聚環氧琥珀酸（PESA）對高硬度廢水生物處理系統的作用

摘要：通過在活性污泥法處理高硬度廢水的實驗過程中加入綠色安全型阻垢劑聚環氧琥珀酸（PESA），對于COD在100～300 mg/L，Ca2+濃度在110～280 mg/L的高硬度廢水，研究活性污泥系統的沉降性能、COD去除率、Ca2+保留率、生物相變化規律以及污泥減量化效果。結果表明，加入PESA的活性污泥反應器MLSS值低于普通活性污泥反應器，明顯減少了污泥中無機組分的含量、鈣泥的產出量，減量化程度達到41.33%，從而達到鈣質廢水處理中污泥減量化的目的；COD去除率能夠達到90%以上，Ca2+保留率達到80%以上；PESA的加入抑制了部分鈣鹽在活性污泥表面的沉積，保持了活性污泥的良好生物活性；系統耐高硬度水沖擊負荷能力增強；

關鍵詞：阻垢劑；高硬度；活性污泥法；污泥減量化

中圖分類號：X703.1

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764（2013）03-0121-05

Performance of Polyepoxysuccinic Acid（PESA） in the Biological

Treatment of High Hardness Wastewater

Zhao Kai1，Kong Xiuqin1，Xing Chunxia1， Deng Aiyun1

（1.College of Petrochemical Engineering，Lanzhou University of Technology， Lanzhou 730050， P.R.China；

2.Blue-star cleaning Co.，LTD in Lanzhou ，Lanzhou 730050， P.R.China）

Abstract：The settling property， COD removal rate， Ca2+ retention rate， variations of biofacies and the effect of sludge reduction of the high hardness wastewater of the activated sludge process by adding green and safe scale inhibitor PESA （Polyepoxysuccinic Acid） during the experiment have been studied for the COD was 100～300 mg/L， calcium concentration was 110～280 mg/L of the high hardness of wastewater. The results show that MLSS was less than the ordinary activated sludge reactor， the content of the inorganic substrate in activated sludge was significantly reduced and resulted in the decrease of calcium activated sludge putout， the reduction reached to 41.33%， The purpose of calcium wastewater treatment sludge reduction was achieved.The COD removal rate of PESA activated sludge reactor reached above 90%， the Ca2+ retention rate reached above 80%. PESA inhibits the sedimentation of a part of calcium salt in activated sludge surface， bioactivity was kept well， and in this concentration range， indicative microbial were able to grow and reproduce. The ability to resist impact load has been enhanced in high hardness water， sludge age extension.

Key words：

scale inhibitor；high hardness；activated sludge process；sludge reduction

在化工、制藥、燃料的生產過程中，產生的廢水除含有高濃度的有機物外，還含有高濃度的鹽類物質[1-3]。利用活性污泥法處理高硬度廢水，產生含有大量鈣渣的污泥，污泥排放量巨大，同時由于鈣質對生物傳質的影響，造成污泥活性低、泥齡短，從而換泥頻繁。例如，明膠工業廢水一直是污染治理的難題[4]。

目前，采用馴化活性污泥法處理高硬度廢水的研究雖有報道，但是大多數研究者只是單純的考慮鹽度即Cl-濃度對活性污泥法處理效果的影響[5-8]，而實際廢水中含有的高濃度的Ca2+與污泥活性的相互影響不可忽略[9]。鈣鹽在活性污泥表面的不斷沉積，會使活性污泥逐漸喪失活性，產生大量的鈣質污泥，難于處理處置。阻垢劑是指具有能分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶性無機鹽在金屬表面的沉淀、結垢功能，并維持金屬設備有良好的傳熱效果的一類藥劑[10-11]。

本文主要研究綠色安全型阻垢劑聚環氧琥珀酸（PESA）[12-13]對活性污泥法處理高硬度廢水的影響，討論在加入阻垢劑的情況下，活性污泥法能耐受的最高Ca2+濃度，廢水處理效果，同時對污泥的沉降性能，生物相變化規律以及污泥減量化效果進行了探討。

