活性污泥法污水處理廠的生物泡沫現(xiàn)象會影響污水處理系統(tǒng)的操作、運(yùn)行和出水水質(zhì)，泡沫的產(chǎn)生主要和各種絲狀菌和放線菌有關(guān)。常用的泡沫控制方法有：噴灑水、投加消泡劑或微生物、降低污泥齡、回流消化池上清液、選擇器等。實踐表明，氣溫、氣壓和水溫的交變也是泡沫產(chǎn)生的重要原因。在活性污泥系統(tǒng)中加入適合絲狀微生物固著生長的載體，是值得關(guān)注的泡沫控制方法。
活性污泥工藝是污水處理廠應(yīng)用最廣泛的生物處理方法。對于世界上大多數(shù)采用活性污泥法的污水處理廠而言，普遍存在表面泡沫問題。這使污水廠的操作、運(yùn)行和控制產(chǎn)生了困難，也嚴(yán)重影響出水水質(zhì)。據(jù)對歐洲污水廠的調(diào)查，有20%受到泡沫的長期影響，50%受到周期影響，采用延時曝氣方式的污水廠中有87%受到泡沫影響。
泡沫一般分為三種形式：①啟動泡沫。在活性污泥工藝運(yùn)行啟動初期，由于污水中含有一些表面活性物質(zhì)，易引起表面泡沫。但隨著活性污泥的成熟，這些表面活性物質(zhì)經(jīng)生物降解，泡沫現(xiàn)象會逐漸消失。②反硝化泡沫。如果污水廠進(jìn)行硝化反應(yīng)，則在沉淀池或曝氣不足的地方會發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮等氣泡而帶動部分污泥上浮，出現(xiàn)泡沫現(xiàn)象。③生物泡沫。由于絲狀微生物的異常生長，與氣泡、絮體顆粒混合而成的泡沫具有穩(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點。生物泡沫對污水廠的運(yùn)行是非常不利的：在曝氣池或二沉池中出現(xiàn)大量絲狀微生物，水面上漂浮、積聚大量泡沫；造成出水有機(jī)物濃度和懸浮固體升高；產(chǎn)生惡臭或不良有害氣體；降低機(jī)械曝氣方式的氧轉(zhuǎn)移效率；可能造成后期污泥消化時產(chǎn)生大量表面泡沫。
1、生物性泡沫的形成及影響因素 1.1生物性泡沫的形成機(jī)理
①與泡沫有關(guān)的微生物大都含有脂類物質(zhì)，如M.parvicella的脂類含量達(dá)干重的35%。因此，這類微生物比水輕，易漂浮到水面。
②與泡沫有關(guān)的微生物大都呈絲狀或枝狀，易形成網(wǎng)，能捕掃微粒和氣泡等，并浮到水面。被絲網(wǎng)包圍的氣泡，增加了其表面的張力，使氣泡不易破碎，泡沫就更穩(wěn)定。
③曝氣氣泡產(chǎn)生的氣浮作用常常是泡沫形成的主要動力。顆粒利用氣泡氣浮，必須是形小、質(zhì)輕和具有疏水性的物質(zhì)。所以，當(dāng)水中存在油、脂類物質(zhì)和含脂微生物時，則易產(chǎn)生表面泡沫現(xiàn)象。 1.2與生物性泡沫形成有關(guān)的菌屬
生物泡沫的形成主要與活性污泥中微生物的生長和種類有關(guān)，但至今仍有許多現(xiàn)象不能簡單地進(jìn)行解釋。世界上普遍承認(rèn)的與生物泡沫有關(guān)的菌屬主要有：①放線菌，包括：Nocardia amarae，革蘭氏陽性，枝狀菌絲；Nocardia pinesis，革蘭氏陽性，松枝狀；Rhodococcus sp.，革蘭氏陽性，枝狀菌絲。②絲狀菌，包括：Microthrix parvicella，革蘭氏陽性，絲狀、無鞘無分枝；Eikelboom type 0675，革蘭氏陽性，有鞘無分枝；Eikelboom type 0092，革蘭氏陰性，無鞘無分枝。上述菌種中，最常見的是Nocardia amarae和Microthrix parvicella(見圖1、2)。 1.3 生物性泡沫形成的因素：
①污泥停留時間。由于產(chǎn)生泡沫的微生物普遍生長速率較低、生長周期長(見表1)，所以長污泥停留時間(SRT)都會有利于這些微生物的生長。如采用延時曝氣方式就易產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象，而且一旦泡沫形成，泡沫層的生物停留時間就獨(dú)立于曝氣池內(nèi)的污泥停留時間，易形成穩(wěn)定持久的泡沫。 表1 微生物的生長周期與生長溫度菌類生長周期(d)生長溫度(℃)最佳溫度(℃)
2～4 10～40
Rhodococcus sp. 4～7 23～37 28
