影响循环水处理剂阻垢分散效果的主要因素Word文档下载推荐.docx
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药剂类型
主要成分
1
丙烯酸/多环芳烃磺酸盐
2
丙烯酸/烯丙基羟丙磺酸醚
3
丙烯酸/甲基丙烯酸羟丙酯
4
聚丙烯酸/HEDP/Zn2+
5
聚丙烯酸/PBTC/Zn2+
6
聚丙烯酸/聚氧乙烯醚酸酯/Zn2+
7
丙烯酸和马来酸酐共聚物/PBTC/Zn2+
8
丙烯酸和AMPS共聚物/HEDP/PBTC/Zn2+
9
丙烯酸和羟丙磺酸醚共聚物/HEDP/PO43-/Zn2+
表2
不同类型药剂在不同浓度下的阴垢率
%
药剂
类型
不同浓度时的阻垢率
30（10）
碳酸钙
磷酸钙
16.2
0.0
16.8
1.2
32.6
6.0
51.3
6.5
55.1
90.7
69.4
93.8
19.8
7.7
39.0
100.0
41.2
97.9
76.4
2.1
78.2
4.4
79.9
7.2
82.3
4.9
85.7
9.1
87.6
29.6
83.1
39.3
85.9
38.6
86.0
83.6
3.4
83.7
3.3
87.1
4.5
27.4
93.3
93.2
94.0
95.8
77.8
49.7
83.0
63.8
83.5
91.1
说明:
括号中的深度指第1、2、和3类药剂深度
3.2
浊度的影响
表3是浊度对9类药剂阻碳酸钙垢和阻磷酸钙垢效果影响的结果。
表3数据说明，浊度对第3、4、和7三类药剂的阻碳酸钙垢效果基本无影响，对第5、6、8和9四类药剂阻碳酸钙垢效果有负面影响，且随浊度增加，这些药剂阻碳酸钙垢效果下降，但对第1和2两类药剂阻碳酸钙垢效果有增效作用，随浊度升高阻碳酸钙垢效果有所增加。
比较这些差异可以看出，单剂的阻碳酸钙垢效果受浊度的影响较小，多数复合剂阻碳酸钙垢效果受浊度的影响较大；
浊度对阻磷酸钙垢效果的影响大于阻碳酸钙垢效果，如第2、3、8和9四类药剂，阻磷酸钙垢效果随浊度的增加而大幅度下降，在使用时应控制循环水的浊度在10mg/L以内。
这个现象也说明药剂的阻碳酸钙主要是增溶和致畸作用，阻磷酸钙垢主要是分散作用。
表3不同浊度下药剂的阻垢分散效果
不同浊度下的阻垢率
0mg/L
10mg/L
30mg/L
50mg/L
17.8
22.9
39.1
58.1
86.8
57.7
64.4
66.3
52.7
33.3
90.4
33.5
76.1
33.6
66.5
76.2
4.7
76.0
9.0
75.9
6.7
82.4
72.4
8.0
69.9
80.3
38.0
76.9
31.0
74.8
29.3
81.5
90.0
81.7
77.6
78.3
79.4
63.0
72.0
57.3
68.6
57.0
3.3
铁离子的影响
循环水中常常因金属腐蚀使铁离子浓度增加，特别是使用强腐蚀性水质的循环水系统和有物料泄漏系统，铁离子浓度有时高达5mg/L。
铁离子对不同类型药剂的阻垢分散效果如表4所示。
表4数据表明：
铁离子除对第4和9两类药剂阻碳酸钙垢效果的影响很小外，对其它七类药剂阻碳酸钙垢的影响巨大，且随铁离子浓度增加，阻碳酸钙垢效果大幅度下降；
铁离子对所有的九类药剂的阻磷酸钙垢均有巨大影响，随铁离子浓度增加，阻磷酸钙垢的效果大幅度下降。
这些结果说明循环水中铁离子对阻垢分散作用是一种十分有害的离子，在使用中应尽可能控制铁离子浓度小于1mg/L。
表4
铁离子对药剂的阻垢分散效果的影响
不同铁离子含量时的阻垢率
1mg/L
3mg/L
5mg/L
16.3
2.4
3.0
31.5
21.0
8.3
34.8
25.6
92.6
24.1
4.0
78.0
