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厌氧反应器管道结垢的处理办法解析
1、钙垢的形成原因


Ca2+离子的饱和浓度表

　　由于钙离子的浓度过高，厌氧反应器内部生化反应过程中产生的碳酸根离子和钙离子结合形成了CaCO3结晶体，当其浓度超过其饱和浓度时，CaCO3结晶体就是析出形成。

　　1.1、通过了解厌氧反应器的历史运行数据和运行工况发现，现有厌氧反应器进水温度基本保持在30~40度，厌氧出水PH通常在7.2~7.5左右，上述工况下ca2+的溶解度很低，仅有63~80mg/l。而进水中钙离子浓度高于上述临界值，更加容易和厌氧反应过程产生的CO32-反应，生成碳酸钙沉淀。

　　1.2、工厂在前期运行过程中，在生产工艺的前端来水投加了石灰，增加了ca2+的含量。

　　1.3、国内造纸行业由于国废的比例越来越高，国废的Ca2+离子浓度通常高达700~900mg/l，ca2+的含量相对外废偏高，废纸不断的在循环利用，也带来了上述问题。

2、钙垢的厚度和硬度


钙垢的厚度图片


钙垢的厚度及硬度一览表


浙江某造纸厂下降管钙垢硬度情况

2.1、钙垢的特性分析
　　a、钙垢在管道内部附着牢固完整，从管道断面观察具有明显的层状感，像年轮一样一圈一圈的结起来。
　　b、厌氧反应器的出水管道钙垢最厚达到200mm,DN600的母管管道有效流通通经只有200mm左右，支管的钙垢厚度大约20mm左右，支管管径DN250;上升管下端最薄。脱气管及下降管内部钙垢厚度不一，下降管上半部的硬度明显高于下半部。
　　c、对于管道结垢出现上述现象，我们认为可能存在“空管效应”和“死水现象”。空管效应即空管时间越长，结垢越薄。死水即水不流动，死水现象越久，结垢物越少。同时，日常运行中，业主反映结垢轻微的2个脱气管经常堵塞，下降管回水的流量和时间相对较少，因此钙垢厚度和硬度都少一些。
　　d、对于下降管不同高度硬度不一的现象，特别是管道上半部钙垢的硬度明显高于下半部；我们认为这和厌氧反应器自身的内循环有关；在厌氧反应器运行的过程中，经过上升管提升进入脱气罐的污水，瞬间大量的冲刷下降管的上半段。钙垢在冲刷的过程中，紧密牢固的附着起来。下降管的下半部由于常年浸泡在污水中，污水的冲刷和流动性相对较小，因此富集的钙垢相对就就松软的多。

3、钙垢的清除方法

3.1、高压车清理钙垢
　　我们使用高压切割和清洗设备（水刀），将钙垢击碎或者切割成块状从管道剥离下来，达到清除钙垢，疏通管道的目的。
　　本次高压冲洗车高压枪头的工作参数如下：
　　设备:DN32专用高压管道，旋转枪头，工作压力约1500公斤，流量约90L/小时。


枪头和设备照片

高压水清洗除垢的优缺点:
优点：
a、施工方便，设备开机后，接通水源即可开始作业。
b、操作简单：虽然是高压特种设备，但是类似用消防水清洗地面一样，有经验的人员2~3人既可完成整个作业流程。
c、高效安全。管道附着的钙垢不是非常牢固的情况下，高压清洗设备的工作效率是很高的。相对于机械除垢，人除垢都更加安全和高效。
缺点：
a、费用较高，台班市场价通常在5000元以上。
b、钙垢的附着力高，清洗下来超出了高压车的满负荷工作能力，那么高压冲洗车不具备作业可行性。
c、高压冲洗的压力和管径以及长度是成反比的，需要清除钙垢的管道越长，用高压管道进行作业的难度就更大，直喷枪头可以方便操作的长度大概在2~3米的空间。管径越大，高压枪头进行管道内钙垢清除时，压力相应更低。


高压水清洗后的管道

3.2、人力除垢
　　使用大榔头，震击管道剥离钙垢。由于钙垢的富集有年轮形状，因此垂直钙垢的方向敲击，能将钙垢一层一层的剥开，像玻璃一样，一片一片的碎裂。对于厌氧反应器内部下降管高度较高的部位，可以使用脚手架来提供作业空间。


下降管搭设脚手架清理钙垢


锤子敲击清理后管壁

人力除垢优点：
　　a、成本低。2个力工既可完成作业。
　　b、不同于高压水清洗局限于压力，流量等问题，只要具备操作的空间，钙垢都可以清理掉。
人力除垢缺点：
　　a、费力。
　　b、罐内高空作业，需要搭建脚手架，有高空坠落风险。
　　c、对于上升管在模块里面的2段PP材质的管道。由于没有作业空间，人力无法作业。
　　d、直接敲打管道，管道外表有损伤，不美观。

3.3、化学除垢（酸洗除垢）
　　由于钙垢的主要成分是CaCO3。因此使用酸洗的办法也可以和钙垢反应，形成水和二氧化碳。本次维护项目未采用采用化学方法酸洗，主要考虑到如下几点，在操作和安全性上都有困难:
　　a、下降管是半开放的管道，通过接临时泵将酸打入管道循环，需要将下降管焊接盲板，形成闭环才有效果。工作量较大。
　　b、反应器内部是封闭空间，打入酸性液体，不可避免会有飞溅，以及酸液外露的问题。安全隐患较大。
　　c、沙子怎样从管道排出来以及如何补酸。所以本次没有使用化学酸洗的方法清除钙垢。

4、防范措施
　　4.1、源头控制是解决问题的关键，即控制厌氧进水中Ca2+的含量。通过加大回流量稀释进水浓度或在车间来水段加大稀释，降低Ca2+的浓度。
　　4.2、使用阻垢剂防止钙离子在厌氧反应器内部的截留，使其小于100ppm,就能使厌氧系统运行更加安全稳定。
　　4.3、降低厌氧进水PH值至6.0~6.2，观察厌氧反应器的运行情况，上述工况下，CaCO3的溶解度可以得到大大提高。