阻垢劑在垃圾滲濾液蒸發工藝中的應用研究

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、有機物質分解、填埋區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極其復雜、處理難度很大的高濃度有毒有害污水。從國內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，其本質屬于廢水，但由于滲濾液水質水量的復雜性、多變性，對處理技術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、化學氧化、機械蒸發、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?。ㄐ∮?.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 垃圾滲濾液蒸發處理工藝

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

蒸發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。該工藝受水質波動的影響較小，集成化、自動化程度較高、占地面積小、水質適應性較強。但機械蒸發后的濃液經過降低含水率后多采用填埋處理。因此，依然存在填埋庫區污染物累積的問題。GB 16889—2008 頒布實施后，我國相繼建成幾座采用機械蒸發工藝處理填埋場垃圾滲瀝液的處理設施，運行過程中存在加熱管外部易結垢、設備內部污染物堵塞等問題，從而影響設備的運行效率、增加了設備安全隱患，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 結垢對蒸發工藝的影響

垃圾填埋場滲濾液在使用機械蒸發工藝進行處理時，由于滲濾液中的鈣鎂離子質量濃度高（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，附著于設備、管道、活性污泥表面。

附著于設備及管道表面的初級晶核，誘發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，不僅減少了設備容積率，而且還會堵塞管道，影響水流，并使管壓增大，引發安全風險，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 阻垢劑現狀

阻垢劑是一類重要的水處理化學產品，廣泛應用于循環冷卻水、鍋爐用水、反滲透膜用水等工業用水中，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，符合節能減排的要求[4]。

調查發現：目前阻垢劑主要應用于循環冷卻水。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的研究結果，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??；而針對垃圾滲濾液蒸發工藝環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 ℃），遠高于循環冷卻水工作情況，直接采用循環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

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

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工藝的高溫阻垢劑進行全面的效果評估。因此，本文結合實際工況，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：垃圾滲濾液；

實驗溫度：108 ℃；

實驗時間：7 d；

試片材質：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，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，選出最優的組分配比，形成最優的適合垃圾滲濾液蒸發工藝使用的高溫阻垢劑。復配實驗條件：

實驗介質：垃圾滲濾液；

實驗溫度：108 ℃；

實驗時間：15 d；

試片材質：316；

使用濃度：50×10-6。

實驗結果：由于實驗組數較多，本文只列舉部分典型實驗結果，具體數據見表1。

表1 實驗數據記錄表

試片表面情況前后對比如下：

圖1 實驗前試片表面

實驗結論:

經過改性及復配實驗的調整，全新的高溫阻垢劑其阻垢效果可達到89.5%。基于以上結果，可以認為該高溫阻垢劑可以在實際的工況下進行現場試驗。

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 現場試驗

復配成功最優的高溫阻垢劑后，選擇大連某垃圾處理廠進行了現場試驗。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需對設備進行1 次清洗。使用高溫阻垢劑后，設備表面結垢速度明顯減緩，設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。試驗結果表明，我公司研發的高溫阻垢劑完全適用于現場使用環境，阻垢效果顯著。

5 經濟效益分析

5.1 直接經濟效益

使用高溫阻垢劑前，設備每7 天需清洗1 次，年清洗次數為52 次，年出水天數為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，設備可延長至20 天清洗1 次，每年僅需清洗18 次，年出水天數為347 d，年處理污水總量為52 050 t。每年減少清洗次數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，數據對比情況詳見表2。

5.2 間接經濟效益

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

表2 使用高溫阻垢劑前后數據對比表

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（質量分數為12.5%）2 t、氨基磺酸（質量分數為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，共節約清洗劑費用5.95萬元。

2）耗電量的節約：以大連某垃圾處理廠為例，每次清洗完成后，設備在正式處理污水前需進行預熱，預熱時間為8 h，期間設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，設備預熱年耗電量為104 000 kW·h，以每度電1.3 元計，每年設備預熱所需費用為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，每年可節約耗電68 000 kW·h，節約費用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，每年可產生經濟效益147.39 萬元。

6 結論

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