城市污水生化處理出水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中緩蝕阻垢實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：循環(huán)冷卻用水是工業(yè)用水的主要組成部分,開(kāi)展污水回用于循環(huán)冷卻水是節(jié)能降耗減排的重要手段。城市污水經(jīng)二級(jí)生化處理后,具有水質(zhì)水量穩(wěn)定,水質(zhì)組成簡(jiǎn)單的特點(diǎn),可回用作循環(huán)冷卻水。然而,城市污水生化出水中含有較高的Ca2+、Mg2+、S042-和HC03-等無(wú)機(jī)離子,以及少量的有機(jī)物。這些物質(zhì)會(huì)加重循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備表面的結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題。因此,如何緩解城市污水生化出水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題是城市污水生化出水回用于循環(huán)冷卻水的難點(diǎn)和關(guān)鍵。 本論文在實(shí)際廢水水質(zhì)分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)城市污水生化出水回用作循環(huán)冷卻水產(chǎn)生的結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題,系統(tǒng)的研究了城市污水生化出水中的無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物對(duì)于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢的影響。開(kāi)發(fā)了適用于城市污水生化出水水質(zhì)的低分子量水解聚馬來(lái)酸酐(HPMA),優(yōu)化出了三組分復(fù)合緩蝕阻垢劑低磷配方。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1、對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,考察水樣中無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物對(duì)于結(jié)垢量的影響及對(duì)結(jié)垢顆粒形貌和晶型的影響,分析城市污水生化出水回用于循環(huán)冷卻水對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)造成的結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題。 2、基于城市污水生化出水水質(zhì),采用過(guò)氧化苯甲酰作為聚合反應(yīng)的引發(fā)劑制備了聚羧酸型緩蝕阻垢劑低分子量水解聚馬來(lái)酸酐(HPMA),當(dāng)引發(fā)劑用量為單體重量的15%時(shí),合成的HPMA在城市污水生化出水模擬廢水水質(zhì)條件下的阻垢性能最好,靜態(tài)阻垢性能達(dá)到72%。采用凝膠色譜和傅里葉紅外光譜分析了合成的HPMA分子量分別和官能團(tuán)組成。合成的聚馬來(lái)酸酐(PMA)的分子量集中分布在240～900g/mol,峰值分布在430g/mol左右。HPMA的平均分子量為625g/mol。將合成的低分子量HPMA與較大分子量組成的聚羧酸類緩蝕阻垢劑聚丙烯酸(PAA)一起,分別與有機(jī)膦類緩蝕阻垢劑羥基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)和2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTCA)進(jìn)行了三組分復(fù)合緩蝕阻垢劑配方優(yōu)化,得到了3個(gè)高性能三組分復(fù)合緩蝕阻垢劑優(yōu)化配方。優(yōu)化配方1組成為HEDP/HPMA/PAA=10/80/10,靜態(tài)阻垢性能為80.6%,優(yōu)化配方2的組成為ATMP/HPMA/PAA=10/5406/35.4,靜態(tài)阻垢性能為79.5%,優(yōu)化配方3的組成為PBTCA/HPMA/PAA=10/58.2/31.8,靜態(tài)阻垢性能為74.3%。優(yōu)化配方的靜態(tài)阻垢性能高于相同用量條件下的單組份藥劑。配方中各組分表現(xiàn)出了協(xié)同阻垢效應(yīng)。 3、本論文基于城市污水生化出水水質(zhì)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工況條件,設(shè)計(jì)了適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)阻垢性能評(píng)價(jià)方法。該方法既能反映緩蝕阻垢劑對(duì)Ca2+的穩(wěn)定性能,也能反映緩蝕阻垢劑對(duì)結(jié)垢顆粒的分散性能。