泡沫問題的產(chǎn)生和解決方案

泡沫問題的產(chǎn)生和解決方案李星星一、 泡沫的產(chǎn)生泡沫一般分為三種形式：①啟動泡沫?；钚晕勰喙に囘\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。這些泡沫一般呈白色且質(zhì)輕，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。如果污水廠進行硝化反應，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。由于絲狀菌或放線菌的異常生長，與氣泡、絮體顆?；旌隙傻呐菽哂蟹€(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點。生物泡沫對污水廠的運行是非常不利的：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；造成出水有機物濃度和懸浮固體升高；產(chǎn)生惡臭或不良有害氣體等。生物泡沫粘度大，呈褐色、穩(wěn)定性強，懸浮顆?？蛇_50g/L，泡沫層相對密度大約是0.7，一般情況下很難將其吹走。二、 泡沫產(chǎn)生的原因1、 溶液中存在較多的腐殖酸鹽等高、中分子量有機物使溶液的界面張力降低是產(chǎn)生泡沫的重要原因之一；還有，進水中帶入的或者微生物自身所產(chǎn)生的生物表面活性劑的存在能降低液體的表面張力，使得氣泡具有一定的彈性而不易破滅。另外，氣泡上升過程中還會對液體中的固體顆粒進行浮選，在這過程中一些具有疏水表面的固體顆粒就會在氣泡間產(chǎn)生架橋作用，減小各個原本分散的氣泡間的距離，從而這些固體顆粒就會與氣泡結(jié)合，產(chǎn)生更為穩(wěn)定的泡沫。2、 離心循環(huán)泵產(chǎn)生的機械應力損壞密實的活性污泥絮狀體，從破損細胞中釋放出來的表面活性蛋白質(zhì)、類脂化合物（有限長鏈脂肪酸）的增多，能導致放線菌、微絲菌的增殖，產(chǎn)生過量泡沫。3、 生物泡沫的產(chǎn)生是一個復雜的物化和生物過程，它是一個由氣一水一微生物細胞形成的穩(wěn)定三相系統(tǒng)，形成的直接原因是由于絲狀細菌的大量增殖。這些絲狀細菌大都含有脂類物質(zhì)，如M.parvicella可利用長鏈脂肪酸作為其碳源和能源，多余的長鏈脂肪酸被儲存在體內(nèi)，這種由油脂組成大液珠可以達到細胞干重的35%，使得這類微生物比重比水輕，易漂浮到水面。而且絲狀微生物大都呈絲狀或枝狀，易形成網(wǎng)，能捕掃微粒和氣泡浮到水面。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，穩(wěn)定。同時曝氣池氣泡的氣浮作用常常是泡沫形成的主要動力。4、 水中磷酸鹽含量過高也會產(chǎn)生泡沫。5、 如果廢水中含有過量的脂肪酸，系統(tǒng)的污泥停留時間較長，污泥回流率較低，較高的F/M比會造成絲狀菌的過量生長，會導致泡沫產(chǎn)生。6、 采用延時曝氣方式的污水廠中有87%受到泡沫影響。長污泥停留時間有利于Microthrixparvicella等絲狀菌微生物的生長，這也是延時曝氣工藝更容易引起生物泡沫的原因。7、 引起問題的微生物通常屬于諾卡氏菌（Nocardia）和Microthrix兩類。Nocardia菌群是有分支的，直徑為015如、革蘭氏陽性、產(chǎn)生棕色粘性泡沫的絲狀微生物，與其它絲狀菌相比，它們雖不直接引起污泥膨脹，但在它們的菌絲中存有氣泡，易上浮成泡沫，在反應器或沉淀池表面積存。雖然許多引起泡沫和浮渣的原因還不清楚，但一般都會與污泥停留時間過長和廢水溫度過高有關(guān)。這說明引起問題的微生物屬于生長緩慢型。