厭氧反應器管道結垢的處理辦法解析
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作者:puredolphin
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發布時間: 2193天前
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1、鈣垢的形成原因
Ca2+離子的飽和濃度表
由于鈣離子的濃度過高，厭氧反應器內部生化反應過程中產生的碳酸根離子和鈣離子結合形成了CaCO3結晶體，當其濃度超過其飽和濃度時，CaCO3結晶體就是析出形成。
1.1、通過了解厭氧反應器的歷史運行數據和運行工況發現，現有厭氧反應器進水溫度基本保持在30~40度，厭氧出水PH通常在7.2~7.5左右，上述工況下ca2+的溶解度很低，僅有63~80mg/l。而進水中鈣離子濃度高于上述臨界值，更加容易和厭氧反應過程產生的CO32-反應，生成碳酸鈣沉淀。
1.2、工廠在前期運行過程中，在生產工藝的前端來水投加了石灰，增加了ca2+的含量。
1.3、國內造紙行業由于國廢的比例越來越高，國廢的Ca2+離子濃度通常高達700~900mg/l，ca2+的含量相對外廢偏高，廢紙不斷的在循環利用，也帶來了上述問題。
2、鈣垢的厚度和硬度
鈣垢的厚度圖片
鈣垢的厚度及硬度一覽表
浙江某造紙廠下降管鈣垢硬度情況
2.1、鈣垢的特性分析
a、鈣垢在管道內部附著牢固完整，從管道斷面觀察具有明顯的層狀感，像年輪一樣一圈一圈的結起來。
b、厭氧反應器的出水管道鈣垢最厚達到200mm,DN600的母管管道有效流通通經只有200mm左右，支管的鈣垢厚度大約20mm左右，支管管徑DN250;上升管下端最薄。脫氣管及下降管內部鈣垢厚度不一，下降管上半部的硬度明顯高于下半部。
c、對于管道結垢出現上述現象，我們認為可能存在“空管效應”和“死水現象”。空管效應即空管時間越長，結垢越薄。死水即水不流動，死水現象越久，結垢物越少。同時，日常運行中，業主反映結垢輕微的2個脫氣管經常堵塞，下降管回水的流量和時間相對較少，因此鈣垢厚度和硬度都少一些。
d、對于下降管不同高度硬度不一的現象，特別是管道上半部鈣垢的硬度明顯高于下半部；我們認為這和厭氧反應器自身的內循環有關；在厭氧反應器運行的過程中，經過上升管提升進入脫氣罐的污水，瞬間大量的沖刷下降管的上半段。鈣垢在沖刷的過程中，緊密牢固的附著起來。下降管的下半部由于常年浸泡在污水中，污水的沖刷和流動性相對較小，因此富集的鈣垢相對就就松軟的多。
3、鈣垢的清除方法
3.1、高壓車清理鈣垢
我們使用高壓切割和清洗設備（水刀），將鈣垢擊碎或者切割成塊狀從管道剝離下來，達到清除鈣垢，疏通管道的目的。
本次高壓沖洗車高壓槍頭的工作參數如下：
設備:DN32專用高壓管道，旋轉槍頭，工作壓力約1500公斤，流量約90L/小時。
槍頭和設備照片
高壓水清洗除垢的優缺點:
優點：
a、施工方便，設備開機后，接通水源即可開始作業。
b、操作簡單：雖然是高壓特種設備，但是類似用消防水清洗地面一樣，有經驗的人員2~3人既可完成整個作業流程。
c、高效安全。管道附著的鈣垢不是非常牢固的情況下，高壓清洗設備的工作效率是很高的。相對于機械除垢，人除垢都更加安全和高效。
缺點：
a、費用較高，臺班市場價通常在5000元以上。
b、鈣垢的附著力高，清洗下來超出了高壓車的滿負荷工作能力，那么高壓沖洗車不具備作業可行性。