采用靜態(tài)阻垢性能評(píng)價(jià)方法和動(dòng)態(tài)阻垢性能測(cè)試方法對(duì)合成低分子量HPMA和3個(gè)三組分優(yōu)化配方進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示,合成的低分子量HPMA和優(yōu)化配方在用量10mg/L-30mg/L之間變化時(shí),靜態(tài)阻垢性能基本保持穩(wěn)定,HPMA、優(yōu)化配方1、優(yōu)化配方2和優(yōu)化配方3的靜態(tài)阻垢效率分別達(dá)到72%、80.5%、79.5%和74.3%,四種緩蝕阻垢劑均表現(xiàn)出了閾值效應(yīng)。而在動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)方法下,合成的低分子量HPMA和3個(gè)三組分優(yōu)化配方隨著使用濃度在10mg/L-30mg/L之間增大,動(dòng)態(tài)阻垢性能顯著提高。在30mg/L用量條件下,合成的HPMA、優(yōu)化配方1、優(yōu)化配方2和優(yōu)化配方3的動(dòng)態(tài)阻垢性能分別達(dá)到95.6%、100%、98.2%和96.9%。結(jié)垢顆粒的微觀形貌和晶型分析顯示,開(kāi)發(fā)的緩蝕阻垢劑可以使碳酸鈣結(jié)垢顆粒的微觀形貌和結(jié)晶晶型發(fā)生改變。合成的低分子量HPMA和優(yōu)化配方可以使結(jié)垢顆粒呈現(xiàn)出具有橢圓邊緣的顆粒狀,顆粒的生長(zhǎng),顆粒的堆簇呈現(xiàn)出很多空隙。優(yōu)化配方中的聚羧酸分子和有機(jī)膦分子可以影響碳酸鈣結(jié)晶的不同生長(zhǎng)方向和不同的結(jié)晶面,在對(duì)碳酸鈣結(jié)晶過(guò)程的影響上表現(xiàn)出了協(xié)同作用。 4、基于城市污水生化出水水質(zhì)和循環(huán)冷卻水工況條件,設(shè)計(jì)了適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)緩蝕性能評(píng)價(jià)裝置和方法,采用城市污水生化出水實(shí)際廢水作為測(cè)試水樣,考察了合成的低分子量HPMA和3個(gè)三組分優(yōu)化配方對(duì)于碳鋼的緩蝕作用。結(jié)果顯示,HPMA對(duì)于該水質(zhì)條件下的碳鋼的緩蝕作用較小(低于20%)。而優(yōu)化配方1、優(yōu)化配方2和優(yōu)化配方3的緩蝕效率分別達(dá)到55.5%、90.0%和71.4%。溫度從40℃升高到60℃時(shí),優(yōu)化配方1、優(yōu)化配方2和優(yōu)化配方3的緩蝕效率分別下降不到3.45%、3.67%和3.94%。而濃縮倍數(shù)由1倍提高到4倍時(shí),優(yōu)化配方1、優(yōu)化配方2和優(yōu)化配方3的緩蝕效率分別下降近20.35%、18.77%和20.64%。采用交流阻抗譜分析結(jié)合電化學(xué)擬合分析了優(yōu)化配方對(duì)該水質(zhì)體系下碳鋼的緩蝕作用機(jī)理。在優(yōu)化配方1的作用下,腐蝕測(cè)試體系的膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗分別增大為694.4Ω·cm2和292.2Ω·cm2(空白實(shí)驗(yàn)的膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗分別為206.2Ω·cm2和269.1Ω·cm2),在優(yōu)化配方2的作用下,腐蝕測(cè)試體系的膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗分別增大為892.4Ω·cm2和1735Ω·cm2,在優(yōu)化配方3的作用下,腐蝕測(cè)試體系的膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗分別增大為568.2Ω·cm2和316.1Ω·cm2。優(yōu)化配方中的有機(jī)膦分子與聚羧酸分子可以吸附在碳鋼表面,形成致密的保護(hù)膜,從而降低碳鋼的腐蝕速率。 【關(guān)鍵詞】：城市污水 生化出水 污水回用 循環(huán)冷卻水 緩蝕阻垢劑 性能評(píng)價(jià)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-16
• 第一章 緒論16-31
• 1.1 引言16
• 1.2 城市污水回用于循環(huán)冷卻水現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 循環(huán)冷卻水用水現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 城市污水回用于循環(huán)冷卻水18-19
• 1.2.3 城市污水回用于循環(huán)冷卻水存在問(wèn)題19
• 1.3 緩蝕阻垢劑發(fā)展概述19-25
• 1.3.1 阻垢劑發(fā)展概述19-21
• 1.3.2 緩蝕劑發(fā)展概述21-24
• 1.3.3 緩蝕阻垢劑在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用24-25
• 1.4 循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢劑性能評(píng)價(jià)方法25-27
