綠色水處理劑聚環氧琥珀酸的研究

王志磊

(上海電氣集團國控環球工程有限公司，山西 太原 030000)

引 言

聚環氧琥珀酸是一種綠色水處理劑，易被降解，不含有磷、氧，有抗強堿特性，具備緩蝕功效，存在阻垢作用，在含堿較高、硬度較高水處理中比較適用[1]。在環保水處理過程中采用聚環氧琥珀酸，可減少廢水中污泥含量，達到綠色水處理目的，降低廢水帶來的危害，滿足環保要求。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

廢水材料源自山西省某明膠廠實行浸灰處理及浸酸處理后的高鈣離子含量明膠廢水，污泥取自山西省某污水處理廠中的曝氣池。進水化學需氧量維持在680.00 mg/L，加入氯化鈣調整二價鈣離子含量。

1.2 實驗裝置和實驗流程

實驗裝置是2個容積為1.60 L的序批式反應器，一個反應器記錄實驗組，一個反應器記錄對照組，活性污泥總量600.00 mL。一個實驗周期時長是12 h，一天兩個實驗周期，包含進水處理、曝氣處置(11 h)、沉淀處理(0.5 h)、排水及排泥處置、閑置，反應器實驗溫度維持25 ℃，溶解氧維持3.00 mg/L，進水pH維持在8.0[2]。

1.3 實驗階段

實驗階段一(培養期)：針對污泥實行廢水配制，維持二價鈣離子質量濃度是112.00 mg/L，培養時長維持一周。

實驗階段二(二價鈣離子馴化處置期)：依次加入112.00、412.00、712.00 mg/L二價鈣離子，將二價鈣離子質量濃度自112.00 mg/L提升至2 514.00 mg/L，污泥馴化處置及廢水處置一起開展，各梯度維持6個實驗周期，共實施24 d二價鈣離子馴化處置。

實驗階段三(聚環氧琥珀酸處置期)：完成實驗階段二之后，保持二價鈣離子質量濃度在2 514.00 mg/L，實驗組依次加入10.00、15.00、20.00、25.00、30.00、35.00、40.00、45.00、50.00、55.00 mg聚環氧琥珀酸，對照組未加入聚環氧琥珀酸，各梯度維持4個實驗周期，共實施23 d聚環氧琥珀酸處置，檢測出水化學需氧量清除率、污泥體積指數、出水鈣離子保留率和聚環氧琥珀酸阻垢率。出水化學需氧量清除率選擇重鉻酸鉀方法檢測，污泥體積指數選擇0.5 h沉降體積比方法檢測，出水鈣離子保留率選擇EDTA滴定方法檢測[3]。聚環氧琥珀酸阻垢率=(進水二價鈣離子含量-對照組出水二價鈣離子含量)/(實驗組出水二價鈣離子含量-對照組出水二價鈣離子含量)×100%[4]。

各實驗階段不同組別二價鈣離子含量、聚環氧琥珀酸含量及具體實驗時間如下：

實驗階段一：實驗組與對照組二價鈣離子質量濃度均為112 mg/L，具體實驗時間為1 d～7 d;

實驗階段二:：實驗組與對照組二價鈣離子質量濃度均已412 mg/L為基礎，二價鈣離子質量濃度每增加300 mg/L，具體實驗時間相應增加3 d，如二價鈣離子含量為412 mg/L，具體實驗時間為8 d～10 d，二價鈣離子含量為712 mg/L時，具體實驗時間為11 d～13 d,以此類推；

實驗階段三：實驗組與對照組二價鈣離子質量濃度均為2 512 mg/L，聚環氧琥珀酸質量濃度從10 mg/L開始，以5 mg/L遞增，具體實驗時間從32 d～34 d以2 d遞增。

2 結果及討論

2.1 出水化學需氧量清除結果

隨鈣離子含量提升，兩個組別出水化學需氧量清除率都逐漸降低，培養期出水化學需氧量清除率維持在92.50%，馴化處置早期出水化學需氧量清除率維持在83.24%，馴化處置晚期出水化學需氧量清除率維持在72.42%。隨聚環氧琥珀酸的加入及加量后，實驗組出水化學需氧量清除率增加，最后維持在80.00%，對照組出水化學需氧量清除率基本不變，維持70.27%。提示鈣離子對化學需氧量清除結果存在明顯干擾作用。

2.2 二價鈣離子、聚環氧琥珀酸對活性污泥具體沉降情況的干擾作用

培養期污泥體積指數基本無明顯改變，維持在45.00 mL/g～48.00 mL/g；二價鈣離子馴化處置期，兩個組別污泥體積指數都降低，完成二價鈣離子馴化處置后，污泥體積指數維持在18.00 mL/g。隨聚環氧琥珀酸加入及加量后，實驗組污泥體積指數提升，最后維持在28.00 mL/g，提示污泥活性獲得釋放，對照組污泥體積指數基本不變，維持在16.00 mL/g。不同時間點污泥體積指數詳情如圖1。

圖1 不同時間點污泥體積指數(SVI)

2.3 出水鈣離子保留結果

培養期出水二價鈣離子保留率基本無改變，維持在92.00%～95.00%，隨二價鈣離子含量提升，兩個組別出水二價鈣離子保留率都降低，二價鈣離子質量濃度為2 512.00 mg/L時，出水二價鈣離子保留率下降至78.00%。隨聚環氧琥珀酸加入及加量后，對照組出水二價鈣離子保留率基本無改變，仍大概保持在78.00%，實驗組出水二價鈣離子保留率提升至92.00%。

2.4 聚環氧琥珀酸阻垢結果

聚環氧琥珀酸加入量為10.00 mg時，阻垢率為15.00%，隨聚環氧琥珀酸加量，阻垢率逐漸提升，聚環氧琥珀酸加入量為45.00 mg時，阻垢率升至峰值59.00%。不同時間點聚環氧琥珀酸阻垢率詳情如圖2。

圖2 不同時間點聚環氧琥珀酸(PESA)阻垢率

3 實驗結論

鈣離子馴化處置時，出水化學需氧量清除率及污泥體積指數下降，提示二價鈣離子對反應體系中碳酸平衡存在干擾作用，生化反應合成二氧化碳，形成碳酸鹽，導致二價鈣離子形成碳酸鈣，且附在活性污泥上，進而增加污泥含量。

加入及加量聚環氧琥珀酸后，出水化學需氧量清除率、污泥體積指數、出水二價鈣離子保留率提升，提示聚環氧琥珀酸和二價鈣離子出現螯合反應，降低碳酸鈣的形成量，從而減少污泥含量。

聚環氧琥珀酸加量后，阻垢率提升，但存在峰值，提示聚環氧琥珀酸分散作用存在閥值。

4 結語

聚環氧琥珀酸作為綠色水處理劑，存在良好阻垢及緩蝕作用，當前研究進展表明，聚環氧琥珀酸在環保水處理領域逐漸被推廣使用，可運用于污泥處理、萃取重金屬、油田開發等。本文通過高鈣離子含量明膠廢水處理實驗，證實聚環氧琥珀酸可降低污泥含量，且其分散作用有閥值，表明在污泥處理中應用聚環氧琥珀酸可解決污泥含量較高問題，達到污泥減量效果，減少污染源。