解決問題的一個簡單方法是將污泥停留時間控制在6d以內(nèi)。而Microthrixparvicella和其他一些絲狀菌的生長受泥齡（污泥停留時間）變化的影響相對較小，如果生物泡沫主要由這些微生物引起，采用此法效果不大。8、 PH偏酸，為絲狀菌膨脹創(chuàng)造了良好的條件。9、 曝氣充氧量不足。在氧量不足時，菌膠團將減少而絲狀菌、真菌則會大量繁殖。10、 進水水質(zhì)、水量波動太大，對微生物造成沖擊。11、 廢水中碳水化合物較多，溶解氧不足，缺乏氮、磷等營養(yǎng)物，水溫高，PH值較低等都易引起污泥膨脹。污泥膨脹主要是由于大量絲狀細菌（特別是球衣細菌）在污泥內(nèi)繁殖，使泥塊松散，密度降低所致；也有由真菌的大量繁殖引起的污泥膨脹。12、氣溫、氣壓和水溫的交變也是泡沫產(chǎn)生的重要原因。13、 緩慢可生物降解的表面活性劑能顯著增加含Nocardia菌群污泥中的泡沫。污水中的表面活性劑和淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等表面活性物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上都表現(xiàn)為含有極性-非極性基團即所謂雙親分子，在曝氣的條件下，非極性基團一端伸入氣泡內(nèi)，而極性基團選擇地被親水物質(zhì)所吸附，這樣親水性物質(zhì)的表面被轉(zhuǎn)化成疏水性物質(zhì)而粘附在氣泡水膜上，隨氣泡一起上浮至水面。加上各種懸浮物質(zhì)若混入表面活性劑等產(chǎn)生的泡中，雖然這些物質(zhì)單獨存在并不能發(fā)泡，但是可使泡沫穩(wěn)定。14、 非絲狀菌污泥膨脹的原因：①廢水中含有過多脂肪和石油類化合物；②過高的污泥負荷或缺乏氮、磷；③生物除磷系統(tǒng)中不動桿菌過量繁殖產(chǎn)生過多的聚合物。三、影響生物泡沫形成的因素1、 溫度。一般認為，溫度較高時生物泡沫主要由放線菌引起，而溫度較低時主要由Microthrixparvicella等絲狀菌引起。生物泡沫中的parvicella可以利用長鏈脂肪酸作為其碳源和能源，在低溫下，因為油脂的溶解度下降，這些基質(zhì)會聚集在曝氣池表面，給憎水性微生物parvicella等提供了有利的生長條件。只有在溫度高于14°C時，放線菌才會引起生物泡沫，Nocardiaamarne的生長溫度范圍為23?37C。2、 PH。Nocardia和Rhodococcus菌種的最佳pH為7.0~8.5，當pH從7.0下降到5.0~5.6時，能有效地減少泡沫的形成。3、 溶解氧。Nocardia是好氧菌，在缺氧或厭氧條件下不易生長，但也不死亡。Microthrixparvicella卻能忍受缺氧狀態(tài)，M.parvicella和其他絲狀菌有所不同，它可以利用硝酸根作為其最終電子受體，因此即使在現(xiàn)有的脫氮除磷系統(tǒng)中的缺氧段或是厭氧段，仍可以順利的生長。4、 污泥停留時間。產(chǎn)生泡沫的微生物普遍存在生長速率較低、生長周期長的特點，所以污泥停留時間長有利于該種發(fā)泡微生物的生長。而且，一旦泡沫形成，泡沫層的生物停留時間就會獨立于曝氣池內(nèi)的污泥停留時間，易形成穩(wěn)定持久的泡沫。5、 污泥負荷。在較高的F/M下，Nocardia在放線菌中所占的數(shù)量會上升約6%，幾乎在放線菌中占絕對優(yōu)勢，并且泡沫也迅速出現(xiàn)。研究表明，高負荷(>0.2kgBQD5/kgMLVSS-d)產(chǎn)生生物浮沫的污水廠的比例是低負荷（＜0.1kgBODs/kgMLVSS?d）的兩倍多。不同的負荷下，生物浮沫中的絲狀微生物的類群是不同的，在高負荷條件下，Nocardia和放線菌會大量增殖，產(chǎn)生泡沫。