高密度和微涡反应器的原理、功能、优劣、特点和应用
微波反应器11

②微波常压反应器:
为了使微波技术应用于常压有机合成反应,1991,Ajay K. Bose等人对微波常压 技术进行了尝试,在一个长颈锥形瓶 内放置反应的化合物及溶剂,在锥形瓶的上端盖一个表面皿, 将反应体系放入微波炉内,开启微波,控制微波辐射能量的大 小,使反应体系的温度缓慢上升。利用这一反应装置成功地 进行了阿司匹林中间产物的合成。 1990 年 ,D.M ichael P. Mingos 等人对家用微波炉进行改造,在炉壁上开一个小孔, 通过小孔使微波炉内反应器与炉外的冷凝回流系统相接,微 波快速加热时,溶液在这种反应装置中能够安全回流。利用 该装置成功地合成了RuCl2 (PPh) 3等一系列金属有机化合 物。1992年,国内刘福安等对 Mingos 的常压系统进行了改 进,改造后的反应装置既有回 流系统,又有搅拌和滴加系统, 能够满足一般有机合成的要求,是微波有机合成较为完备的 反应装置。常压反应技术所采用的装置并不复杂,而且满足 了大多数反应的条件,它的操作也较简单,所以得到了较为广 泛的应用。
①微波密闭反应器:
1991年,D. Michael P.Mingos等设计了可以调 节反应釜内压力的密封罐式反应器 , 它可以有效控 制反应体系的压力,从而达到控制温度的目的 ,但它 只能粗略的控温。 1992年,Kevin D. Raner等将计算机应用在反 映温度的监测上。 1995 年, Kevin D. Raner等又发展了密闭体系 下的微波间歇反应器(MBR) ,该装置容量可达 200ml ,操作温度可达到260℃,压力可达到10MPa , 微波输出功率为1. 2KW ,具有快速加热能力。实现 了对微波功率的无极调控,吸收和反 射微波能的测 量,负载匹配设计达到了最大的热效率 ,可直接测量 反应体系的温度和压力。
浅谈微反应器的特点及应用

科技资讯 2010 NO.24
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并获得了较高的产率,转化率达99%,产率 73%。利 用 微 反 应 器 也 最 大u限度地减小了 氟 化 反 应 中 F2和 HF的 用 量 ,使 得 反 应 能 比 较安全地进行(图3)。
(3)重 氦 环 化 反 应 。重 氮 环 化 反 应 与 硝 化 和 氟 化 反 应 相 似 ,通 常 伴 有 强 放 热 现 象 , 有 时 还 释 放 出 大 量 N2, 带 来 严 重 的 危 险 性 。 最近,Zhang和同伴将微反应器技术应用于 重 氮 环 化 反 应,以 提 高 产 率 和 安 全 性 。在常 规装置中,-25℃时该反应产率达到90%, 但重氮化合物的加入易导致反应温度迅速 上 升 到 45℃ ,并 有 氮 气 生 成 ,反 应 放 热 剧 烈,一旦温度控制不好,就会短时间释放大 量 氮 气 而 引 起 冒 料 。Z h an g 等 人 直 接 将 小 试 条 件 应 用 到 微 反 应 器 ,通 过 快 速 传 热 防 止 了 危 险 的 发 生,同 时 减 少 了 副 产 物 生 成 。反 应 1.8min,产 率 达 89% ,而 且 以91g/h的 速 度 合 成 了 产 品 ,收 率 与 小 试 收 率 几 乎 一 致 。
图2
速 传 热 并 保 持 恒 温 ;而 且 微 反 应 器 能 提 供
快速混合,能及时导出热量,反应温度可实
现精确控制,因此消除了局部过热,显著提
高 反 应 的 收 率 和 选 择 性 。所 以 将 微 反 应 器
和 强 放 热 反 应 结 合 起 来 ,可 以 减 小 生 产 危
险 性 、减 少 副 产 物 并 提 高 生 产 效 率 。下 面 介
微波催化反应器

微波催化反应器微波催化反应器是一种利用微波辐射作为能量源的催化反应设备。