c、高壓沖洗的壓力和管徑以及長度是成反比的，需要清除鈣垢的管道越長，用高壓管道進行作業的難度就更大，直噴槍頭可以方便操作的長度大概在2~3米的空間。管徑越大，高壓槍頭進行管道內鈣垢清除時，壓力相應更低。
高壓水清洗后的管道
3.2、人力除垢
使用大榔頭，震擊管道剝離鈣垢。由于鈣垢的富集有年輪形狀，因此垂直鈣垢的方向敲擊，能將鈣垢一層一層的剝開，像玻璃一樣，一片一片的碎裂。對于厭氧反應器內部下降管高度較高的部位，可以使用腳手架來提供作業空間。
下降管搭設腳手架清理鈣垢
錘子敲擊清理后管壁
人力除垢優點：
a、成本低。2個力工既可完成作業。
b、不同于高壓水清洗局限于壓力，流量等問題，只要具備操作的空間，鈣垢都可以清理掉。
人力除垢缺點：
a、費力。
b、罐內高空作業，需要搭建腳手架，有高空墜落風險。
c、對于上升管在模塊里面的2段PP材質的管道。由于沒有作業空間，人力無法作業。
d、直接敲打管道，管道外表有損傷，不美觀。
3.3、化學除垢（酸洗除垢）
由于鈣垢的主要成分是CaCO3。因此使用酸洗的辦法也可以和鈣垢反應，形成水和二氧化碳。本次維護項目未采用采用化學方法酸洗，主要考慮到如下幾點，在操作和安全性上都有困難:
a、下降管是半開放的管道，通過接臨時泵將酸打入管道循環，需要將下降管焊接盲板，形成閉環才有效果。工作量較大。
b、反應器內部是封閉空間，打入酸性液體，不可避免會有飛濺，以及酸液外露的問題。安全隱患較大。
c、沙子怎樣從管道排出來以及如何補酸。所以本次沒有使用化學酸洗的方法清除鈣垢。
4、防范措施
4.1、源頭控制是解決問題的關鍵，即控制厭氧進水中Ca2+的含量。通過加大回流量稀釋進水濃度或在車間來水段加大稀釋，降低Ca2+的濃度。
4.2、使用阻垢劑防止鈣離子在厭氧反應器內部的截留，使其小于100ppm,就能使厭氧系統運行更加安全穩定。
4.3、降低厭氧進水PH值至6.0~6.2，觀察厭氧反應器的運行情況，上述工況下，CaCO3的溶解度可以得到大大提高。
Ca2+離子的飽和濃度表
由于鈣離子的濃度過高，厭氧反應器內部生化反應過程中產生的碳酸根離子和鈣離子結合形成了CaCO3結晶體，當其濃度超過其飽和濃度時，CaCO3結晶體就是析出形成。
1.1、通過了解厭氧反應器的歷史運行數據和運行工況發現，現有厭氧反應器進水溫度基本保持在30~40度，厭氧出水PH通常在7.2~7.5左右，上述工況下ca2+的溶解度很低，僅有63~80mg/l。而進水中鈣離子濃度高于上述臨界值，更加容易和厭氧反應過程產生的CO32-反應，生成碳酸鈣沉淀。
1.2、工廠在前期運行過程中，在生產工藝的前端來水投加了石灰，增加了ca2+的含量。
1.3、國內造紙行業由于國廢的比例越來越高，國廢的Ca2+離子濃度通常高達700~900mg/l，ca2+的含量相對外廢偏高，廢紙不斷的在循環利用，也帶來了上述問題。
鈣垢的厚度圖片
鈣垢的厚度及硬度一覽表
浙江某造紙廠下降管鈣垢硬度情況
2.1、鈣垢的特性分析
a、鈣垢在管道內部附著牢固完整，從管道斷面觀察具有明顯的層狀感，像年輪一樣一圈一圈的結起來。
b、厭氧反應器的出水管道鈣垢最厚達到200mm,DN600的母管管道有效流通通經只有200mm左右，支管的鈣垢厚度大約20mm左右，支管管徑DN250;上升管下端最薄。脫氣管及下降管內部鈣垢厚度不一，下降管上半部的硬度明顯高于下半部。
c、對于管道結垢出現上述現象，我們認為可能存在“空管效應”和“死水現象”。空管效應即空管時間越長，結垢越薄。死水即水不流動，死水現象越久，結垢物越少。同時，日常運行中，業主反映結垢輕微的2個脫氣管經常堵塞，下降管回水的流量和時間相對較少，因此鈣垢厚度和硬度都少一些。
