活性污泥法中泡沫問題

1、活性污泥法中泡沫問題的產(chǎn)生與控制技術(shù)丁峰永臻董文藝王淑瑩高春娣周利摘 要：對國外活性污泥法中產(chǎn)生泡沫的危害、機(jī)理與影響因素的研究結(jié)果說明：諾卡氏菌群 Nocardia amarae,Nocardia pinensis，微絲菌 Microthrix parvicella，放線菌Actinomycetes的過量增殖是泡沫產(chǎn)生的主要原因。它與溫度、pH值、F/M值與底物種類，工藝運(yùn)行條件 密切相關(guān)；結(jié)合活性污泥動力學(xué)、污泥膨脹理論和工程實(shí)踐，綜合控制 泡沫的技術(shù)措施有：控制 MCR與選擇器技術(shù)、SFW技術(shù)、分類選擇器技 術(shù)和噴灑各種藥劑等。關(guān)鍵詞：活性污泥法 泡沫控制 細(xì)胞平均停留時間MCRT選擇器

2、Formation and Control of Foam in Activated Sludge ProcessDing Feng et alAbstract : The researches on the formation mechanism,influenee factor and hazards of foam problem in activated sludge process have shown,that it is mainly caused by excess growth of Nocardia amarae,Nocardia pinensis,Microthrixpa

3、rvicella and Actinomycetesand inten tly related to the circumsta nee factors such as the temperature,pH value,F/M ratio,the kinds of benthonic substances and the operat ing con diti ons of the activated sludge system.The foam control measures like the MCRTcontrol and bio-selection,SFW tech no logy,c

4、lassified selector and chemical dosage have bee n developed on the basis of kin etic of activated sludge and the theory and practice of sludge bulk ing.0 引言 采用活性污泥法處理污水過程中，在反響器曝氣池與沉淀 池出現(xiàn)的泡沫問題很早就引起人們的關(guān)注：3S多年的研究說明：泡沫的產(chǎn)生不僅直接與起沫微生物的類群相關(guān)，而且與廢水性質(zhì)pH、溫度、BOD等、活性污泥狀況MLSS SVI、工藝運(yùn)行條件如細(xì)胞平均停留時 間，反響器構(gòu)型，機(jī)械應(yīng)力，DO F/M

5、等有關(guān)，產(chǎn)生機(jī)理非常復(fù)雜。本 文在大量查閱中外文獻(xiàn)根底上對泡沫產(chǎn)生的普遍性、危害性，特別是其 產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素分別進(jìn)展了探討，并給出了較成功的泡沫控制技 術(shù)措施。1泡沫產(chǎn)生的普遍性和危害性據(jù)1988年對澳大利亞采用活性污泥法的污水處理廠調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：在維多利亞、新南威爾士地區(qū)65%勺污水廠有泡沫問題：4：;在昆士蘭地區(qū)92%勺污水廠受到泡沫的嚴(yán)重影響，這其中60液受到污泥膨脹的影響： 美國的108家采用活性污泥法的污水廠中，56%勺污水廠受泡沫困擾：6：; 法國約62%勺污水廠產(chǎn)生泡沫；5個污水廠有2個由于不良運(yùn)行產(chǎn)生了泡 沫；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我用活性污泥法的城市污水處理廠近50%B現(xiàn)過不同

6、程度的泡沫問題，特別在南方地區(qū)，還經(jīng)常與活性污泥法異常運(yùn) 行狀態(tài)如絲狀菌膨脹，粘性物質(zhì)積聚成浮渣等同時發(fā)生：切o泡沫一般具有粘滯性，它會使大量固體陷入曝氣池的漂浮泡沫層， 并產(chǎn)生漂浮層的翻轉(zhuǎn)，降低曝氣池的充氧效率 特別是機(jī)械曝氣情況； 在純氧密封活性污泥系統(tǒng)，泡沫會進(jìn)入氧壓機(jī)引起火災(zāi)；當(dāng)流入沉淀池 時，在沉淀池?fù)醢逑聲黾映鏊畱腋」腆w引起出水水質(zhì)惡化；泡沫積累 還能產(chǎn)生腐敗，且在寒冷天氣會結(jié)冰，影響正常運(yùn)行；含有泡沫的剩余 污泥在厭氧消化中引起嚴(yán)重的起泡現(xiàn)象，損壞厭氧污泥處理工藝。2活性污泥性狀與泡沫產(chǎn)生機(jī)理2.1泡沫的微生物類群組成根據(jù)澳大利亞維多利亞、新南威爾士與昆士蘭地區(qū)活性污泥污水廠

