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(jìn)行悶曝培養(yǎng)。

阻垢劑聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)由蘭州市藍(lán)星清洗有限公司提供。阻垢劑的投加量在馴化過程中進(jìn)行了多次單因素實(shí)驗(yàn)，且考慮到生物反應(yīng)器的適宜pH，最終確定了阻垢劑與進(jìn)水鈣離子的投加比例為1:200(mL/mg)，按照這一投加比例，試驗(yàn)中根據(jù)進(jìn)水鈣離子濃度的改變調(diào)整PESA的投加量。

當(dāng)進(jìn)水廢水指標(biāo)鈣離子濃度為101.38 mg/L，COD為93.95 mg/L時(shí)，活性污泥反應(yīng)器進(jìn)入實(shí)驗(yàn)初期，2個(gè)反應(yīng)器中的活性污泥均呈灰褐色，絮體結(jié)構(gòu)明顯，污泥活性良好；隨著[Ca²⁺]逐漸升高，2個(gè)反應(yīng)器中的活性污泥均由灰褐色逐漸變?yōu)辄S褐色；當(dāng)Ca²⁺濃度逐漸升高到280 mg/L時(shí)，空白反應(yīng)器中的活性污泥在2~3個(gè)周期內(nèi)由黃褐色變?yōu)槿榘咨�，而加入PESA的反應(yīng)器中的活性污泥則沒有上述現(xiàn)象，污泥活性保持良好，絮體結(jié)構(gòu)明顯。但將進(jìn)水Ca²⁺濃度上調(diào)至大于280 mg/L時(shí)，加入PESA的反應(yīng)器也出現(xiàn)了污泥變白鈣化的現(xiàn)象，分析原因是由于進(jìn)水Ca²⁺濃度的增大，超過了PESA的阻垢作用，呈過飽和狀態(tài)，導(dǎo)致活性污泥中無機(jī)灰分驟然增多，從而使活性污泥顏色和沉降性能發(fā)生較大的變化。圖 2為加入PESA的反應(yīng)器在進(jìn)水Ca²⁺濃度為280 mg/L臨界點(diǎn)上下的活性污泥鏡檢對比圖片。

2  PESA反應(yīng)器活性污泥鏡檢圖片

 

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實(shí)驗(yàn)后期28 d左右，空白反應(yīng)器中的活性污泥在一個(gè)周期內(nèi)解體，產(chǎn)生大量泡沫，污泥大量流失。對比加入PESA的反應(yīng)器，污泥出現(xiàn)鈣化現(xiàn)象，但將PESA投加量提高到2.0 mL后，反應(yīng)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(fù)良好的活性，同時(shí)恢復(fù)較高的COD去除率。這說明PESA的加入使活性污泥處理系統(tǒng)對高硬度廢水沖擊負(fù)荷能力增強(qiáng)。

在逐步提升Ca²⁺濃度的過程中，活性污泥中的生物相也發(fā)生了變化，最為明顯的是指示性微生物的變化，當(dāng)[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(shù)量也在減少，最后消失，以PESA反應(yīng)器為例(見圖 3)。

3  PESA反應(yīng)器指示性微生物指變化

 

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實(shí)驗(yàn)過程中，2個(gè)反應(yīng)器對應(yīng)的MLSS值如圖 4所示。

4  PESA與空白反應(yīng)器的MLSS隨運(yùn)行天數(shù)變化

 

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從圖 4中可以看出，隨著運(yùn)行天數(shù)的增加，2個(gè)反應(yīng)器中的活性污泥MLSS值均呈增加趨勢。其中第10~14 d，調(diào)整Ca²⁺濃度為281.7 mg/L，PESA投加比例也相應(yīng)增加到1.4 mL時(shí)，PESA反應(yīng)器MLSS下降到5 000 mg/L，污泥損失較為嚴(yán)重，鈣化現(xiàn)象也較嚴(yán)重，說明PESA與進(jìn)水Ca²⁺在1:200(mL/mg)的投加比例下，有一個(gè)Ca²⁺適用范圍，為小于280 mg/L。

但是整個(gè)運(yùn)行過程中PESA反應(yīng)器污泥濃度一直低于空白反應(yīng)器，通過計(jì)算污泥增值速率可知，2個(gè)反應(yīng)器的污泥增殖速率分別為PESA反應(yīng)器169.23 mg/d和空白反應(yīng)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%。

實(shí)驗(yàn)過程中，2個(gè)反應(yīng)器對應(yīng)的SVI值如圖 5所示。

5  PESA與空白反應(yīng)器的SVI隨運(yùn)行天數(shù)變化

 

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從圖 5中可以看出，隨著運(yùn)行天數(shù)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(jìn)水中Ca²⁺濃度較大，使污泥中無機(jī)組分不斷增加，污泥的重量增大，使活性污泥系統(tǒng)具有較高的壓縮性，使得SVI值不斷減小，沉降速度加快。2個(gè)對照反應(yīng)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。

實(shí)驗(yàn)過程中，2個(gè)反應(yīng)器對應(yīng)的COD去除率如圖 6所示。

6  PESA與空白反應(yīng)器的COD去除率隨運(yùn)行天數(shù)變化

 

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在第5~14 d的運(yùn)行期內(nèi)，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(fā)現(xiàn)2個(gè)反應(yīng)器的COD去除率均呈下降趨勢，在之后第14~22 d運(yùn)行期內(nèi)，保持PESA投加量為2.0 mL，逐步減低Ca²⁺濃度，發(fā)現(xiàn)COD去除率又呈上升趨勢。

試驗(yàn)結(jié)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(shí)，處理效果可達(dá)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。

將進(jìn)出水的Ca²⁺測定結(jié)果記錄下來，計(jì)算Ca²⁺保留率，表示阻垢劑的阻垢效果，公式如下：

實(shí)驗(yàn)過程中，2個(gè)反應(yīng)器對應(yīng)的Ca²⁺保留率如圖 7所示。

7  PESA與空白反應(yīng)器的Ca²⁺保留率隨運(yùn)行天數(shù)變化

 

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從圖 7可以看出，在第3~14 d的運(yùn)行期內(nèi)，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(fā)現(xiàn)2個(gè)反應(yīng)器的Ca²⁺保留率均呈下降趨勢，在之后第14~17 d運(yùn)行期內(nèi)，保持PESA反應(yīng)器的阻垢劑的投加量為2.0 mL，逐步減低Ca²⁺濃度，發(fā)現(xiàn)Ca²⁺保留率又呈上升趨勢。

空白試驗(yàn)結(jié)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(gè)臨界飽和點(diǎn)。

與空白反應(yīng)器相比較，加入PESA的反應(yīng)器也呈現(xiàn)出臨界飽和點(diǎn)的特點(diǎn)，但Ca²⁺保留率在整體上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空白反應(yīng)器。在進(jìn)水Ca²⁺濃度小于280 mg/L的條件時(shí)，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。