它在化学合成、有机合成、催化反应等领域具有广泛的应用。
本文将从微波催化反应器的原理、优势和应用等方面进行探讨。
一、微波催化反应器的原理微波催化反应器利用微波辐射作为能量源,通过电磁波在物质中引起分子振动和转动,从而加速化学反应的进行。
微波辐射能够迅速加热反应体系,使反应速率大幅提高。
微波催化反应器通常由微波发生器、反应腔和催化剂组成。
微波发生器产生微波辐射,通过反应腔将微波能量传递给反应物。
催化剂在微波辐射下起到催化作用,加速反应的进行。
1. 快速加热:微波辐射能够快速加热反应物,大幅缩短反应时间,提高反应效率。
2. 均匀加热:微波辐射能够均匀加热反应体系,避免了传统加热方式中产生的温度梯度,提高了反应的选择性和收率。
3. 节能环保:微波催化反应器可以在低温下进行反应,减少能量消耗,降低环境污染。
4. 可控性强:微波催化反应器可以根据需要调节微波功率和反应时间,实现对反应的精确控制。
三、微波催化反应器的应用1. 有机合成:微波催化反应器在有机合成中具有广泛应用。
它可以加速有机反应的进行,提高产率和收率。
同时,微波催化反应器还可以在温和条件下进行反应,减少副反应的发生。
2. 化学合成:微波催化反应器在化学合成中也有重要的应用。
它可以加速化学反应的进行,降低反应温度,提高反应效率。
微波催化反应器还可以在无溶剂条件下进行反应,减少废液的产生。
3. 催化反应:微波催化反应器在催化反应中具有显著的优势。
微波辐射能够提供高效的能量源,加速催化反应的进行。
微波催化反应器还可以实现对反应的精确控制,提高催化反应的选择性和效率。
四、微波催化反应器的发展趋势微波催化反应器在化学领域的应用前景十分广阔。
随着科学技术的不断进步,微波催化反应器也在不断改进和完善。
未来的微波催化反应器可能会更加智能化,能够实现对反应过程的实时监控和调节。
同时,微波催化反应器还可能与其他技术相结合,实现更高效的反应体系。
浅述微涡流反应器

浅述微涡流反应器1 引言给水处理影响出水水质的因数众多,混凝是最重要的过程也是最难管理的一个环节。
水力絮凝工艺主要有隔板工艺、折板工艺、网格工艺和微涡流工艺。
如表1所示,微涡流工艺具有效率高,且具有安装简单、施工周期短等优点,更重要的是,微涡流工艺反应时间短,在保证处理效果的前提下,不仅可以增大处理能力,还可以降低药耗。
2 涡流反应器2.1涡流反应器构造特点及优点微涡流混凝工艺的核心是涡流反应器,其构造特点是:①空心球形结构,直径根据工艺需要确定,内外表面均打毛;②表面开有小孔,孔径和开孔率根据工艺需要确定;③采用ABS塑料材料,容重略大于水,壁厚由结构强度设计确定。
其优点是:①反应时间短,微涡流反应时间紧为6~9min,是传统工艺1/3~1/2;②絮凝效率高,絮体质量高,有利于提高沉淀效率;③对水质、水量适应能力强;④在出水水质稳定,出水量相同的情况下,较其他工艺减少絮凝剂用量;⑤无方向性,直接投入水中使用,相互堆积不堵塞壁孔,不需要固定安装;⑥可根据进水水质及工艺需求确定反应器的开孔率和开孔孔径;⑦由于反复穿过反应器小孔,水流中会形成大量微小的涡旋;⑧水流冲击作用下,反应器会发生微小旋转,有利于避免积泥现象的出现,也不易被漂浮物堵塞;⑨材料强度好,无毒性,耐腐蚀,抗老化,使用寿命长;⑩工厂化批量注塑生产,改造工程施工期短。
2.2 涡流反应器原理凝聚效果的好坏取决于水中胶体脱稳的程度和碰撞的机率。
脱稳的程度主要是涉及到最佳投药量问题,碰撞的机率则主要是涉及到水力条件问题。
良好的水力条件对于混凝效果是极其重要的。
它要求水流有适当的紊动程度,为细小的矾花创造最好的相碰接触机会和吸附条件,并防止较大的矾花下沉,同时还要防止已形成的絮凝体破碎。
微涡流絮凝器充分考虑到影响混凝效果的各种水力内在要素,为混凝创造出较优的水力条件,使混凝达到较优的效果。