7、產(chǎn)生的泡沫問題進(jìn)展的調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Microthrix parvicella 微絲 菌，Nocardia amarae,Nocardia pinensis諾卡氏菌群是最常見的泡沫微生物，其次是0092型，0914型，0041型；而美國販和起泡微 生物由多到少的出現(xiàn)頻率為 Nocardia pinen sis,Nocardia amarae,Microthrix parvicella。以上說明，不同地區(qū)產(chǎn)生泡沫的微生物類群和數(shù)量有差異，但幾乎所有地區(qū)的泡沫中都檢出了占優(yōu)勢的 Nocardia菌群；同時還報(bào)道："，在南非、美國、德國、日本膨脹的污泥 中發(fā)現(xiàn)Nocardia菌群分別占優(yōu)勢

8、絲狀菌出現(xiàn)頻率的第 & 1、14、5位。 可見，Nocardia菌群是活性污泥異常運(yùn)行膨脹，泡沫時常出現(xiàn)的微生 物。2.2 泡沫組成微生物性質(zhì)與其形成機(jī)理在活性污泥中經(jīng)常能觀察到的 Nocardia菌群是有分支的，直徑為 0.5卩m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，在反響器或沉淀池外表積存。當(dāng)混合液中Nocardia > 106intersections/gVSS時，有害的泡沫就會出現(xiàn)：11。研究說明，對含有Nocardia菌群的混合液曝氣，75%-90%以上 Nocardia絲狀菌會

9、上浮形成泡沫，其在泡沫中的濃度極高，要比在混合 液中多1050倍。泡沫中的微生物需要MCR較長，N.amarae在完全混合活性污泥中 是一個弱競爭者，在缺氧狀態(tài)下存在NQ或NQ不生長，N.amarae脫 氮作用只能從NQ和NQ中進(jìn)展，且其速度要比許多絮凝體形成細(xì)菌低。 在嚴(yán)格的厭氧條件下不能生長，也不能吸收含碳物質(zhì)。2.3 影響泡沫形成因素2.3.1 溫度據(jù)研究：6，混合液溫度從13C升至20C，在給定MCRTF能提高 Nocardia菌群數(shù)量；從20°C升到25°C之間，其影響不顯著；在低溫下 的泡沫主要由Rhodococcus紅微菌屬引起，N.pinensis 那么生長

10、于相 對窄的溫度區(qū)間，并且許多生長于40C或更高的熱污水或周圍空氣高溫的環(huán)境中產(chǎn)生泡沫 2。而對于引起污泥膨脹和泡沫的其它放線菌，從 10升至20C,其生長速率加快1/2倍；低溫與無論有無選擇器的完全混 合系統(tǒng)有利于M.parvicella的生長：13。2.3.2 pH 值通過對單一底物的研究認(rèn)為，Nocardia與Rhodococcus菌種的最正 確pH值為7.08.5 ;空氣曝氣活性污泥混合液最優(yōu) pH為7.0，氧氣曝 氣的為6.5因?yàn)榛旌弦航佑|的氣相含有較高的 CG。也有人指出，pH 值降低如硝化作用不利于Nocardia菌的生長，能引起泡沫的明顯減 少。2.3.3 F/M值與底物種類通

11、過對絲狀菌的研究說明：在較咼的 F/M下一般可控制絲狀菌引起 的污泥膨脹，但Nocardia菌所占的數(shù)量上升約6%幾乎在絲狀菌中占 絕對優(yōu)勢，并且泡沫也迅速出現(xiàn)；其它放線菌在微環(huán)境中高底物濃度如為液相中的100倍以上下也會大量增殖亦即卩max增長規(guī)律和高的 Ks值，產(chǎn)生泡沫。這樣高的底物濃度可能存在于如下微環(huán)境中： 在污泥絮體與水之間的界面上，其上吸附了進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷并予 以蓄積； 在污泥絮體中存在死的細(xì)胞，它能使其它種細(xì)菌進(jìn)展腐生增殖； 在不溶性的底物與水之間的界面上，如同跟水中的疏水物質(zhì)那樣； 在水與氣的界面上外表和氣泡，在其上底物可通過外表活性物 質(zhì)而積累。此外，底物的種類與泡沫的產(chǎn)生也

12、有許多相關(guān)關(guān)系。經(jīng)過對 Vitro 污水廠產(chǎn)生泡沫的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：分支絲狀菌 N.amarae是主要泡沫微生物， 且脂肪酸是其唯一碳源，它的存在能增加 N.amarae的增長。跟相似于Nocardia菌的放線菌不同，M.Parvicella 絲狀菌具有很 高的比營養(yǎng)需求量，這種微生物喜歡長鏈脂肪酸如油酸做為其碳源。因 此，在含有高負(fù)荷脂、油和皂類的情況下，有優(yōu)先繁殖M.parvicella菌的危險(xiǎn)：；特定不生物降解或僅緩慢生物降解的外表劑濃度和疏水性 底物會導(dǎo)致放線菌Actinomycetes的過量增殖：14。非離子外表活性劑廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、日常生活等領(lǐng)域，如美 國的城市排水中其濃度為120

