渗沥液浓缩液管道结垢特性研究*

任丽梅，孙巧萍，韩志明，段翠九

（1.北京市朝阳循环经济产业园管理中心，北京 100024；2.北京北发建设发展有限公司，北京100086；3.北京金州工程有限公司，北京 100101）

渗沥液浓缩液管道结垢特性研究*

任丽梅1，孙巧萍2，3，韩志明2，段翠九2

（1.北京市朝阳循环经济产业园管理中心，北京 100024；2.北京北发建设发展有限公司，北京100086；3.北京金州工程有限公司，北京 100101）

模拟SDA的工艺水系统，建设了一套渗沥液浓缩液实验装置，展开渗沥液浓缩液管道结垢特性的实验研究。结果显示：随着实验持续时间增长，管道结垢的厚度增加，其中以PE25管道结垢厚度的增幅最大，由1.01 mm增加到1.77 mm。不同材质的管道，其结垢厚度存在差别，结垢厚度排序为PE＞PVC＞哈氏合金。管道结垢成分以MgCO3·3H2O 为主，占94%以上。

渗沥液浓缩液；结垢成分；结垢厚度；管道材质；管径

垃圾渗沥液作为典型高浓度有机废水，目前主要的处理方式是UASB-MBR膜处理工艺。采用膜处理工艺处理渗沥液后，会产生体积为进水量20%～25%的渗沥液浓缩液［1］。渗沥液浓缩液的有机物浓度和盐含量相对较高，有机物浓度通常为原水的3～4倍［2］，盐分相当于海水。回灌填埋堆体、回流调节池、高级氧化及焚烧工艺作为目前渗沥液浓缩液常用的处理方法，均存在二次污染的问题。

渗沥液浓缩液代替工艺水回用SDA系统是国内外处理渗沥液浓缩液的新技术。此技术可借助旋转雾化器强大的雾化功能，用低品位热能将渗沥液浓缩液蒸发，在为脱酸创造反应条件的同时，又能低成本的处理浓缩液、节约水资源。渗沥液浓缩液的管道结垢问题是制约此项新技术应用的主要因素之一。管道结垢会降低过水断面、增大水流阻力、减少输送量，影响系统的正常运行。

目前，渗沥液管道结垢特性的研究较多［3-4］，但缺乏对渗沥液浓缩液管道结垢特性的研究。笔者研究了渗沥液浓缩液代替工艺水回用SDA的过程中，不同材质、不同管径和不同流速下，管道的结垢特性，为渗沥液浓缩液代替工艺水回用SDA系统的工程应用提供指导。

1 实验方案

实验时间为2016年1月至4月。实验地点为北京高安屯垃圾焚烧厂渗沥液车间。实验装置的流程模拟SDA的工艺水管路，见图1。渗沥液浓缩液水箱的容积为5 t，经过泵加压后，渗沥液浓缩液通过DN80的主管道，流速为1.28 m/s（此部分管道模拟SDA系统的工艺水主供水管道），经三通分流后，一部分渗沥液浓缩液进入管径为DN25的工艺水管道，流速为1.6 m/s，然后回到水箱（此部分管道模拟SDA入口的工艺水管道）；另一部分渗沥液浓缩液经过DN80的回流管回到水箱。

图1 实验装置流程

实验工况安排见表1，在DN80主管道上设置2个实验管道，管道编号为1、2，管道流速1.28 m/s，材质分别为PVC和PE，实验持续时间为2个月和3个月；在DN25的管道上设置3个实验管道，管道编号为3、4、5，管道流速1.6 m/s，材质分别为PVC、PE和哈氏合金，实验持续时间为2个月和3个月。

表1 实验工况

2 实验结果

2.1 结垢厚度

渗沥液浓缩液管道结垢厚度的测定结果对比见图2，PVC80、PE80、PVC25、PE25和哈氏合金25持续运行2个月的管道结垢厚度为0.5～1.0 mm，持续运行3个月的管道结垢厚度增加至1.0～1.8mm，可见随着实验持续时间增长，管道结垢厚度增加，其中以PE25的结垢厚度增长幅度最大，由1.01 mm增加到1.77 mm，增幅为0.76 mm。PE80的结垢厚度增长幅度最小，由0.70 mm增加到0.99 mm，增幅0.29 mm，分析原因，运行3个月时PE80管道出现了结垢分层脱落现象，见图3。结垢的分层脱落是PE80管道结垢厚度增速减缓的主要原因，针对PE80管道结垢分层脱落现象的原因有待进一步分析。