涡流反应器外形为空心球体,其反应主要原理就是微涡流凝聚,立体接触絮凝。
微涡流絮凝反应器设计原理

微涡流絮凝反应器设计原理微涡流絮凝反应器是一种用于液相混合反应的装置,其设计原理基于微涡流技术。
微涡流技术是一种通过引入微观尺度的涡流场来增强反应的传质和传热效果的方法。
微涡流絮凝反应器利用微涡流技术来提高反应效率和产品质量。
微涡流絮凝反应器的设计原理主要包括两个方面,即微涡流的产生和絮凝反应的进行。
微涡流的产生是通过合理设计反应器的结构来实现的。
在微涡流絮凝反应器内部,通常有多个切向进口,用来引入反应物和溶剂。
这些切向进口会在反应器内部形成旋涡流场,从而产生微涡流。
同时,反应器内部还有一系列的结构设计,如螺旋状结构、分层结构等,用来增加涡流的强度和稳定性。
这些结构的合理设计可以使微涡流得到有效增强,从而提高反应的传质和传热效果。
微涡流絮凝反应器的设计原理还包括絮凝反应的进行。
絮凝是指将微小的悬浮颗粒聚集成较大颗粒的过程。
在微涡流絮凝反应器中,反应物通常是以溶液的形式存在,其中含有微小的悬浮颗粒。
这些微小的悬浮颗粒在微涡流的作用下,会发生聚集和沉降,从而形成较大的絮凝体。
絮凝的过程主要受到两种力的作用,即聚集力和分散力。
聚集力会使颗粒聚集在一起,形成絮凝体,而分散力则会使颗粒分散开来。
微涡流絮凝反应器利用微涡流的流场来增强聚集力,并抑制分散力的作用,从而促进絮凝反应的进行。
通过合理设计微涡流絮凝反应器的结构和调控微涡流的流场,可以实现反应物的快速混合和絮凝反应的高效进行。
微涡流技术可以大大提高反应的传质和传热效果,从而提高反应速率和产品质量。
此外,微涡流絮凝反应器还具有体积小、能耗低、操作简便等优点,适用于多种液相混合反应的领域。
微涡流絮凝反应器的设计原理基于微涡流技术,通过合理设计反应器的结构和调控微涡流的流场来实现反应物的快速混合和絮凝反应的高效进行。
微涡流技术可以大大提高反应的传质和传热效果,从而提高反应速率和产品质量。
微涡流絮凝反应器具有广泛的应用前景,将在化工、生物工程、环境工程等领域发挥重要作用。
微型反应器的开发与应用

微型反应器的开发与应用随着化学工业的发展,反应器也逐渐走向微型化。
微型反应器不仅具有较小的体积和重量,而且还具有快速的反应速度、高效的催化和节能降耗的特点。
本文将从微型反应器的概念、研发历程、应用领域以及未来发展趋势等方面展开论述。
一、微型反应器的概念微型反应器,是指反应器的体积在微米级别或亚微米级别,表面积在平方微米级别。
相比于传统的大型反应器,微型反应器具有更高的单位体积反应效率,更大的表面积/体积比,更快的流动速度等特点。
微型反应器一般采用纳米结构材料制造,可以制成管式、平板式、球形、光直径大于10微米的斜空结构等多种形式。
二、微型反应器的研发历程微型反应器的开发始于20世纪80年代后期,最初用于生物化学领域中,随后应用范围逐渐扩大到化学、工业等多个领域。
20世纪90年代初期,美国贝尔实验室首次报道了用于制造微型电路的光刻工艺,为微型反应器的发展提供了技术支持。
随后,许多研究机构和企业相继投入到微型反应器的研发中,涌现出许多微型反应器的设计模型和制造方法。
三、微型反应器的应用领域微型反应器的应用体系非常广泛,目前主要应用于化学、制药、化工、能源、电子等多个领域。
1. 化学领域:微型反应器在化学领域中应用较多,包括有机合成反应、催化反应、氧化还原反应和聚合反应等。
由于微型反应器具有高效、快速等优点,适用于各种化学反应,具有很大的潜力和前景。
2. 制药领域:微型反应器已经成为制药领域的重要技术和资源,主要应用于药物合成、药物筛选、药物制剂等方面。
微型反应器可以实现高密度小批量制药,提高仿制药和生物药的质量,加快药物的研发速度和降低成本。
3. 化工领域:微型反应器在化工领域中同样具有广泛应用,主要用于烷基化、烷基苯醚化等有机化学反应。