13、mg/L,美國研究者對lgepa1C-620和 Neodo125-7兩種外表活性劑的研究結(jié)果說明，緩慢可生物降解的外表活性劑能顯著增加含Nocardia菌群污泥中的泡沫。且泡沫呈典型的褐色， 包含和吸收較高的懸浮固體SS，并增加了混合液高度。其他人也證實(shí)， 外表活性劑，類脂化合物，幾種疏水難降解顆粒底物能引起放線菌的增 殖，導(dǎo)致反響器和沉淀池表層產(chǎn)生泡沫浮渣。2.3.4 運(yùn)行條件觀察發(fā)現(xiàn)，離心循環(huán)泵產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力損壞密實(shí)的活性污泥絮狀體， 從破損的細(xì)胞中釋放出來的外表活性蛋白質(zhì)、類脂化合物有限長鏈脂肪酸的增多，能導(dǎo)致放線菌、微絲菌的增殖，產(chǎn)生過量泡沫玄；在瑞典的大斯德哥爾摩Great Stoc

14、kholm地區(qū)的3個污水廠出現(xiàn)了嚴(yán)重的厭氧 消化泡沫，顯微鏡觀察的結(jié)果是泡沫污泥表現(xiàn)出網(wǎng)狀絲狀菌 M.Parvicella結(jié)構(gòu)，形態(tài)上長的圈狀絲狀菌因厭氧條件變成了短和細(xì)的 絲狀菌15。3 泡沫控制技術(shù)3.1控制MCR與選擇器技術(shù)根據(jù)組成，泡沫微生物性質(zhì)和成泡機(jī)理，使采用調(diào)節(jié)MCRT口選擇器 相結(jié)合的技術(shù)控制泡沫成為可能。 首先，對Nocardia的控制方面，根據(jù) N.amarae菌群在完全混合活性污泥中是一個弱競爭者，且反硝化很慢的特點(diǎn)，提出在適當(dāng)?shù)腗CR值時，用好氧選擇器可有效控制 Nocardia泡 沫骯;減少M(fèi)CR是一種成功的控制泡沫方法:17:;也有人研究報(bào)道，可 通過降低MCR去除

15、N.amarae泡沫，他們對一個采用活性污泥法的污水 廠采用MCR汞6d,同時回流活性污泥加氯成功地控制了 Nocardia泡沫。 在文獻(xiàn)9中的研究結(jié)果是：從 MCR由1.5d到15d圍，MCR升高， Nocardia菌群普遍升高，并且 MCRT=2d能有效控制Nocardia菌泡沫； MCRT=5,d用好氧選擇器控制 Nocardia菌泡沫有效；MCRT=10,d用好氧 選擇器控制Nocardia菌泡沫無效；MCRT=12d用缺氧選擇器可控制硝化 污泥中的Nocardia菌泡沫。另外，MCRT勺采用還與溫度氣候與試驗(yàn)規(guī)模等因素有關(guān)，他們的 試驗(yàn)結(jié)果見表1,由表1可見，不管是小試或生產(chǎn)性試驗(yàn)規(guī)

16、模，溫度升 高，采用的MCR值降低。表1控制Nocardia泡沫時MCR與溫度關(guān)系試驗(yàn)規(guī)模小試小試生產(chǎn)性試驗(yàn)夏季生產(chǎn)性試驗(yàn)冬季溫度/ r16242218MCRT/d2.2注：地點(diǎn) Sacramento,Calif.在美國，根據(jù)Nocardia菌產(chǎn)生泡沫的具體情況，采用不同 MCRT空 制泡沫的污水廠數(shù)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。圖1美國控制Nocardia泡沫時采用不同MCR值的污水廠數(shù)目統(tǒng)計(jì)局部同時，以上泡沫控制技術(shù)還可與控制污泥膨脹等活性污泥異常運(yùn)行 情況相結(jié)合，綜合調(diào)節(jié)活性污泥運(yùn)行工藝。如針對Phonenix活性污泥污 水廠一直存在著在連續(xù)的膨脹污泥環(huán)境下， 相當(dāng)?shù)偷腗LSS和S

17、RT較短的 情況下運(yùn)行狀況，采用DO為00.3mg/L的缺氧選擇器，結(jié)果：當(dāng)總氮 復(fù)原約75%寸，曝氣的缺氧選擇器可以對污泥的膨脹全部控制；Nocardia 泡沫可以初步控制，在泡沫外表直接噴灑高濃度的氯2 0003 000mg/L 很容易消除泡沫製。在類脂化合物、疏水難降解的顆粒底物以與機(jī)械應(yīng)力、接種等條件 時易引起放線菌的污泥膨脹和泡沫上浮。一些人認(rèn)為，任一 MCR下的放線菌與0092型均能引起低負(fù)荷膨脹和上浮；而另一些人那么證實(shí)，低的 MCRT*6d、用缺氧選擇器成功地抑制了放線菌的上浮和低負(fù)荷膨脹與 泡沫上?。贿€有人的研究結(jié)果是，用缺氧選擇器或厭氧選擇器不能有效 控制M.Parvice