78.7
5.9
75.6
6.1
69.3
67.8
5.0
76.3
44.6
32.5
37.7
23.1
71.6
3.6
67.0
4.1
65.3
91.8
87.7
89.5
87.4
66.8
77.0
68.7
59.9
51.7
49.8
3.4 钙硬和碱度的影响
人们在水处理实践中发现，水中钙硬和碱度对阻垢分散剂的效果影响巨大。
表5是钙硬和碱度对不同类型药剂的阻垢分散效果影响结果。
表5结果很清楚地表明，水中钙硬和碱度对各类药剂的阻碳酸钙垢效果影响很大。
随钙硬和碱度的增加，阻垢率下降，但影响程度是不相同的。
对前四类药剂阻碳酸钙垢效果的影响较大，说明这四类药剂不宜在较高钙硬和碱度的水中使用。
对后四类药剂的阻碳酸钙垢效果影响较小，说明这四类药剂可以在高硬度和碱度水中使用。
表5
钙硬和碱度对不同类型药剂阻垢分散效果的影响
不同钙硬和碱度水的阻垢率
A水
B水
C水
D水
100.00
18.4
14.2
/
49.6
95.2
7.9
67.7
98.0
89.2
66.0
40.9
36.3
93.7
83.3
91.7
16.5
98.8
96.5
97.3
32.2
79.5
51.5
91.4
33.4
98.7
87.5
80.9
97.7
97.2
90.5
90.1
84.4
97.5
84.2
70.9
说明:
A水硬度和碱度分别为100mg/L和135mg/L;
B水硬度和碱度分别为150mg/L和203mg/L;
C水硬度和碱度分别为200mg/L和270mg/L;
D水硬度和碱度分别为250mg/L和250mg/L。
与阻碳酸钙相比，水中钙硬和碱度对药剂阻磷酸钙垢效果的影响更大。
如除对第8和9两类药剂阻磷酸钙垢效果影响相对较小外，对其它七类药剂，当钙硬和碱度增加１倍，这些药剂对磷酸钙垢几乎完全失去阻垢作用。
3.5
杀菌剂的影响
杀菌剂对缓蚀阻垢剂阻碳酸钙和阻磷酸钙的影响如表6所示。
表6
杀菌剂对药剂阻垢分散效果的影响 %
不同杀菌剂时的阻垢率
不加杀菌剂
杀菌剂1
杀菌剂2
杀菌剂3
杀菌剂4
15.9
2.8
16.9
1.9
9.9
2.7
13.5
2.5
54.5
69.8
34.4
0.7
46.8
83.9
55.6
89.6
34.9
93.6
44.1
0.9
36.6
37.1
96.0
75.4
39.5
3.2
64.7
53.3
80.8
42.9
25.9
83.8
4.6
81.3
24.7
89.3
89.9
52.9
56.5
5.6
86.3
65.9
4.3
82.0
88.8
74.1
60.2
73.4
76.6
79.2
69.7
55.2
杀菌剂1对第3、5和9三类药剂的阻碳酸钙有明显的负面影响，对其它六类药剂影响很小；
对第2和3两类药剂的阻磷酸钙有明显的负面影响，但对其它七类药剂有增效作用，随杀菌剂1的加入，阻磷酸钙效果增加。
杀菌剂2对第2、4、5、8和9五类药剂阻碳酸钙有负面作用，对其它四类药剂的阻碳酸钙均有增效作用；
对第1类药剂阻磷酸钙有增效作用，但对其它八类药均有很大的负面作用，随杀菌剂2的加入，药剂的阻垢分散作用明显下降。
杀菌剂3除对第6类药剂阻碳酸钙作用无影响外，对其它八类药剂阻碳钙作用均有不同程度的影响；
对药剂阻磷酸钙作用的影响与阻碳酸钙不同，除对第1、2类药剂阻磷酸钙作用稍有负面影响外，对其它七类药剂的阻磷酸钙均有大幅度的增效作用。
杀菌剂4除对第1和9两类药剂阻碳酸钙有明显的负面作用外，对其它七类药剂的阻碳酸钙影响较小；
除对第3和9两类药剂阻磷酸钙有负面作用外，对其它七类均有较大的增效作用。
从这些现象可以看出，不同类型的杀菌剂对不同类型的药剂效果影响是不相同的，但总体上看，杀菌剂对阻磷酸钙的影响大于碳酸钙。