相比于传统的化工生产,微型反应器不仅可以节约能源,而且还能降低生产过程中的污染排放。
此外,微型反应器可以满足对产品质量和化工过程条件的高要求。
4. 石油天然气领域:微型反应器在石油和天然气领域也有广泛应用,包括不同类型催化剂的制备、页岩气的提取和转化等。
微反应器在化学合成中的应用研究

微反应器在化学合成中的应用研究一、微反应器的定义和特点微反应器是一种用微流体技术制造的小型化反应器,通常只有微米至毫米的尺寸。
与传统宏观反应器相比,微反应器具有以下特点:反应条件易于控制,反应速率较快,反应转化率较高,废液减少,环保性能好,节约能源和原材料等优点。
二、微反应器在化学合成中的应用1.有机合成方面在有机合成中,微反应器可以被广泛应用。
由于微反应器的小体积和高表面积/体积比,使得反应物质的扩散速度非常快,反应速率得到了大大的提升。
同时,由于微反应器反应条件易于控制,可以通过微量反应实现结构复杂化合物的合成。
2.生物学研究微流控反应器也可以在生物学研究领域中发挥作用。
由于微反应器能够在短时间内处理大量的生物样本,因此可以在单个芯片上进行多种生物实验,从而大大简化实验过程,节省时间和成本。
3.温度控制微反应器可以根据需要进行温度控制,可以快速升温或降温,温度控制范围越来越广。
高宽比为1:1的微反应器可以利用红外线或激光进行局部加热,从而实现反应温度的控制。
4.反应物质注入微反应器也可以用于反应物质注入。
由于微反应器的小体积,反应物的注入可以在几微升到楼文升级别的数量级。
并且,可以通过流动的方式注入反应物质,避免反应物质的不均匀混合,确保反应的稳定性。
5.催化剂的使用微反应器也可以用于催化剂的使用。
由于微反应器的小体积和高表面积/体积比,可以以低浓度使用催化剂,从而提高了反应速率和利用率。
6.反应中间体的稳定由于微反应器可以提供非常高的物质流动,反应中间体的积累减少,从而稳定中间体的化学性质,避免中间体分解或转化为其他物质。
三、微反应器与传统反应器的比较传统的宏观反应器在反应体系混合程度方面存在着一定的问题,而微反应器通过小型化和微流体控制的方式可以实现反应体系精确的控制。
与传统反应器相比,微反应器在反应速率和反应效果方面有着极大的优势。
传统反应器的宏观尺寸使得反应体积较大,且反应物质的混合程度有限,还容易因为温度和混合问题导致反应物质的浪费,从而增加了反应成本。
微反应器对化学反应剖析的应用与研究

微反应器对化学反应剖析的应用与研究化学反应是指物质之间发生的物化变化过程,化学反应是形成和改变一切物质的基本手段。
化学反应在生产、生活和科学研究中都有着广泛的应用。
如何更好地理解化学反应的机理和过程,是一直以来化学领域的研究重点之一。
随着微纳技术的发展,微反应器成为了一种研究化学反应机制和过程的新工具,广泛应用于化学反应动力学、反应中间体的探测和表征,以及药物的制备等领域。
一、微反应器的概念及应用微反应器是指尺寸在微米至毫米级别的反应器,在微结构和微流体技术的支持下,通过微流体控制技术实现了反应器的微型化和对反应底物及催化剂的微量控制。
由于微反应器具有体积小、传质速度快、反应效率高等特点,因此被广泛应用于化学反应、生物反应、能源转化等领域。
此外,微反应器还因其体积小、反应时间短、高效瞬时混合等特点,也被广泛应用于药物研发和制备中。
二、微反应器的工作原理微反应器的工作原理主要是基于微流动技术和微结构技术。
微流动技术是指在微米至毫米的尺度范围内,借助于微流体科学的相关理论和实验技术,对流体的性质、行为和控制进行研究和应用的一项学科。
微流动技术的主要特点在于借助于微米级别的空间尺度和微结构控制,使流体在微通道中具有了球形形态、高传质速度和拉伸等特性,进而实现对反应条件的快速精准控制。
微反应器主要包括两种类型:基于注射的微反应器和基于混合的微反应器。
基于注射的微反应器是指在微流通道中,借助于微喷嘴、微输液泵等微机械结构,快速注射反应底物和催化剂,并通过微流体动力学和相界面传质等作用,在微通道内实现快速混合和化学反应。
