Ltd.，Beijing 100101）

Through simulating the process water system of SDA，a set of concentrated leachate experiment device was built，and we carried out characteristic research on scaling ofconcentrated leachate pipes.The resultsshowed that the thicknessof pipe scaling increased with the experiment time increasing.The scaling thickness of PE25 pipe increased fastest which increased from 1.01 mm to 1.77 mm.The scaling thickness of different pipes is different.The scaling thickness is as follows:PE＞PVC＞hastelloy.The main composition ofpipe scaling isMgCO3·3H2O，which accountsfor more than 94%.

concentrated leachate；scaling composition；scaling thickness；pipe material；pipe diameter

X703

A

1005-8206（2017）05-0061-03

2014年朝陽區(qū)科學(xué)技術(shù)委員會社會發(fā)展計劃項目（SF1403）

2016-12-15

任麗梅（1978—），總工程師，環(huán)境保護高級工程師；朝陽區(qū)科技人才，工學(xué)博士，長期從事垃圾焚燒領(lǐng)域的工程應(yīng)用工作。E-mail：aomei386@aliyun.com。

孫巧萍（1990—），E-mail：sunqiaoping@beeed.cn。