4
结论
药剂自身浓度是显著影响阻垢分散效果的因素之一。
对阻碳酸钙的影响与阻磷酸钙不同，对阻磷酸钙存在最低浓度，只有药剂的浓度超过这个最低浓度，药剂才有阻磷酸钙的作用。
浊度对药剂阻垢分散效果均有不同程度的影响，但对阻磷酸钙的影响更大，随浊度增加，阻磷酸钙的效果大幅度下降。
铁离子对药剂阻垢分散作用影响明显，无论是对阻碳酸钙还是阻磷酸钙，都是随铁离子浓度的增加，阻垢分散效果下降。
钙硬和碱度对药剂阻碳酸钙和阻磷酸钙作用影响巨大，随钙硬和碱度的增加，阻垢分散效果下降。
杀菌剂对不同药剂的阻垢分散效果有不同的影响，氧化型杀菌剂对多数药剂的阻磷酸钙有增效作用，非氧化型杀菌剂对不同类型药剂的影响视药剂类型而定，有增效作用，也有对抗作用。
影响循环移动载体生物膜反应器性能的因素分析
循环移动载体生物膜反应器是对传统移动载体生物膜反应器进行改良后的一种新型工艺。
在本工艺中，表面附着生物膜的填料在反应器内循环移动，使水流与填料充分接触，消除死角与沟流，达到高效处理有机废水的目的。
该工艺具有生物量高、能连续运行、无堵塞且不需反冲洗等特点。
作为好氧生物污水处理工艺，氧转移效率的高低直接影响着反应器的处理效率和能耗的高低，对本工艺而言，反应器的结构和操作参数对反应器的充氧能力有着直接、关键的决定性作用。
本文结合模拟反应器实验数据，在理论分析的基础上探讨了合适的反应罪结构和操作参数的选取范围。
1实验装置及实验方法
影响反应器充氧性能的结构和操作参数主要为反应器升流区与降流区截面积之比、挡板上方的液面高度和底隙高度、曝气量和填充比的大小等，根据实际运行的移动床反应器的结构特点，本实验确定了如下实验装置和实验方法。
1.1实验装置
图1所示为本试验中采用的循环移动载体生物膜反应器实验装置，外形尺寸为L×
W×
H=1000mm×
250mm×
1400mm，由反应区和沉淀区两部分组成。
反应区有效水深为1.2m，有效体积为172L，由导流隔板将其分成升流区和降流区。
内装CLS-Ⅲ型空心圆柱填料（密度约为0.96g／cm3，比表面积为350m2／m3），由微孔曝气管在升流区进行曝气充氧，造成升流区和降流区污水的密度差，从而使液体夹带着填料在反应器中不断地循环移动。
1.2实验方法
在不同的结构和操作参数条件下，在进水中加适量Na2S03和催化剂CoCl2，使移动床中的溶解氧降为零，通人空气，同时将溶解氧测定仪放人反应器中，每隔一定时间测定溶解氧的变化，根据ln（Cs—C）与时间的直线关系，其斜率即为氧转移系数[1]。
本实验所测定的数据均为清水实验数据，由于移动床反应器内水的流态大致符合完全混合的特征，反应器内务区域水的物理和化学性质相差不大，因此使用清水实验数据得出的结论同样适用于污水实验，也可用于实际生产。
2实验结果及理论分析
2.1升、降流区截面积之比（Ar／Ad）对充氧能力的影响
理论分析认为：
当较小时Ar／Ad，升流区的流速快，导致气泡聚并，而且进入降流区时液体降流速低，不足以将气泡携带进入此区，因此降流区溶解氧浓度变小；
当Ar／Ad较大时，升流区液流速度较慢，气泡聚并的机会减少，溶解氧变大。
但若Ar／Ad过大，气泡在溶解到液体之前逃逸液面的机会增多，导致降流区的溶解氧浓度急剧下降，反应器总溶解氧量也会略有下降。
当曝气量为0.75m3h，Ar／Ad取不同值时反应器内降流区混合液溶解氧含量比较见表1。
从表1可以看出，当Ar／Ad取值范围在2/3左右时，（此时，底隙高度LB。
取为250mm）可以得到较好的充氧效果，而其值变大或变小，都会使反应器内氧转移效率下降。
表1不同Ar／Ad值时降流区溶解氧浓度变化
Ar/Ad
不同曝气时间的溶解氧ρ（O2）/（mg·
L-1）
3min
5min
