泡沫

目前，世界范圍內(nèi)大多數(shù)城市污水處理廠采用活性污泥法處理工藝。普遍存在的問題之一就是曝氣池表面常常會產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫，大量的泡沫使曝氣池表面被覆蓋,若從池中溢出會引起外部設(shè)備及外部池壁的污染,嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境，給污水處理廠的運(yùn)行和管理帶來了困難，同時也使出水水質(zhì)惡化。國內(nèi)外污水處理廠大多數(shù)都不同程度地受到泡沫問題的影響，特別是采用延時曝氣工藝的污水廠更是如此。

泡沫的形成

活性污泥工藝中，泡沫的形成一般有以下幾種形式，主要包括工藝運(yùn)行初始時期形成泡沫、反硝化作用起泡、表面活性劑起泡以及生物泡沫等。生物泡沫粘度大，呈黃褐色，具有穩(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點(diǎn)。

工藝運(yùn)行初期形成泡沫

曝氣池開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，特定表面活性劑對有機(jī)物的部分降解作用形成泡沫，并使泡沫迅速增長。這些泡沫一般呈白色且質(zhì)輕，當(dāng)活性污泥達(dá)到成熟時消失。

反硝化作用起泡

由于在二沉池或曝氣不足的地方會發(fā)生反硝化作用，使微小的氮?dú)鈿馀葆尫懦鰜?，從而使污泥的密度減小，有利于其上浮，產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在二次沉淀池中表現(xiàn)明顯，且產(chǎn)生的懸浮泡沫通常不穩(wěn)定。

表面活性劑起泡

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(tuán)即所謂雙親分子，在曝氣的條件下，非極性基團(tuán)一端伸入氣泡內(nèi)，而極性基團(tuán)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。

各種懸浮物質(zhì)若混入表面活性劑等產(chǎn)生的泡中，這些物質(zhì)單獨(dú)存在并不能發(fā)泡,但是可使泡沫穩(wěn)定。如造紙工業(yè)中的微細(xì)紙漿，食品工業(yè)中的纖維質(zhì)等。另外，如氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鋁等鹽類的水溶液,單獨(dú)存在幾乎不產(chǎn)生泡沫,但也有助于泡沫的穩(wěn)定，使泡沫難以消失，如圖1、2、3所示

生物泡沫

目前，普遍認(rèn)為生物泡沫形成的主要原因是：在各種因素影響下，造成絲狀菌和放線菌等微生物的異樣生長，絲狀菌的比生長速率高于了菌膠團(tuán)細(xì)菌，又由于絲狀菌的比表面積較大，因此，絲狀菌在取得污水中BOD5物質(zhì)和氧化BOD5物質(zhì)所需要的氧氣方面都比菌膠團(tuán)細(xì)菌有利得多，結(jié)果曝氣池中絲狀菌成為優(yōu)勢菌種而大量增值，導(dǎo)致生物泡沫的產(chǎn)生。再加上這些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,泡沫更加穩(wěn)定。另外，曝氣氣泡產(chǎn)生的氣浮作用是泡沫形成的主要動力因素。

泡沫產(chǎn)生的因素

污泥停留時間

產(chǎn)生泡沫的微生物的生長速率普遍較低，生長周期長，所以長的污泥停留時間有利于這些微生物的生長。因此，采用延時曝氣方式的活性污泥法更易產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。另外，一旦泡沫形成，泡沫層的生物停留時間就會獨(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。

pH值

不同的絲狀微生物對pH的要求不一樣，amarae的生長對pH值極敏感，最適宜的pH值為7.8，當(dāng)pH值從7.0下降到5.0～5.6時，能有效地減少泡沫的形成。這主要是因?yàn)榈偷膒H值超過了產(chǎn)生泡沫的微生物群落對pH的極限。因此當(dāng)pH值為5.0時，就能有效控制其生長。但是pH值的變化也會引起活性污泥的不適應(yīng)，從而產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。