• 1.4.1 阻垢性能評(píng)價(jià)25-26
• 1.4.2 緩蝕性能評(píng)價(jià)26-27
• 1.5 緩蝕阻垢劑作用機(jī)理27-29
• 1.5.1 阻垢機(jī)理27-28
• 1.5.2 緩蝕機(jī)理28-29
• 1.6 立題的意義、研究?jī)?nèi)容及研究思路29-31
• 1.6.1 立題的意義29
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容與研究思路29-31
• 第二章 城市污水生化出水水質(zhì)分析及對(duì)結(jié)垢的影響31-49
• 2.1 引言31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)與方法31-34
• 2.2.1 試劑與儀器31-32
• 2.2.2 取樣與保存32-33
• 2.2.3 水質(zhì)分析33
• 2.2.4 碳酸鈣結(jié)垢實(shí)驗(yàn)33-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-47
• 2.3.1 城市污水生化出水水質(zhì)分析34-35
• 2.3.2 無(wú)機(jī)離子對(duì)碳酸鈣結(jié)垢行為的影響35-38
• 2.3.3 無(wú)機(jī)離子對(duì)碳酸鈣結(jié)垢行為影響的響應(yīng)面分析38-43
• 2.3.4 有機(jī)物對(duì)碳酸鈣結(jié)垢的影響43-46
• 2.3.5 溫度對(duì)碳酸鈣結(jié)垢的影響46-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 第三章 緩蝕阻垢劑的合成與混合配方優(yōu)化49-71
• 3.1 引言49
• 3.2 實(shí)驗(yàn)49-52
• 3.2.1 試劑與儀器49-50
• 3.2.2 低分子量HPMA的合成50-51
• 3.2.3 三組分混合阻垢劑配方優(yōu)化51
• 3.2.4 靜態(tài)阻垢性能的測(cè)定51-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-69
• 3.3.1 引發(fā)劑用量對(duì)合成HPMA阻垢性能的影響52
• 3.3.2 合成HPMA性能與市場(chǎng)購(gòu)買HPMA性能比較52-53
• 3.3.3 合成HPMA分子量表征53-54
• 3.3.4 低分子量HPMA紅外光譜表征54
• 3.3.5 合成HPMA與HEDP、PAA混合配方優(yōu)化54-60
• 3.3.6 合成HPMA與ATMP、PAA混合配方優(yōu)化60-64
• 3.3.7 合成HPMA與PBTCA、PAA混合配方優(yōu)化64-69
• 3.4 本章小結(jié)69-71
• 第四章 合成HPMA及優(yōu)化配方阻垢性能及機(jī)理71-89
• 4.1 引言71
• 4.2 實(shí)驗(yàn)與方法71-75
• 4.2.1 試劑與儀器71-72
• 4.2.2 靜態(tài)阻垢性能評(píng)價(jià)72
• 4.2.3 動(dòng)態(tài)阻垢性能評(píng)價(jià)72-74
• 4.2.4 碳酸鈣垢晶體晶型組成分析74-75
• 4.2.5 碳酸鈣垢晶體微觀形貌分析75
• 4.2.6 碳酸鈣垢紅外光譜分析75
• 4.3 結(jié)果與討論75-87
• 4.3.1 合成HPMA及優(yōu)化配方靜態(tài)阻垢性能75-77
• 4.3.2 靜態(tài)沉淀碳酸鈣顆粒微觀形貌分析77
• 4.3.3 靜態(tài)沉淀碳酸鈣晶型分析77-79
• 4.3.4 溫度對(duì)靜態(tài)阻垢性能的影響79
• 4.3.5 合成HPMA及優(yōu)化配方動(dòng)態(tài)阻垢性能79-81
• 4.3.6 試片表面碳酸鈣結(jié)垢微觀形貌分析81-82
• 4.3.7 試片表面碳酸鈣結(jié)垢紅外光譜分析82-83
• 4.3.8 試片表面碳酸鈣結(jié)垢X-射線衍射分析83-84
• 4.3.9 聚羧酸類與有機(jī)膦類緩蝕阻垢劑協(xié)同作用機(jī)理84-87
• 4.4 本章小結(jié)87-89
• 第五章 合成HPMA及優(yōu)化配方緩蝕性能與機(jī)理89-105
• 5.1 引言89
• 5.2 實(shí)驗(yàn)與方法89-94
• 5.2.1 試劑與儀器89-90
• 5.2.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕測(cè)試裝置和方法90-93
• 5.2.3 電化學(xué)動(dòng)電位掃描93
• 5.2.4 電化學(xué)交流阻抗譜掃描93
• 5.2.5 電化學(xué)阻抗譜擬合93-94
• 5.3 結(jié)果與討論94-104
• 5.3.1 合成HPMA與優(yōu)化配方緩蝕性能94-95
• 5.3.2 溫度對(duì)緩蝕性能的影響95-96
• 5.3.3 濃縮倍數(shù)對(duì)緩蝕性能的影響96
• 5.3.4 動(dòng)電位極化曲線分析96-99
• 5.3.5 交流阻抗譜分析99-104
• 5.4 本章小結(jié)104-105
• 第六章 結(jié)論與展望105-107
• 參考文獻(xiàn)107-124
• 致謝124-125
• 附錄125-126

