绿色水处理剂聚环氧琥珀酸的研究

王志磊

(上海电气集团国控环球工程有限公司，山西 太原 030000)

引 言

聚环氧琥珀酸是一种绿色水处理剂，易被降解，不含有磷、氧，有抗强碱特性，具备缓蚀功效，存在阻垢作用，在含碱较高、硬度较高水处理中比较适用[1]。在环保水处理过程中采用聚环氧琥珀酸，可减少废水中污泥含量，达到绿色水处理目的，降低废水带来的危害，满足环保要求。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

废水材料源自山西省某明胶厂实行浸灰处理及浸酸处理后的高钙离子含量明胶废水，污泥取自山西省某污水处理厂中的曝气池。进水化学需氧量维持在680.00 mg/L，加入氯化钙调整二价钙离子含量。

1.2 实验装置和实验流程

实验装置是2个容积为1.60 L的序批式反应器，一个反应器记录实验组，一个反应器记录对照组，活性污泥总量600.00 mL。一个实验周期时长是12 h，一天两个实验周期，包含进水处理、曝气处置(11 h)、沉淀处理(0.5 h)、排水及排泥处置、闲置，反应器实验温度维持25 ℃，溶解氧维持3.00 mg/L，进水pH维持在8.0[2]。

1.3 实验阶段

实验阶段一(培养期)：针对污泥实行废水配制，维持二价钙离子质量浓度是112.00 mg/L，培养时长维持一周。

实验阶段二(二价钙离子驯化处置期)：依次加入112.00、412.00、712.00 mg/L二价钙离子，将二价钙离子质量浓度自112.00 mg/L提升至2 514.00 mg/L，污泥驯化处置及废水处置一起开展，各梯度维持6个实验周期，共实施24 d二价钙离子驯化处置。

实验阶段三(聚环氧琥珀酸处置期)：完成实验阶段二之后，保持二价钙离子质量浓度在2 514.00 mg/L，实验组依次加入10.00、15.00、20.00、25.00、30.00、35.00、40.00、45.00、50.00、55.00 mg聚环氧琥珀酸，对照组未加入聚环氧琥珀酸，各梯度维持4个实验周期，共实施23 d聚环氧琥珀酸处置，检测出水化学需氧量清除率、污泥体积指数、出水钙离子保留率和聚环氧琥珀酸阻垢率。出水化学需氧量清除率选择重铬酸钾方法检测，污泥体积指数选择0.5 h沉降体积比方法检测，出水钙离子保留率选择EDTA滴定方法检测[3]。聚环氧琥珀酸阻垢率=(进水二价钙离子含量-对照组出水二价钙离子含量)/(实验组出水二价钙离子含量-对照组出水二价钙离子含量)×100%[4]。

各实验阶段不同组别二价钙离子含量、聚环氧琥珀酸含量及具体实验时间如下：

实验阶段一：实验组与对照组二价钙离子质量浓度均为112 mg/L，具体实验时间为1 d～7 d;

实验阶段二:：实验组与对照组二价钙离子质量浓度均已412 mg/L为基础，二价钙离子质量浓度每增加300 mg/L，具体实验时间相应增加3 d，如二价钙离子含量为412 mg/L，具体实验时间为8 d～10 d，二价钙离子含量为712 mg/L时，具体实验时间为11 d～13 d,以此类推；

实验阶段三：实验组与对照组二价钙离子质量浓度均为2 512 mg/L，聚环氧琥珀酸质量浓度从10 mg/L开始，以5 mg/L递增，具体实验时间从32 d～34 d以2 d递增。

2 结果及讨论

2.1 出水化学需氧量清除结果

随钙离子含量提升，两个组别出水化学需氧量清除率都逐渐降低，培养期出水化学需氧量清除率维持在92.50%，驯化处置早期出水化学需氧量清除率维持在83.24%，驯化处置晚期出水化学需氧量清除率维持在72.42%。随聚环氧琥珀酸的加入及加量后，实验组出水化学需氧量清除率增加，最后维持在80.00%，对照组出水化学需氧量清除率基本不变，维持70.27%。提示钙离子对化学需氧量清除结果存在明显干扰作用。

2.2 二价钙离子、聚环氧琥珀酸对活性污泥具体沉降情况的干扰作用

培养期污泥体积指数基本无明显改变，维持在45.00 mL/g～48.00 mL/g；二价钙离子驯化处置期，两个组别污泥体积指数都降低，完成二价钙离子驯化处置后，污泥体积指数维持在18.00 mL/g。随聚环氧琥珀酸加入及加量后，实验组污泥体积指数提升，最后维持在28.00 mL/g，提示污泥活性获得释放，对照组污泥体积指数基本不变，维持在16.00 mL/g。不同时间点污泥体积指数详情如图1。

图1 不同时间点污泥体积指数(SVI)

2.3 出水钙离子保留结果

培养期出水二价钙离子保留率基本无改变，维持在92.00%～95.00%，随二价钙离子含量提升，两个组别出水二价钙离子保留率都降低，二价钙离子质量浓度为2 512.00 mg/L时，出水二价钙离子保留率下降至78.00%。随聚环氧琥珀酸加入及加量后，对照组出水二价钙离子保留率基本无改变，仍大概保持在78.00%，实验组出水二价钙离子保留率提升至92.00%。

2.4 聚环氧琥珀酸阻垢结果

聚环氧琥珀酸加入量为10.00 mg时，阻垢率为15.00%，随聚环氧琥珀酸加量，阻垢率逐渐提升，聚环氧琥珀酸加入量为45.00 mg时，阻垢率升至峰值59.00%。不同时间点聚环氧琥珀酸阻垢率详情如图2。

图2 不同时间点聚环氧琥珀酸(PESA)阻垢率

3 实验结论

钙离子驯化处置时，出水化学需氧量清除率及污泥体积指数下降，提示二价钙离子对反应体系中碳酸平衡存在干扰作用，生化反应合成二氧化碳，形成碳酸盐，导致二价钙离子形成碳酸钙，且附在活性污泥上，进而增加污泥含量。

加入及加量聚环氧琥珀酸后，出水化学需氧量清除率、污泥体积指数、出水二价钙离子保留率提升，提示聚环氧琥珀酸和二价钙离子出现螯合反应，降低碳酸钙的形成量，从而减少污泥含量。

聚环氧琥珀酸加量后，阻垢率提升，但存在峰值，提示聚环氧琥珀酸分散作用存在阀值。

4 结语

聚环氧琥珀酸作为绿色水处理剂，存在良好阻垢及缓蚀作用，当前研究进展表明，聚环氧琥珀酸在环保水处理领域逐渐被推广使用，可运用于污泥处理、萃取重金属、油田开发等。本文通过高钙离子含量明胶废水处理实验，证实聚环氧琥珀酸可降低污泥含量，且其分散作用有阀值，表明在污泥处理中应用聚环氧琥珀酸可解决污泥含量较高问题，达到污泥减量效果，减少污染源。