溶解氧

生物泡沫中的諾卡氏菌群是嚴(yán)格好氧的微生物，在缺氧或厭氧的條件下，都不能利用基質(zhì)生長，但并不會死亡，而絲狀菌有所不同，其可以利用硝酸根作為最終的電子受體。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，仍可以順利生產(chǎn)。當(dāng)溶解氧不足，且系統(tǒng)是低負(fù)荷運(yùn)行時，容易產(chǎn)生反硝化泡沫。

曝氣方式

不同曝氣方式所產(chǎn)生的氣泡不同，而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。

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，當(dāng)環(huán)境或水溫有利于菌類生長時，就可能產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。不僅如此，溫度還會對活性污泥系統(tǒng)中的微生物群落產(chǎn)生影響，導(dǎo)致生物泡沫的產(chǎn)生，這可以從許多生物泡沫的產(chǎn)生具有季節(jié)性看出。

泡沫的危害

影響儀表的正常顯示，特別是采用DCS自動控制的污水處理廠，會造成系統(tǒng)的誤操作。對超聲波液位計(jì)來說，會造成虛假液位，嚴(yán)重時引起泵的空轉(zhuǎn)；污水處理站總排口采用明渠流量計(jì)的，可能會造成總排口污水流量的誤差。

影響環(huán)境。大量的生物泡沫產(chǎn)生后，蔓延到走道板上，影響正常的維護(hù)。生物泡沫冬可能會結(jié)冰，清理較困難；夏天會遇風(fēng)飄蕩，形成不良?xì)馕?，?yán)重污染環(huán)境。

采用表面曝氣的設(shè)備的工藝，生物泡沫具有粘滯性，會阻止正常的曝氣充氧，使混合液的溶解氧降低。

有的生物泡沫還可能進(jìn)入二沉池，造成外排水的SS、CODcr等污染物增加。

泡沫的控制

根據(jù)泡沫形成的機(jī)理及其影響因素，可采用物理化學(xué)和生物的方法對泡沫進(jìn)行控制?？刂婆菽貏e是生物泡沫的實(shí)質(zhì)并非消除Microthrix parvicella等細(xì)菌的產(chǎn)生，主要途徑就是在曝氣系統(tǒng)中建立一個不適宜絲狀菌異常生長的環(huán)境，抑制其在活性污泥中的過度增殖，使絲狀菌與絮凝體形成菌保持平衡的比例生長。

物化方法控制泡沫

① 噴灑水

噴灑的水流或水珠能打碎浮在水面的氣泡,以減少泡沫。但不能根本消除泡沫現(xiàn)象，是一種最常用最簡便的物理方法。

② 投加化學(xué)藥劑

陽離子聚丙烯酰胺是一種常用的消泡劑，工程實(shí)例中，把陽離子聚丙烯酰胺投加于二沉池進(jìn)水管中，其既有抑制Nocardioform actinomycetes生長的作用，又有通過回流污泥進(jìn)入曝氣池消除污水中表面活性劑及表面活性物質(zhì)極性－非極性特點(diǎn)的作用。由于上述兩點(diǎn)的存在，新的穩(wěn)定泡沫難于大量生成，而在水面上的泡沫層由于水面紊動，泡沫受剪力作用不斷破碎，表面泡沫水膜由于水分不斷蒸發(fā),泡沫不斷破碎,泡沫層也逐漸消失。

低濃度的H2O2也是一種較常用的泡沫消除劑，在活性污泥中投加當(dāng)投加低濃度H2O2時,其濃度不足以殺死菌膠團(tuán)表面伸出的絲狀菌，只能氧化部分生物殘?jiān)拖x過程產(chǎn)生的毒素，凈化菌膠團(tuán)細(xì)菌生長的環(huán)境，促進(jìn)了菌膠團(tuán)細(xì)菌優(yōu)勢生長, 使菌膠團(tuán)菌和絲狀菌的生長達(dá)到了新的平衡，從而達(dá)到控制生物泡沫的目的，而出水水質(zhì)并未惡化。H2O2應(yīng)投加于回流污泥中，投加濃度為20～25mg H2O2/(kg·MLSS)