18、lla 的生長阿；也有人用好氧選擇器在低的固體停留時 間SRT和缺氧選擇器在任何SRT條件下都可以控制放線菌的過量增長:19。3.2 選擇性泡沫浮選或淘汰SFWSFW法是將載有Nocardia等起沫微生物泡沫溢流至系統(tǒng)外以得以去 除。用帶有自由液面的40L曝氣池和設(shè)擋板的二沉池進(jìn)展試驗(yàn)的結(jié)果是 20 : 20d 后，Nocardia 絲狀菌到達(dá) 11 x 106 intersections/gVSS;以后15d，其值在9x 10611X106之間波動，去除二沉池?fù)踉?23d后， Nocardia菌數(shù)量降至1X1062.5 x 106之間，重裝消泡裝置72d后， Nocardia數(shù)量又增加到6

19、X106。他們認(rèn)為，這主要是由于延長了 MCRT 使之高于混合液中其它微生物的原因。后者在亞特蘭大Utoy Greet的WPC污水廠研究說明，使用增加曝氣量，控制MCRT以從混合液中去除 起泡微生物，允許載有Nocardia的泡沫從曝氣池中溢流到相鄰池子里去 除，得到很好的泡沫去除效果：21。1987年在南非通過選擇性浮選，泡 沫浮渣形成微生物可在24h大量從活性污泥中去除掉：220泡沫去除后， 生物相中的絲狀菌明顯減少，而去除的泡沫中幾乎都是絲狀菌，大于95% 的泡沫微生物能在最初的約4h去除；去除速度不取決于Nocardia泡沫 微生物種類，但依賴于初始泡沫中的微生物濃度。在一些文獻(xiàn)中報(bào)告

20、的 其它經(jīng)驗(yàn)也肯定了這種措施是成功的。3.3 其它方法添加化學(xué)藥劑如Cl2，HO, Q,聚合Al鹽等和上部攪拌：佝也是 控制泡沫的常用方法。有報(bào)道，通過在曝氣池中添加Q26mg/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) 麗：污泥沉 降性能好轉(zhuǎn)了，在去除 COD TOC SS, PO； P，TN方面無不同，硝 化作用增強(qiáng)了，出水水質(zhì)變好。向出現(xiàn)嚴(yán)重Nocardia泡沫的terminal污水廠反響器中投加陽離子 聚合物，3d后泡沫鏟除，其機(jī)理是：投加的陽離子聚合物與廢水外表存 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(jìn)入活 性污泥絮體中：24 0采

21、用去除表層泡沫的分類選擇器，可減少Nocardia的含量；向選擇 器中添加可降解的非離子外表活性劑可進(jìn)一步降低混合液中的Nocardia 水平。4結(jié)論活性污泥工藝中產(chǎn)生泡沫的機(jī)理和影響因素是復(fù)雜的，并且經(jīng)常與 污泥膨脹等異常情況同時出現(xiàn)：2526 0因此，應(yīng)該根據(jù)具體情況采用相應(yīng) 不同的控制技術(shù)。美國局部活性污泥污水廠控制 Nocardia泡沫的策略與 其成功率如表2所示。有趣的是，其中58家污水廠直接用水噴灑泡 沫，收到了很高的成功率88%,當(dāng)然，假設(shè)停止噴灑水，泡沫又會重新 出現(xiàn)。表2美國活性污泥污水廠控制泡沫的策略與成功率局部泡沫控制策略策略使用污水廠數(shù)目成功率/%降低MCRT4473投

22、加氯氣4858用水噴灑5888用消泡劑3520降低曝氣時間560綜合上述，控制活性污泥法中產(chǎn)生的泡沫問題，應(yīng)根據(jù)活性污泥運(yùn) 行理論，結(jié)合工程實(shí)踐全面分析其產(chǎn)生的機(jī)理，并考慮控制措施的經(jīng)濟(jì) 性、技術(shù)性、可行性等因素來采用相應(yīng)措施一種或多種，才能經(jīng)濟(jì)、 合理、徹底地解決活性污泥工藝中的泡沫問題。基金工程：國家自然科學(xué)基金編號59778024和省自然科學(xué)基金資助項(xiàng) 目。作者單位：董文藝市規(guī)劃國土局羅湖分局518000參考文獻(xiàn):1 WA Pretorious,C J P Laubscher.Control of biological scum in activated sludge pla nts b

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