Nocardia amarae 6～10 8～35 25
Microthrix parvicella 10～21 15～31 18～25
Nocardia pinesis
Type 1863 30
②pH值。有報道指出：pH值從7.0下降到5.0～5.6時，能有效地減少泡沫的形成。Nocardia amarae的生長對pH值極敏感，最適宜的pH值為7.8，當(dāng)pH值為5.0時，就能有效控制其生長。Microthrix parvicella最適宜pH值為7.7～8.0。
③溶解氧(DO)。Nocardia是嚴(yán)格的好氧菌，在缺氧或厭氧條件下，不易生長，但也不死亡。Microthrix parvicella卻能忍受缺氧狀態(tài)。
④溫度。與生物泡沫形成有關(guān)的菌類都有各自適宜的生長溫度和最佳溫度［2］(見表1)，當(dāng)環(huán)境或水溫有利于它們生長時，就可能產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。
⑤憎水性物質(zhì)。雖然原理不很清楚，但有試驗說明，不溶性或憎水性物質(zhì)(如油、脂類等)有利于放線菌的生長。
⑥曝氣方式。據(jù)觀察，不同曝氣方式產(chǎn)生的氣泡不同，微氣泡或小氣泡比大氣泡更有利于產(chǎn)生生物泡沫，并且泡沫層易集中于曝氣強(qiáng)度低的區(qū)域。
2、生物泡沫的控制方法
①噴灑水。這是一種最常用的物理方法。通過噴灑水流或水珠以打碎浮在水面的氣泡，來減少泡沫。打散的污泥顆粒部分重新恢復(fù)沉降性能，但絲狀細(xì)菌仍然存在于混合液中，所以，不能根本消除泡沫現(xiàn)象。
②投加消泡劑�？梢圆捎镁哂袕�(qiáng)氧化性的殺菌劑，如氯、臭氧和過氧化物等。還有利用聚乙二醇、硅酮生產(chǎn)的市售藥劑，以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等。藥劑的作用僅僅能降低泡沫的增長，卻不能消除泡沫的形成。而廣泛應(yīng)用的殺菌劑普遍存在負(fù)作用，因為過量或投加位置不當(dāng)，會大量降低反應(yīng)池中絮成菌的數(shù)量及生物總量。
③降低污泥齡。一般采用降低曝氣池中污泥的停留時間，以抑制有較長生長期的放線菌的生長。有實踐證明，當(dāng)污泥停留時間在5～6 d時，能有效控制Nocardia菌屬的生長，以避免由其產(chǎn)生的泡沫問題。但降低污泥齡也有許多不適用的方面：當(dāng)需要硝化時，則污泥停留時間在寒冷季節(jié)至少需要6 d，這與采用此法矛盾；另外，Microthrix parvicella和一些絲狀菌卻不受污泥齡變化的影響。
④回流厭氧消化池上清液。已有試驗表明，采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法，能控制曝氣池表面的氣泡形成。厭氧消化池上清液的主要作用是能抑制Rhodococcus菌，但利用此法在幾個污水處理廠進(jìn)行實際操作時，并沒有取得象實驗室那樣的成功。由于厭氧消化池上清液中含有高濃度好氧底物和氨氮，它們都會影響最后的出水質(zhì)量，應(yīng)慎重采用。
⑤投加特別微生物。有研究提出，一部分特殊菌種可以消除Nocardia菌的活力，其中包括原生動物腎形蟲等。另外，增加捕食性和拮抗性的微生物，對部分泡沫細(xì)菌有控制作用。
⑥選擇器。選擇器是通過創(chuàng)造各種反應(yīng)環(huán)境(氧、有機(jī)負(fù)荷或污泥濃度等)，以選擇優(yōu)先生長的微生物，淘汰其他微生物。有研究報道：好氧選擇器能一定程度地控制M.parvicella，但對Nocardia菌屬無大影響；而缺氧選擇器對Nocardia菌屬有控制作用，卻對M.parvicella無作用。
3、實例分析
雖然各種研究和實踐表明泡沫問題具有基本共同的原理，但引起泡沫現(xiàn)象的因素很多，控制的方法也各異(見表2)。 表2 一些污水廠的泡沫控制方法及其成功率控制方法統(tǒng)計(1)統(tǒng)計(2)統(tǒng)計(3)
污水廠成功率(%)污水廠成功率(%)污水廠成功率(%)
噴灑水58 88 46 28
降低污泥齡44 73 46 57
殺菌劑48 58 9 66 46 20
反泡沫藥劑35 20 7 57
選擇器 11 73
減少曝氣時間5 60 46 33