而低溫下parvicella則無論負荷高低，在絲狀細菌種群中始終處于優(yōu)勢。6、 底物種類。底物的種類與泡沫的產(chǎn)生有很大關(guān)系。由于大多數(shù)發(fā)泡微生物具有疏水性，因此疏水性底物更易被這些微生物利用而引發(fā)泡沫問題—。大量研究表明，進水中存在高水平可乳化的脂肪類物質(zhì)如油或者油脂時極易引起泡沫問題。脂肪酸被認為是Nocardiaamarne的唯一碳源，因此當進水中有脂肪酸存在時，發(fā)泡機率就會大大增加。7、 曝氣方式。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度低的區(qū)域。射流曝氣易產(chǎn)生泡沫。8、 氣候因素。嚴重的泡沫現(xiàn)象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。當春夏交變時，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小氣泡。估計這是在環(huán)境交變時，菌膠團變得分散細小，結(jié)合曝氣氣泡后密度減小而產(chǎn)生上浮。因而對于春夏交變時的泡沫采用機械清理、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。四、泡沫問題的控制1、曝氣池前增設(shè)生物選擇器。生物選擇器是個混合池，使進入曝氣池的污水先與回流活性污泥充分混合，在好氧、厭氧或缺氧的條件下停留一段時間，抑制發(fā)泡微生物的過度增殖，選擇性發(fā)展其他微生物。在厭氧或缺氧生物選擇器中，建立高F/M、低DO或厭氧的條件，使兼性的絮凝體形成菌吸附并貯存水中大部分可溶有機物，通過奪去一部分發(fā)泡微生物賴以生存的營養(yǎng)源的方式對發(fā)泡微生物進行控制。好氧生物選擇器也以控制某些發(fā)泡微生物的生長為最終目的，所不同的是，它所創(chuàng)造的是個好氧的環(huán)境。Paolo等在研究中用污泥負荷為11kgBOD（以每千克MLSS每天計，下同）、平均接觸時間為18min的缺氧生物選擇器有效控制了回流污泥中的Nocardia，但該選擇器對Microthrixparvicella則無明顯效果；當采用污泥負荷為24kgBOD、平均接觸時間為14min的好氧生物選擇器時則能對Microthrixparvicella有較好的控制作用。即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。相當?shù)偷腗LSS和SRT較短的情況下運行狀況，采用DO為0~0.13mg/L的缺氧選擇器，結(jié)果：當總氮還原約75%時，曝氣的缺氧選擇器可以對污泥的膨脹全部控制。在Nocardia的控制方面，由于Nocardiaamarne菌群在完全混合活性污泥中是一個弱競爭者。且反硝化很慢，故在適當?shù)腗CRT值時，用好氧選擇器可有效控制Nocardia生物浮沫的形成。2、 回流厭氧消化池上清液。由于消化池上清液對Nocardiaarnarne有毒性，因此可以通過向曝氣池引入消化池上清液來控制生物泡沫。需要注意的是，由于上清液COD和NH4-N濃度極高，因此把上清液引入曝氣池后可能會惡化最終出水水質(zhì)。3、 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。在試驗研究氣提式循環(huán)反應器時進行了活性污泥和載體的對比試驗，發(fā)現(xiàn)反應器內(nèi)只有活性污泥時，污水處理到硝化階段常常會發(fā)生污泥膨脹和嚴重的泡沫現(xiàn)象；在相同條件下，向反應器內(nèi)投加載體（爐渣）后由氣體進行提升，發(fā)現(xiàn)大量絲狀菌固著在載體表面生長，沒有出現(xiàn)污泥膨脹和嚴重的泡沫現(xiàn)象。