1材料與方法

1.1廢水水質

廢水來自某明膠廠浸酸工藝與浸灰工藝后的混合廢水，其COD≈2 500 mg/L，[Ca2+]≈1.25 g/L，由于其pH>10，呈強堿性，不適合活性污泥中的微生物生長，所以用50% HCl溶液調pH至8左右，通過與自來水進行稀釋配比，調整后使進水水質COD在100～300 mg/L，[Ca2+]在110～280 mg/L作為進水水樣。

1.2主要測試儀器

SVI：30 min沉降體積比；MLSS：重量法；CODcr：采用標準重鉻酸鉀法[14]；[Ca2+]采用標準EDTA法；pH值：使用杭州奧利龍儀器有限公司PHS-3C型酸度計；溶解氧：采用上海精密科學儀器有限公司JPB-607A型便攜式溶解氧儀測定；濁度：采用HACH 2100AN濁度儀測定；微生物鏡檢：采用北京泰克有限公司XSJ-HS型電腦顯微鏡。

1.3實驗裝置與運行參數

實驗在2L SBR反應器中進行，其中活性污泥400 mL。實驗的一個周期為24 h，分為5個階段，即進水、曝氣、沉淀、排水排泥及閑置階段，其中曝氣時間為22 h，沉淀30 min之后出水。因為要考察污泥增殖情況從而確定是否有污泥減量化效果，所以反應器在運行期間不排泥。

1.4工藝流程圖（圖1）

1.5活性污泥及阻垢劑來源

1.5.1活性污泥來源選用蘭州市安寧七里河污水處理廠曝氣池污泥作為接種液，進行悶曝培養。

1.5.2阻垢劑來源以及投加量阻垢劑聚環氧琥珀酸（PESA）由蘭州市藍星清洗有限公司提供。阻垢劑的投加量在馴化過程中進行了多次單因素實驗，且考慮到生物反應器的適宜pH，最終確定了阻垢劑與進水鈣離子的投加比例為1∶200（mL/mg），按照這一投加比例，試驗中根據進水鈣離子濃度的改變調整PESA的投加量。

1.6實驗方法

設置2個2 L的SBR反應器，其中一個加入阻垢劑PESA，另外一個不加入阻垢劑進行空白實驗對照。反應器在接種活性污泥后，采用逐步變化進水COD和[Ca2+]的方法，研究阻垢劑對活性污泥反應器處理廢水效果、活性污泥的沉降性能、阻垢效果、生物相變化規律以及污泥減量程度。

2結果討論

2.1污泥理化性質的變化

2.1.1污泥的形態結構的變化當進水廢水指標鈣離子濃度為101.38 mg/L，COD為93.95 mg/L時，活性污泥反應器進入實驗初期，2個反應器中的活性污泥均呈灰褐色，絮體結構明顯，污泥活性良好；隨著[Ca2+]逐漸升高，2個反應器中的活性污泥均由灰褐色逐漸變為黃褐色；當Ca2+濃度逐漸升高到280 mg/L時，空白反應器中的活性污泥在2～3個周期內由黃褐色變為乳白色，而加入PESA的反應器中的活性污泥則沒有上述現象，污泥活性保持良好，絮體結構明顯。但將進水Ca2+濃度上調至大于280 mg/L時，加入PESA的反應器也出現了污泥變白鈣化的現象，分析原因是由于進水Ca2+濃度的增大，超過了PESA的阻垢作用，呈過飽和狀態，導致活性污泥中無機灰分驟然增多，從而使活性污泥顏色和沉降性能發生較大的變化。圖2為加入PESA的反應器在進水Ca2+濃度為280 mg/L臨界點上下的活性污泥鏡檢對比圖片。

實驗后期28 d左右，空白反應器中的活性污泥在一個周期內解體，產生大量泡沫，污泥大量流失。對比加入PESA的反應器，污泥出現鈣化現象，但將PESA投加量提高到2.0 mL后，反應器中附著在活性污泥上的鈣鹽能夠被PESA溶解到溶液中，使活性污泥恢復良好的活性，同時恢復較高的COD去除率。這說明PESA的加入使活性污泥處理系統對高硬度廢水沖擊負荷能力增強。

2.1.2活性污泥中生物相的變化在逐步提升Ca2+濃度的過程中，活性污泥中的生物相也發生了變化，最為明顯的是指示性微生物的變化，當[Ca2+]>280 mg/L，如鐘蟲，累枝蟲，楯纖蟲等指示性微生物相繼死亡，絲狀菌數量也在減少，最后消失，以PESA反應器為例（見圖3）。

