阻垢劑在垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝中的應(yīng)用研究

孫浩原

（沈陽眾佑科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 垃圾滲濾液概念及特點

垃圾滲濾液是指垃圾在存放和填埋過程中，垃圾自身所含水分、有機物質(zhì)分解、填埋區(qū)域降水以及入滲的地下水通過滲透和淋溶作用形成的高濃度廢水。垃圾滲濾液屬于性質(zhì)極其復雜、處理難度很大的高濃度有毒有害污水。從國內(nèi)外諸多填埋場附近地下水被污染情況來看，主要都是由滲濾液造成的。

2 垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝

2.1 垃圾滲濾液的主要處理工藝

垃圾滲濾液是一種極難處理的有機廢液，其本質(zhì)屬于廢水，但由于滲濾液水質(zhì)水量的復雜性、多變性，對處理技術(shù)的研究也是方法多樣。目前垃圾滲濾液處理方法主要有生物法和物化法。生物法分為好氧處理、厭氧處理及兼性處理，主要有SBR 好氧處理工藝、UASB 厭氧處理工藝、活性污泥法、曝氣氧化塘法等；物化法主要有化學沉淀、膜分離技術(shù)、化學氧化、機械蒸發(fā)、光電催化氧化等多種方法。當垃圾滲濾液的BOD/COD 較大（大于0.3）時，滲濾液的可生化性較好，可以使用生物處理法；對于BOD/COD 較小（小于0.2）時，難以生物處理的垃圾滲濾液，以及生物法難以去除的相對分子量很小有機成分。[1]物化法處理效果很好，但處理成本較高。

2.2 垃圾滲濾液蒸發(fā)處理工藝

垃圾滲濾液蒸發(fā)處理時，水分從滲濾液中蒸發(fā)，污染物殘留在濃縮液中。蒸發(fā)處理工藝可把滲濾液濃縮到不足原液體積的2%～10%。根據(jù)滲濾液水質(zhì)和填埋氣體產(chǎn)量的不同。滲濾液蒸發(fā)處理可分為浸沒燃燒蒸發(fā)、熱泵蒸發(fā)、閃蒸蒸發(fā)、強制循環(huán)蒸發(fā)及直接噴射燃燒[2]。

蒸發(fā)處理工藝通常不需要前處理，如果需要一般僅做重力沉降分離顆粒物。該工藝受水質(zhì)波動的影響較小，集成化、自動化程度較高、占地面積小、水質(zhì)適應(yīng)性較強。但機械蒸發(fā)后的濃液經(jīng)過降低含水率后多采用填埋處理。因此，依然存在填埋庫區(qū)污染物累積的問題。GB 16889—2008 頒布實施后，我國相繼建成幾座采用機械蒸發(fā)工藝處理填埋場垃圾滲瀝液的處理設(shè)施，運行過程中存在加熱管外部易結(jié)垢、設(shè)備內(nèi)部污染物堵塞等問題，從而影響設(shè)備的運行效率、增加了設(shè)備安全隱患，成為該處理工藝亟需解決的重點問題。

3 垃圾滲濾液阻垢劑

3.1 結(jié)垢對蒸發(fā)工藝的影響

垃圾填埋場滲濾液在使用機械蒸發(fā)工藝進行處理時，由于滲濾液中的鈣鎂離子質(zhì)量濃度高（Ca2+8 000～10 000 mg·L-1，Mg2+5 000～8 000 mg·L-1），可與滲濾液中大量存在的碳酸根、硫酸根、磷酸根等陰離子形成初級晶核，附著于設(shè)備、管道、活性污泥表面。

附著于設(shè)備及管道表面的初級晶核，誘發(fā)新鮮滲濾液的鈣鎂離子固定于晶核的晶格中，逐漸增長為堅硬的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等無機鹽垢，不僅減少了設(shè)備容積率，而且還會堵塞管道，影響水流，并使管壓增大，引發(fā)安全風險，導致垢下腐蝕，造成安全隱患。需要頻繁停車清洗，耗費大量的人力物力[3]。