基于混合的微反应器则是利用微流动技术实现不同流体流动的相遇和混合,进而实现反应条件的控制和化学反应。
三、微反应器的应用前景近年来,随着微纳技术的不断发展和化学领域的不断探索,微反应器已经成为了化学反应动力学和化学反应机制领域的研究热点之一。
微反应器极大地改变了传统化学反应的操作和研究方式,实现了化学反应的微小化和高效化,极大地提高了反应效率和质量,同时也能避免有毒有害物质大面积使用所带来的环境问题。
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1. 高密度反应器
1.1高密度反应器简介
高密度澄清技术是采用泥渣循环的高密度沉淀处理技术,适用于饮用水生产、污水处理、工业废水处理和污泥处理等领域。
每座高密度沉淀池工艺区域包括凝聚反应区、絮凝反应区、沉淀区、集水区、污泥循环设备、污泥排放设备等,各区域功能如下:
(1) 反应区
反应区分为两个部分:快速混凝搅拌反应池和慢速混凝搅拌反应池。
前者可以使反应池内水流均匀混合,并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能;后者可以产生扫粒絮凝以获得较大的絮状物,达到沉淀区内的快速沉淀。
(2) 预沉区/浓缩区
为避免冲碎已形成的较大絮状物,已形成的絮状物通过一个较宽的进水口流到沉淀区。
为取得更好的沉淀效果,可在沉淀区内设置异向流斜管,并在集水区内的每个集水槽底部设隔板,把斜管部分分成几个单独的水力区,保证斜管下面的水力平衡。
(3) 斜管分离区
在逆流式斜管沉淀区沉淀剩余的矶花。
通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分
布。
澄清水由一个集水槽系统回收。
絮凝物堆积在澄清池的下部,形成的污泥也在这部分区域浓缩,通过刮泥机将污泥收集起来,循环至反应池入口处,剩余污泥排放。
1.2高密度混凝机理
(1) 内筒循环和污泥回流产生均质的絮凝体和高密度的矶花
水流在内筒和外筒之间循环的独特设计,加大了絮体的水力停留时间;浓缩区上部的污
泥回流,增大了反应区中絮体颗粒的碰撞几率。
由此形成的高密度矶花具有优良的絮凝沉降
性能和良好的抗冲击性能。
(2) 推流式反应池至沉淀池之间的慢速传输
絮凝区和沉降区的平稳结合过渡,使絮凝后的水平稳慢速地进入沉降区,大部分絮体在
进入斜管前就已经沉降,通过斜管后可进一步降低浊度。
1.3高密度反应器工艺特点
(1) 独特的一体化反应区和水流内筒循环设计,提高了混凝效率。
⑵增加了污泥回流装置,提高了反
应区污泥的絮凝能力。
(3) 絮凝区与沉淀区分离且流速变化平缓,增大了污泥沉降几率。
根据半生产性试验,斜管区上升流速可达6mm/s,超过了斜管沉淀池和机加池,效果更好,占地更小。
(4) 抗冲击负荷能力强,对进水波动不敏感,可承受较大范围的流量变化,对难处理的低温低浊水也有相对较好的处理效果。
(5) 排放的污泥浓度高,系统药耗低。
(6) 絮凝区与沉淀区之间虽然增加了导流墙,但还存在配水不均匀现象,操作维护不当或进水性质波动太大时会影响出水水质。
2. 微涡反应器
2.1微涡反应器简介
微涡流混凝技术是在多相流动物系反应控制惯性效应理论基础上对传统反应沉淀技术进行改进而得,它涉及了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。
微涡反应器中的填料有空心网孔球、十字形扰流构件等,这些填料能在反应器内形成微
小的涡旋流动,促进水中微粒扩散,通过充分利用流体能量,增加脱稳胶粒碰撞几率,从而提高凝聚和絮凝效率。
2.2微涡流混凝机理