由图2可知，相同流速下，PCV25、PE25和哈氏合金25的结垢厚度对比结果为哈氏合金＜PVC＜PE。可见在相同条件下，不同材质的管道结垢厚度存在差别，其中PE材质的结垢最严重，哈氏合金的结垢最薄。而对渗沥液来说，陈石等［5］在流动缓慢的渗沥液中做挂片实验，发现PVC结垢最严重，结垢的厚度顺序为PVC＞PE＞不锈钢。对比以上结果可发现，渗沥液浓缩液和渗沥液的结垢特性存在较大差异。

图2 管道持续运行2个月和3个月结垢厚度

图3 PE80管道运行3月时结垢分层脱落现象

2.2 结垢成分

针对渗沥液浓缩液管道持续运行2个月和3个月的结垢样品的XRD测定结果分别见表2和表3，可见渗沥液浓缩液结垢成分以MgCO3·3H2O为主，且含量在94%以上，另外渗沥液浓缩液的结垢中还含有少量的CaCO3·H2O及MgCl2。管道直径、管道材质、运行时间和流速4个因素对渗沥液浓缩液结垢成分基本没有影响。

表2 管道运行2个月结垢成分分析 %

表3 管道运行3个月结垢成分分析 %

薛丹丹等［6］对渗沥液输送管道结垢的化学组成分析见表4，其对渗沥液结垢成分的XRD测定结果显示：渗沥液管道的结垢成分以CaCO3为主，含量约为84.2%。分析认为，渗沥液结垢主要是固体颗粒物的沉积作用。研究［5-7］认为渗沥液总硬度高是造成管道结垢的直接原因，渗沥液总硬度中的钙广泛来源于厨房中贝壳类、垃圾焚烧厂的灰渣等。

表4 渗沥液结垢化学组成

以上可见渗沥液浓缩液结垢成分以MgCO3·3H2O为主，渗沥液结垢成分以CaCO3为主，两者结垢成分完全不同。分析原因：渗沥液经过UASB-MBR膜处理工艺后产生渗沥液浓缩液。UASB-MBR膜处理工艺环节，渗沥液中的贝壳类、垃圾焚烧厂的灰渣等固体颗粒物基本被去除，因此渗沥液浓缩液中这类物质的含量极低。渗沥液浓缩液中成分以离子态物质为主，渗沥液浓缩液结垢的主要原因是离子态物质生成的碳酸盐的沉积。渗沥液浓缩液和渗沥液的结垢形成机理差异很大。

3 结论

1）随着实验持续时间增长，管道结垢的厚度增加，其中以PE25管道结垢厚度增幅最大，由1.01 mm增加到1.77 mm。

2）其他条件相同时，不同材质的管道，其结垢厚度存在差别，结垢厚度排序为：PE＞PVC＞哈氏合金。

3） 渗沥液浓缩液管道结垢成分主要是MgCO3·3H2O，约占94%以上，且基本不受管道材质、管道直径、运行时间和流速的影响。

4） 渗沥液浓缩液结垢成分以MgCO3·3H2O为主，渗沥液结垢成分以CaCO3为主，两者的结垢形成机理差异很大。

［1］ 邓旭亮，荣丽丽，张春燕，等.膜滤浓缩液处理技术研究进展［J］.工业水处理，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］ 张汉武，张立栀，林冰，等.废水处理系统结垢现象的研究［J］.化工生产与技术，1995（3）：24-28.

［4］ 汪惠阳.浅谈垃圾渗滤液输送管道结垢问题［J］.化学工程与装备，2012（4）：145-146.

［5］ 陈石，黄凯兴，王克虹，等.垃圾渗滤液排污管结垢原因分析及对策［J］.给水排水，2000，26（12）：29-31.

［6］ 薛丹丹，刘丹，李军，等.垃圾渗滤液输送管道结垢原因分析［J］.四川环境，2008，27（6）：9-12.

［7］ 王兵，李长俊，朱伟，等.结垢及除垢技术在管道中的应用研究［J］.石油化工腐蚀与防护，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年朝阳区科学技术委员会社会发展计划项目（SF1403）

2016-12-15

任丽梅（1978—），总工程师，环境保护高级工程师；朝阳区科技人才，工学博士，长期从事垃圾焚烧领域的工程应用工作。E-mail：aomei386@aliyun.com。

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