也可以加粉末活性炭，既能吸附一些活性劑和有害物質(zhì)，也能提供生物載體，增加生物量。4、 投加消泡劑?？梢圆捎镁哂袕娧趸缘臍⒕鷦?，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。而廣泛應用的殺菌劑普遍存在負作用，因為過量或投加位置不當，會大量降低反應池中絮成菌的數(shù)量及生物總量。在泡沫表面直接噴灑高濃度的氯（2000~3000mg/L）很容易消除諾卡氏菌產(chǎn)生的泡沫，對毒物（如氯）的抵抗力，絲狀菌不如菌膠團。加氯量也可按干污泥質(zhì)量的0.3%~0.6%投加考慮。而M-parvicella可以耐受100gCl/kgMLSS。而在此劑量下，混合液中其他微生物早已經(jīng)被殺滅。在泡沫表面加入2~3kg/h的氯并不會降低處理能力，一般由小劑量到大劑量逐步增大。有報道，通過在曝氣池中添加O3(2-6mg/L)成功地抑制了Nocardia菌不正常增殖產(chǎn)生的泡沫。并且還發(fā)現(xiàn)：污泥沉降性能好轉(zhuǎn)了，在去除COD、TOC、SS、PO3-、TN方面無不同，硝化作用增強了，出水水質(zhì)變好。投加低濃度H2O2也可控制污水處理廠生物泡沫的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)表明，投加低濃度H2O2能氧化部分生物殘渣和消除生物代謝過程產(chǎn)生的毒素。并能改善菌膠團生活的微環(huán)境，促進菌膠團菌的生長。在泡沫發(fā)生的敏感期，預先投加低濃度的H2O2能較好地防止泡沫產(chǎn)生。低濃度H2O2，其濃度不足以殺死菌膠團表面伸出的絲狀菌，只能氧化部分生物殘渣和消除代謝過程產(chǎn)生的毒素，凈化菌膠團細菌生長的環(huán)境，促進了菌膠團細菌優(yōu)勢生長，使菌膠團菌和絲狀菌的生長達到了新的平衡。H2O2應投加于回流污泥中，投加濃度為20~25mgH2O2/(kgMLSS)。向反應器中投加陽離子聚合物，3d后泡沫根除，其機理是：投加的陽離子聚合物與廢水表面存在的穩(wěn)定泡沫的接觸作用和聚合物絮凝使Nocardia絲狀菌分散進入活性污泥絮體中。但是投加混凝劑有一個缺點，就是僅能短期除去曝氣池表面的絲狀菌，一般2~3周以后又會出現(xiàn)，不具有長效性，僅能作為一種緊急處理的手段，不能在污水處理廠長時間應用該方法。而且其使用量會隨時間延長而增加，使藥劑賽用不斷上升，但又不宜投加過多，否則會破壞細菌的生物活性，降低處理效果。投加效果不斷下降可能是由于微生物被逐漸馴化，聚合物被微生物降解。投加季銨鹽，季銨鹽AFP(polyquatemaryammonium)是—種針對消除絲狀菌的化學消毒劑，可以用于殺滅許多種水生細菌。在生產(chǎn)性實驗中，劑量為150g/kgMLSS時可幾乎全部殺滅M-parvicellao在實際工程運用中，連續(xù)5天加入AFP20g/kgMLSS后，SVI值從340mg/L降至130mg/L。鏡檢發(fā)現(xiàn)，活性污泥絮體周圍的M-parvicella大部分已被破壞。而且投加AFP后，該年冬季沒有發(fā)生生物泡沫現(xiàn)象，這說明其有一定的時效性。5、降低曝氣池的污泥停留時間，能有效控制活性污泥過程中的生物泡沫。降低污泥停留時間，實質(zhì)上是種生物篩選策略，即利用發(fā)泡微生物平均世代時間較長的特點，抑制發(fā)泡微生物在曝氣池中的過度增殖或?qū)⑵渑懦鋈?，達到控制生物泡沫的目的。但當需要硝化時，則污泥停留時間在寒冷季節(jié)至少需要6d。且Microthri