從泡沫控制的結(jié)果來看，各種方法的使用都應(yīng)慎重考慮，例如雖然選擇器是一種方便的方法，但仍然需要有針對性。因此，首先應(yīng)找出形成泡沫問題的主要原因，再提出符合實際的可行解決方法。
例案： 大關(guān)污水處理廠是杭州市的一個居住區(qū)污水處理廠，處理量為4 000m3/d，采用合建式氧化溝。通過1995年—1999年的觀察，總結(jié)出其泡沫現(xiàn)象的規(guī)律，主要是與氣候(氣溫、水溫和大氣壓力)有關(guān)。嚴(yán)重的泡沫現(xiàn)象(見圖3)在溫度高的夏季和寒冷的冬季都不會發(fā)生，每年都出現(xiàn)在春夏、秋冬換季時。即發(fā)生在氣溫、水溫和氣壓交變的環(huán)境。分析1999年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)生泡沫現(xiàn)象的時期為：①由水溫高于氣溫而交變到水溫低于氣溫時(3月下旬到4月中旬)和由水溫低于氣溫而交變到水溫高于氣溫時(10月下旬到11月中旬)。②氣壓和氣溫交變的時期。顯然，由于生態(tài)環(huán)境的更迭，使微生物的生長、構(gòu)成等發(fā)生了變化。從過去的操作運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，不改變其他條件，泡沫現(xiàn)象在經(jīng)歷一段時間后(10～20 d)會逐漸消失，污水處理系統(tǒng)自動修復(fù)。通過鏡檢，發(fā)現(xiàn)春夏交變的泡沫中主要是絲狀菌的暴發(fā)，絲狀菌大量生長，并伸展開來；而秋冬交變時，失去活力的絲狀菌包裹在同樣失去活力的菌膠團(tuán)中形成上浮泡沫。其原理仍須進(jìn)一步研究，一般認(rèn)為，當(dāng)季節(jié)(溫度、氣壓)交變時，微生物均會受到影響，但絲狀菌的適應(yīng)性要比一些絮成菌強(qiáng)，如Microthrix parvicella的生長溫度可在8～35℃間，而且更適宜生長在低溫環(huán)境。當(dāng)環(huán)境不利于微生物的生長時，絲狀菌的菌絲會從菌膠團(tuán)中伸展出來以增加其攝取營養(yǎng)的表面積，其生長速率高于其他微生物。當(dāng)春夏交變時，污泥的活性均有下降，生活污水中有大量的合成洗滌劑和油脂類得不到降解，而一些絲狀菌仍然活躍，它們喜歡利用這些物質(zhì)作為食物并快速增長，這使得出現(xiàn)絲狀菌的暴發(fā)并形成泡沫。秋冬交變時，主要形成的是上浮污泥(這與前者不同)，在上浮污泥和泡沫中很難發(fā)現(xiàn)展開的絲狀菌，顯微鏡下可見上浮污泥中包裹有細(xì)小氣泡。估計這是在環(huán)境交變時，菌膠團(tuán)變得分散細(xì)小，結(jié)合曝氣氣泡后密度減小而產(chǎn)生上浮。總結(jié)出泡沫形成規(guī)律后，對采取控制措施有利，如對于春夏交變時的泡沫采用機(jī)械清理、刮除的方法。因為這些泡沫存在大量絲狀菌，不宜遺留在混合液中，以免重新造成泡沫現(xiàn)象。另外，投加殺菌劑會有一定的控制效果，但應(yīng)慎重。而對于秋冬交變時的上浮污泥和泡沫可采用高壓水槍噴水來緩解，因為上浮污泥中仍然大部分為絮成菌，被打碎后可以回到混合液中。這些方法取得了一定的控制作用，但還應(yīng)進(jìn)一步觀察和分析研究。
另外，重慶吉創(chuàng)水處理公司曾在試驗研究氣提式循環(huán)反應(yīng)器時進(jìn)行了活性污泥和載體的對比試驗，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)只有活性污泥時，污水處理到硝化階段常常會發(fā)生污泥膨脹和嚴(yán)重的泡沫現(xiàn)象；在相同條件下，向反應(yīng)器內(nèi)投加載體(爐渣)后由氣體進(jìn)行提升，發(fā)現(xiàn)大量絲狀菌固著在載體表面生長，沒有出現(xiàn)污泥膨脹和嚴(yán)重的泡沫現(xiàn)象，雖然出水的懸浮固體(SS)有所上升，但系統(tǒng)的處理效果和穩(wěn)定性都得到提高。因此，在一些活性污泥系統(tǒng)中投加移動或固定填料，使一些易產(chǎn)生污泥膨脹和泡沫的微生物固著生長，這既能提高處理效果，又能減少或控制泡沫的產(chǎn)生。
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