3.2 阻垢劑現(xiàn)狀

阻垢劑是一類重要的水處理化學產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于循環(huán)冷卻水、鍋爐用水、反滲透膜用水等工業(yè)用水中，能去除、阻止水垢髙的形成，提 熱交換效率，減少電能或燃料的消耗；此外，還可減少排污，提高水的利用率，符合節(jié)能減排的要求[4]。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：目前阻垢劑主要應(yīng)用于循環(huán)冷卻水。該類阻垢劑市場上品種眾多，其主要特點是在低溫、低有機濃度、低硬度的環(huán)境下使用，主要適用于自來水、地下水等；而垃圾滲濾液阻垢劑雖有少數(shù)的研究結(jié)果，但其主要是針對反滲透膜法處理工藝進行研究的，且研究量很小；而針對垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝環(huán)境下使用的阻垢劑尚屬空白階段。其主要原因是由于滲濾液水質(zhì)復雜，不僅高COD、高氨氮、高SS、高硬度，且工作溫度由于加壓處理為超臨界溫度（108 ℃），遠高于循環(huán)冷卻水工作情況，直接采用循環(huán)冷卻水的類似配方無法滿足滲濾液的需求。

4 新型高溫阻垢劑

4.1 新型高溫阻垢劑研發(fā)

針對目前阻垢劑市場的現(xiàn)狀，下文所闡述的是一種全新的適用于垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝的高溫阻垢劑，用以改善目前垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝使用時存在的結(jié)垢現(xiàn)象，提高設(shè)備運行效率，減少或防止因結(jié)垢問題所產(chǎn)生的設(shè)備安全隱患。

4.1.1 評價方法

目前阻垢劑的評價方法主要采用國家標準GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》，但該標準只適用于普通循環(huán)冷卻水使用的阻垢劑進行性能評價。由于垃圾滲濾液含有高COD、高氨氮、高SS、高硬度，其形成的垢層不僅是由鈣鎂離子形成的，還含有大量的生物泥成分，只評價鈣離子影響無法完全評價阻垢劑的使用效果，且由于蒸發(fā)工藝的工作溫度在108 ℃左右，在該溫度下鈣離子的飽和含量極速下降，使用國家標準GB/T 16632—2008 中的評價方法無法對垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝的高溫阻垢劑進行全面的效果評估。因此，本文結(jié)合實際工況，自行制定了測試方法。

測試方法（稱重對比法）：在相同的實驗條件下進行空白實驗。每批實驗前后對試片進行稱量，對比試片的增重情況，對阻垢效果進行評價。評價公式如下：

4.1.2 篩選評價

在相同試驗條件下測定不同阻垢劑組分的阻垢率，篩選出可用的阻垢劑組分。

實驗條件：

實驗介質(zhì)：垃圾滲濾液；

實驗溫度：108 ℃；

實驗時間：7 d；

試片材質(zhì)：316；

阻垢劑組分：聚氧乙烯醚咪唑啉、聚馬來酸酐、三元共聚物、HEDP 等。

4.1.3 改性實驗

通過篩選實驗，得到了7 種可以在該工況條件下使用的阻垢劑組分。但其中聚馬來酸酐、HEDP、三元共聚物在測試中其阻垢效果全部在60%以下，且三元共聚物與聚氧乙烯醚咪唑啉在同時使用的情況下會緩慢反應(yīng)，導致阻垢劑黏稠且降低阻垢效果，因此需通過嫁接、重選合成組分等方式對馬來酸酐、HEDP、三元共聚物、聚氧乙烯醚咪唑啉進行改性研究。

4.1.4 復配實驗

經(jīng)過篩選、改性之后，選出7 種阻垢劑組分。對阻垢劑組分進行復配實驗，通過正交的方式，選出最優(yōu)的組分配比，形成最優(yōu)的適合垃圾滲濾液蒸發(fā)工藝使用的高溫阻垢劑。復配實驗條件：

實驗介質(zhì)：垃圾滲濾液；

實驗溫度：108 ℃；

實驗時間：15 d；

試片材質(zhì)：316；

使用濃度：50×10-6。

實驗結(jié)果：由于實驗組數(shù)較多，本文只列舉部分典型實驗結(jié)果，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表

試片表面情況前后對比如下：

圖1 實驗前試片表面

實驗結(jié)論:

經(jīng)過改性及復配實驗的調(diào)整，全新的高溫阻垢劑其阻垢效果可達到89.5%。基于以上結(jié)果，可以認為該高溫阻垢劑可以在實際的工況下進行現(xiàn)場試驗。

圖2 第一組實驗試片表面

圖3 第二組實驗試片表面

4.1.5 現(xiàn)場試驗

復配成功最優(yōu)的高溫阻垢劑后，選擇大連某垃圾處理廠進行了現(xiàn)場試驗。該垃圾處理廠日處理污水量為150～160 t（暫以150 t 計），運行期間每7 d需對設(shè)備進行1 次清洗。使用高溫阻垢劑后，設(shè)備表面結(jié)垢速度明顯減緩，設(shè)備清洗間隔由原本每7 d清洗1 次延長至每20 天清洗1 次。試驗結(jié)果表明，我公司研發(fā)的高溫阻垢劑完全適用于現(xiàn)場使用環(huán)境，阻垢效果顯著。

5 經(jīng)濟效益分析

5.1 直接經(jīng)濟效益

使用高溫阻垢劑前，設(shè)備每7 天需清洗1 次，年清洗次數(shù)為52 次，年出水天數(shù)為313 d，日處理污水量為150 t，年處理污水總量為46 950 t。使用高溫阻垢劑后，設(shè)備可延長至20 天清洗1 次，每年僅需清洗18 次，年出水天數(shù)為347 d，年處理污水總量為52 050 t。每年減少清洗次數(shù)34 次，增加污水處理量5 100 t，提高年處理量11%。

圖4 第三組實驗試片表面

使用高溫阻垢劑前后，數(shù)據(jù)對比情況詳見表2。

5.2 間接經(jīng)濟效益

運行期間每7 d 需對設(shè)備進行一次清洗，每次清洗需花費10 h（最低標準），清洗后設(shè)備預熱時間為8 h，需消耗氫氧化鈉（質(zhì)量分數(shù)為12.5%）2 t、氨基磺酸（質(zhì)量分數(shù)為5%）2 t。

表2 使用高溫阻垢劑前后數(shù)據(jù)對比表

使用本高溫阻垢劑，在提高利潤的同時，還可以有效地降低運行成本，具體情況如下：

1）清洗劑的節(jié)約：以大連某垃圾處理廠為例，每次清洗時需消耗氫氧化鈉（質(zhì)量分數(shù)為12.5%）2 t、氨基磺酸（質(zhì)量分數(shù)為5%）2 t。目前氫氧化鈉市場價約為5 000 元/t，氨基磺酸市場價約為5 000元/t。使用高溫阻垢劑前，每年清洗52 次，清洗劑費用為9.1 萬元。使用高溫阻垢劑后每年僅需清洗18 次，需花費3.15 萬元，共節(jié)約清洗劑費用5.95萬元。

2）耗電量的節(jié)約：以大連某垃圾處理廠為例，每次清洗完成后，設(shè)備在正式處理污水前需進行預熱，預熱時間為8 h，期間設(shè)備耗電量與正常處理污水時相同。西海處理廠日耗電6 000 kW·h，每小時耗電250 kW·h。使用高溫阻垢劑前，每年清洗52次，設(shè)備預熱年耗電量為104 000 kW·h，以每度電1.3 元計，每年設(shè)備預熱所需費用為13.52 萬元。使用高溫阻垢劑后，每年清洗18 次，設(shè)備預熱年耗電量為36 000 kW·h，所需費用為4.68 萬元。因此，每年可節(jié)約耗電68 000 kW·h，節(jié)約費用8.84 萬元。

綜上所述，以大連某垃圾處理廠為例，使用高溫阻垢劑后，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益147.39 萬元。

6 結(jié)論

該款高溫阻垢劑可以有效地減緩垃圾滲濾液蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)垢問題，室內(nèi)實驗結(jié)果顯示其阻垢效果可達到89.5%，現(xiàn)場試驗結(jié)果顯示可極大的增加設(shè)備運行周期，提高設(shè)備運行效率，降低設(shè)備清洗頻次，保障了設(shè)備的安全運行，同時在經(jīng)濟效益上也有顯著的提升。