8min
1/4
5.8
6.8
1/3
7.5
2/3
6.4
8.4
3/4
6.2
7.0
8.2
2.2 挡板上方的液面高度LT，与底隙高度LB对充氧能力的影响
反应器有效水深确定后，将反应器升流区和降流区隔开的挡板高低位置发生变化时，反应器的氧转移效率和液体循环速度都会发生相应的变化。
实验中发现适当增大液面高度LT值，液体循环速度和氧转移系数均有所上升，原因可能是升流区气泡在逃逸液面之前与液体有更长时间的接触将能量传递给液相，从而使降流区的液体下降速度加快。
但LT过大，降流区内的填料就会有一部分通过挡板上端返回到升流区，影响反应器内填料的正常循环移动。
表2 不同LT值时降流区溶解氧和液体循环速度的关系
液面高度LT/mm
溶解氧ρ（O2）/（mg·
液体循环速度／（cm·
s-1）
150
8.5
200
6.9
9.6
250
10
300
12.5
350
7.6
13.3
注：
表2数据是在Ar/Ad值取为2/3的条件下测定的，曝气量为0.75m3/h。
溶解氧的质量浓度为降流区内混合液曝气8min后测定的结果。
从表2中可以看出，当LT值变大时，液体循环速度和溶解氧的质量浓度均有所上升但实验同时发现LT值超过250mm后液面部分填料会出现短流现象，而加大液体循环速度至15cm／s后，LT值可达到350mm，但此时能耗将大幅度增加，因此当液体速度在10cm／s左右时，取LT值为250mm。
底隙高度LB。
是指曝气装置到挡板的垂直距离，它是一个重要的参数。
如果LB过小，则液体流动阻力大，会降低液体循环速度和含气率，且生物载体在由降流区进入升流区时受到的剪切作用大，不利于生物膜的生长；
如果LB过大，则由曝气装置出来的部分气泡会进入降流区，同样降低液体循环速度和含气率，甚至导致流型的改变，而影响反应器的性能。
本试验取底隙高度LB值为250mm，表1的试验结果证明这一取值是合理的。
2.3曝气量与填充比对氧转移系数的影响
曝气量和填充比是移动床反应器关键性的操作参数之一，它们的取值直接影响着反应器氧转移效率的大小，不同填充比下氧转移系数随气量的变化关系曲线见图2，不同气量下氧转移系数随填充比的变化关系曲线见图3。
试验表明：
曝气量和填充比同时影响着氧转移系数。
在无填料的情况下，曝气量是主导因素：
氧转移系数随着曝气量的增加先增大而又减小。
因为在低气量的条件下，随着气体流量的增大，含气率增大，相应地增大了气液接触面积；
而当气体流量增大到一定程度后，曝气产生的气泡直径变大，上升速度快，气泡更易于逃逸，使氧转移系数降低。
在一定的填充比的情况下，一方面由于填料占据本来的一部分液体空间导致反应器内含气率下降，另一方面由于填料切割气泡的作用使气泡直径变小而增大转移系数。
从图中可以看出，在气量为0.8m3／h时，填充比为0时的KLa。
值大于填充比为30％时的KLa。
这可能是因为在无填料填充时，0.8m3／h左右的曝气量使氧转移系数达到最大。
而加入30％的填料后，填料占据液体空间使含气率下降的作用占主导地位，因此氧转移系数随着填料的加入变小。
但当填充比大于30％后，随着填充比的增加氧转移系数增大。
3小结
①在移动床反应器氧转移效率的各项影响因素中，曝气量的影响最大，但同时也不可忽略其他影响因素。
②权衡反应器流体状态和经济因素后，实验中LT与LB值均取为250mm，提升区与回落区之比Ar/Ad值为2/3。
③随着填充比的增加，氧转移系数逐渐上升，鉴于循环流速的限制，50％的填充比比较适合。
④随着曝气量的增加，水流紊动性加大，有助于氧的利用，但气量过高时，又会导致氧利用率的下
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