理论上,对湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝的动力学问题进行了深入的研究,提出了“惯性效应”是絮凝的动力学致因,湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素,并
建立了絮凝的动力相似准则;指出扩散过程应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过
程,而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应,特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。
2.2.1微涡流凝聚
凝聚的效率取决于水中胶体脱稳的程度和碰撞的几率,微涡反应器形成的微涡旋流动能
有效地促进水中微粒的扩散与碰撞。
一方面,混凝剂水解形成胶体在微涡流作用下快速扩散并与水中胶体充分碰撞,使水中
胶体快速脱稳;另一方面,水中脱稳胶体在微涡流作用下具有更多碰撞机会,因而具有更高的凝聚效率。
微涡流之所以能有效地促进水中微粒的扩散与碰撞,其原因有两个方面。
其一,涡流形成流
层之间较大的流速差,造成了流层中携带微粒的相对运动,从而增加了微粒的碰撞机率;其二,
涡流的旋转作用形成离心惯性力,造成微粒的沿旋涡径向运动,从而增加了微粒的碰撞机率。
此两
方面的作用都随涡流的尺寸减小而增大,微涡流是有利于凝聚的水力条件。
2.2.2 微涡流絮凝
微粒絮凝长大的过程是微粒接触与碰撞的过程。
絮凝效果的好坏取决于下面两个因素:一是混
凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力,这是由混凝剂的性质决定的;二是微小
颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞,这是由设备的动力学条件所决定的,而影响
絮凝效果的重要动力学致因就是微小涡旋的离心惯性效应。
微涡反应器中,涡旋越小,其惯性效应就越强,絮凝作用就越好;另外,成长过大的絮体在微
涡流的作用下会破碎成较小絮体从而保持絮凝能力 (絮体过大会使总表面积减小,吸附能力下
降) ,密实度较低的絮体在微涡流的作用下会破碎并重新絮凝成密实度较高的絮体,有利于沉淀分
离。
2.3 微涡反应器工艺特点
(1)对水质、水量变化适应能力强微涡流混凝工艺对水量变化的适应性能很强,因为其混凝的水力条
件不是主要依赖于水流的宏观速度,而是依赖亚微观涡流的形成,涡流的形成主要依赖于设备的水
力动力学条件。
微涡流混凝有利于高浊度水处理,因为微涡流有利于混凝剂的快速扩散,使之不易被高浊度
水中大量的杂质胶体包裹而失去活性,即使混凝剂被包裹形成絮体,在微涡流的作用下也容易破
碎,重新形成絮凝能力。
对低浊水,虽然水中胶体数量少,碰撞凝聚效率下降,但众多微小的涡旋能最大程度地增大
絮体,相对高效地去除水中胶体。
对低温水,只要选用合适的混凝剂,克服低温下混凝剂水解的困难,由于微涡流凝聚和接触
絮凝效率高,低温水处理相对不再困难。
(2) 混凝效率高
微涡流混凝工艺创造了高效率的凝聚和絮凝水力条件,其混凝效率大大优于传统混凝工艺,也
优于网格混凝工艺,反应时间可以缩短到5~8 分钟,这就意味着与传统工艺相比,产水量可以提
高1~2 倍,占地少,投资省。
(3) 出水质量优在投加相同混凝剂的情况下,微涡流混凝工艺所产生的絮体质量明显地优于传统工艺,具有很好的沉降性能。
(4) 实施简便
微涡流混凝工艺既适于新建水厂,也适于老水厂传统工艺的改造,它对池型及前后序工艺(混
合、沉淀)的衔接均无特殊要求。
对老水厂改造的施工简便,只要拆除反应池(区) 内原有设施并适当
分隔和安装涡流反应器支架,反应器直接投入池内即可使用。
(5) 运行稳定、药耗低
微涡流使混凝剂高效扩散,提高了混凝剂利用率,使微涡流混凝工艺的混凝剂消耗量明显低
于传统工艺。