通過污水廠觀察、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及現(xiàn)場應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)污水中的泡沫是典型的季節(jié)性出現(xiàn)的，代謝和動力學(xué)的調(diào)節(jié)并不能很成功的抑制Microthrix parvicella的過度生長和泡沫的產(chǎn)生，經(jīng)過與氯、陽離子聚丙烯酰胺兩種化學(xué)藥劑相比較，發(fā)現(xiàn)除絲狀菌聚季銨堿是一種最有效的物理化學(xué)方法來抑制Microthrix parvicella的過度增殖，能有效的控制泡沫，并未給出水水質(zhì)帶來變化。

另外，如氯、臭氧、聚乙二醇以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等均具有較強(qiáng)的氧化性，也可當(dāng)作消泡劑使用。

生物方法控制泡沫

① 降低細(xì)胞平均停留時間

降低細(xì)胞平均停留時間是很有效的控制泡沫的方法，實(shí)質(zhì)即利用絲狀菌平均世代時間較長于絮凝體形成菌的特點(diǎn)，抑制絲狀菌的過度增殖，細(xì)胞平均停留時間越短，絲狀菌越少，泡沫也越少。

② 調(diào)節(jié)污水pH值

最適宜Nocardia amarae生長的pH值為7.8,最適宜Microthrix parvicella生長的pH值為7.7～8.0，當(dāng)pH值從7.0降為5.0～5.6時，能有效控制這些微生物的過度生長，減少泡沫的形成。

③ 降低曝氣的空氣輸入率

降低了曝氣的空氣輸入率，一是能降低曝氣池中氣提強(qiáng)度，減緩了絲狀菌的上浮速度；二是能降低曝氣池中的溶解氧濃度，Nocardia amarae是嚴(yán)格的好氧菌,在缺氧或厭氧條件下,不易生長,但 Microthrix parvicella卻能忍受缺氧狀態(tài)。再者，降低曝氣池的空氣輸入量也相應(yīng)的降低了微氣泡的生成量，即減少絲狀菌和放線菌機(jī)體上浮的載體，從而延緩泡沫的形成。

④ 回流厭氧消化池上清液

厭氧消化池上清液能抑制Rhodococcus rhodochrous菌屬的生長，采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法，也能控制曝氣池表面泡沫的形成。但由于厭氧消化池上清液中含有高濃度好氧底物和氨氮，它們都會影響出水水質(zhì)，因此應(yīng)慎用。

⑤ 增設(shè)生物選擇器

生物選擇器有好氧選擇器和缺氧選擇器兩種，其目的就是使進(jìn)入曝氣池的污水先于回流污泥在其中充分混合，通過調(diào)節(jié)F/M、DO等因素，選擇性的發(fā)展絮凝體形成菌，抑制絲狀菌等的過度增殖。在設(shè)計(jì)選擇器時，選擇器需要分格設(shè)置，一般多采用4～6格；盡量提高選擇器第一格的F/M值，形成F/M梯度；還要控制選擇器的水力停留時間，一般為10～15分鐘。另有研究表明：好氧選擇器能一定程度地控制Microthrix 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Microthrix parvicella無太大作用。

⑥ 采用連續(xù)填料反應(yīng)器

沒有證據(jù)表明厭氧和缺氧選擇器能夠絕對成功的控制Microthrix parvicella的擴(kuò)散和增殖，連續(xù)流和序批實(shí)驗(yàn)表明，控制Microthrix parvicella 生長的最佳方式就是采用連續(xù)填料流反應(yīng)器，理由有二：一是利用絮凝體形成菌的高吸附能力能夠大量去除慢速生物降解COD；二是能避免膠體物質(zhì)水解后可溶產(chǎn)物的擴(kuò)散。