d、對于下降管不同高度硬度不一的現象，特別是管道上半部鈣垢的硬度明顯高于下半部；我們認為這和厭氧反應器自身的內循環有關；在厭氧反應器運行的過程中，經過上升管提升進入脫氣罐的污水，瞬間大量的沖刷下降管的上半段。鈣垢在沖刷的過程中，緊密牢固的附著起來。下降管的下半部由于常年浸泡在污水中，污水的沖刷和流動性相對較小，因此富集的鈣垢相對就就松軟的多。
3、鈣垢的清除方法
3.1、高壓車清理鈣垢
我們使用高壓切割和清洗設備（水刀），將鈣垢擊碎或者切割成塊狀從管道剝離下來，達到清除鈣垢，疏通管道的目的。
本次高壓沖洗車高壓槍頭的工作參數如下：
設備:DN32專用高壓管道，旋轉槍頭，工作壓力約1500公斤，流量約90L/小時。
槍頭和設備照片
高壓水清洗除垢的優缺點:
優點：
a、施工方便，設備開機后，接通水源即可開始作業。
b、操作簡單：雖然是高壓特種設備，但是類似用消防水清洗地面一樣，有經驗的人員2~3人既可完成整個作業流程。
c、高效安全。管道附著的鈣垢不是非常牢固的情況下，高壓清洗設備的工作效率是很高的。相對于機械除垢，人除垢都更加安全和高效。
缺點：
a、費用較高，臺班市場價通常在5000元以上。
b、鈣垢的附著力高，清洗下來超出了高壓車的滿負荷工作能力，那么高壓沖洗車不具備作業可行性。
c、高壓沖洗的壓力和管徑以及長度是成反比的，需要清除鈣垢的管道越長，用高壓管道進行作業的難度就更大，直噴槍頭可以方便操作的長度大概在2~3米的空間。管徑越大，高壓槍頭進行管道內鈣垢清除時，壓力相應更低。
高壓水清洗后的管道
3.2、人力除垢
使用大榔頭，震擊管道剝離鈣垢。由于鈣垢的富集有年輪形狀，因此垂直鈣垢的方向敲擊，能將鈣垢一層一層的剝開，像玻璃一樣，一片一片的碎裂。對于厭氧反應器內部下降管高度較高的部位，可以使用腳手架來提供作業空間。
下降管搭設腳手架清理鈣垢
錘子敲擊清理后管壁
人力除垢優點：
a、成本低。2個力工既可完成作業。
b、不同于高壓水清洗局限于壓力，流量等問題，只要具備操作的空間，鈣垢都可以清理掉。
人力除垢缺點：
a、費力。
b、罐內高空作業，需要搭建腳手架，有高空墜落風險。
c、對于上升管在模塊里面的2段PP材質的管道。由于沒有作業空間，人力無法作業。
d、直接敲打管道，管道外表有損傷，不美觀。
3.3、化學除垢（酸洗除垢）
由于鈣垢的主要成分是CaCO3。因此使用酸洗的辦法也可以和鈣垢反應，形成水和二氧化碳。本次維護項目未采用采用化學方法酸洗，主要考慮到如下幾點，在操作和安全性上都有困難:
a、下降管是半開放的管道，通過接臨時泵將酸打入管道循環，需要將下降管焊接盲板，形成閉環才有效果。工作量較大。
b、反應器內部是封閉空間，打入酸性液體，不可避免會有飛濺，以及酸液外露的問題。安全隱患較大。
c、沙子怎樣從管道排出來以及如何補酸。所以本次沒有使用化學酸洗的方法清除鈣垢。
4、防范措施
4.1、源頭控制是解決問題的關鍵，即控制厭氧進水中Ca2+的含量。通過加大回流量稀釋進水濃度或在車間來水段加大稀釋，降低Ca2+的濃度。
4.2、使用阻垢劑防止鈣離子在厭氧反應器內部的截留，使其小于100ppm,就能使厭氧系統運行更加安全穩定。
4.3、降低厭氧進水PH值至6.0~6.2，觀察厭氧反應器的運行情況，上述工況下，CaCO3的溶解度可以得到大大提高。
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