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降低焦化廢水COD_(cr)含量的新思路    劉民;翟瑞津;王耀臣;劉建迅;張純龍王;

馬鋼煤焦化公司 新區(qū)生化出水指標(biāo)改善    沈江紅　鄒威

廢水是怎樣變成“肥水”的    本報(bào)記者 王樂(lè)意

大投入 多創(chuàng)新    張翠玉　王國(guó)卿

太原煤氣化第二焦化廠環(huán)保工作再上新臺(tái)階    孔祥寶　郭文正

天脊煤化工公司狠抓治污提前實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放    本報(bào)記者 王永海 本報(bào)通訊員 胡早

石焦集團(tuán)邁向綠色健康清潔企業(yè)    通訊員 張文靜田淼 記者 賈芳

造紙工業(yè)廢水生化處理的設(shè)計(jì)    廣州中環(huán)萬(wàn)代環(huán)境工程有限公司 丘治平

太原煤氣化第二焦化廠環(huán)保工作再上新臺(tái)階    孔祥寶 郭文正

淺析建筑排水小型污水處理    陜西秦吉建設(shè)有限責(zé)任公司 程靖雄

基于臭氧氧化的印染廢水生化出水深度處理組合工藝及有機(jī)物去除行為研究    錢飛躍

城市污水生化處理出水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中緩蝕阻垢實(shí)驗(yàn)研究    申戰(zhàn)輝

稠油污水回用于熱采鍋爐處理技術(shù)研究    王海峰

膜生物反應(yīng)器深度處理堿法草漿中段廢水研究    季明

西安濕地資源及人工濕地污水處理研究    劉宏斌

兼性生化—局部充氧波形潛流人工濕地處理分散污水工藝研究    任擁政

復(fù)合陰離子改性鐵鹽絮凝劑處理稠油石化污水研究    李立君

復(fù)合陰離子改性鐵鹽絮凝劑處理稠油石化污水研究    李立君

納濾—厭氧氨氧化—高級(jí)氧化工藝深度處理干法腈綸廢水研究    安鵬

酶電催化與多相電Fenton處理難降解有機(jī)物的研究    李海濤

活性炭吸附對(duì)印染廢水生化出水中各類有機(jī)物去除特性研究    李欣玨

印染廢水生化出水中各類溶解性有機(jī)污染物在混凝過(guò)程中的去除行為研究    李暮

化學(xué)氧化法對(duì)印染廢水生化出水中不同有機(jī)物的去除特性研究    李新

鐵炭法及UV/TiO_2氧化法處理印染廢水生化出水技術(shù)研究    陳志錚

腈綸廢水生化出水的深度處理方法研究    王明明

垃圾瀝濾液生化出水的電化學(xué)處理及環(huán)境醫(yī)學(xué)評(píng)價(jià)    陳波

碳納米管修飾電極對(duì)生化出水的降解研究    孫舒婧

麥草制漿造紙廢水二級(jí)生化出水臭氧氧化試驗(yàn)研究    郝甜利

焦化廠廢水深度處理及回用的中試研究    王孝勤

污水廠出水回用于污泥焚燒煙氣凈化的試驗(yàn)研究    劉風(fēng)