從圖4中可以看出，隨著運行天數的增加，2個反應器中的活性污泥MLSS值均呈增加趨勢。其中第10～14 d，調整Ca2+濃度為281.7 mg/L，PESA投加比例也相應增加到1.4 mL時，PESA反應器MLSS下降到5 000 mg/L，污泥損失較為嚴重，鈣化現象也較嚴重，說明PESA與進水Ca2+在1∶200（mL/mg）的投加比例下，有一個Ca2+適用范圍，為小于280 mg/L。

但是整個運行過程中PESA反應器污泥濃度一直低于空白反應器，通過計算污泥增值速率可知，2個反應器的污泥增殖速率分別為PESA反應器169.23 mg/d和空白反應器288.46 mg/d，這說明投加PESA具有污泥減量化效果，減量化程度在41.33%。

2.1.4污泥SVI的變化實驗過程中，2個反應器對應的SVI值如圖5所示。

從圖5中可以看出，隨著運行天數的增加，污泥的SVI由最初的50 mL/g左右逐步下降至20 mL/g左右，由于Ca2+濃度的變化，SVI總體呈下降趨勢。這是由于進水中Ca2+濃度較大，使污泥中無機組分不斷增加，污泥的重量增大，使活性污泥系統具有較高的壓縮性，使得SVI值不斷減小，沉降速度加快。2個對照反應器SVI變化趨勢基本相似，說明PESA的投加不對污泥沉降效果造成影響。

2.2處理效果的變化

2.2.1COD去除率的變化 實驗過程中，2個反應器對應的COD去除率如圖6所示。

在第5～14 d的運行期內，Ca2+濃度逐步從101.38 mg/L增加到396.8 mg/L，PESA投加量按照1∶200 mL/mg的比例同步提升，從0.5 mL提升至2.0 mL，發現2個反應器的COD去除率均呈下降趨勢，在之后第14～22 d運行期內，保持PESA投加量為2.0 mL，逐步減低Ca2+濃度，發現COD去除率又呈上升趨勢。

試驗結果說明Ca2+濃度不高于280 mg/L的高硬度廢水在采用活性污泥法處理時，處理效果可達到90%以上，而PESA的加入對活性污泥法處理廢水的去除效率沒有影響。

2.2.2Ca2+保留率的變化將進出水的Ca2+測定結果記錄下來，計算Ca2+保留率，表示阻垢劑的阻垢效果，公式如下：

實驗過程中，2個反應器對應的Ca2+保留率如圖7所示。

從圖7可以看出，在第3～14 d的運行期內，Ca2+濃度逐步從101.38 mg/L增加到396.8 mg/L，PESA投加量按照1∶200（mL/mg）的比例同步提升，從0.5 mL提升至2.0 mL，發現2個反應器的Ca2+保留率均呈下降趨勢，在之后第14～17 d運行期內，保持PESA反應器的阻垢劑的投加量為2.0 mL，逐步減低Ca2+濃度，發現Ca2+保留率又呈上升趨勢。

空白試驗結果說明活性污泥法處理高硬度廢水，Ca2+濃度為280 mg/L是鈣鹽析出的一個臨界飽和點。

與空白反應器相比較，加入PESA的反應器也呈現出臨界飽和點的特點，但Ca2+保留率在整體上要遠遠高于空白反應器。在進水Ca2+濃度小于280 mg/L的條件時，Ca2+保留率增加了18.32%，說明PESA的投加在分散鈣離子沉積方面的效果是明顯的。

3結論

1）PESA的加入具有污泥減量化的效果，減量化程度在41.33%，并且不對污泥沉降效果造成影響。

2）Ca2+濃度不高于280 mg/L的高硬度廢水在采用活性污泥法處理時，COD去除率達到90%以上，而PESA的加入對活性污泥法處理廢水的去除效率沒有影響。

3）PESA的加入使Ca2+保留率比空白反應器增加18.32%，Ca2+保留率達到80%以上，說明PESA的投加在分散鈣離子沉積方面是有效的。

4）PESA的加入使活性污泥處理系統對高硬度廢水沖擊負荷能力增強。

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