淺談活性污泥中的泡沫問題

曾鳳鳴，張 沖，陳賢文，韓志剛

（福州北環(huán)環(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司，福州 350002）

活性污泥法是目前國內(nèi)外廣泛采用的一種污水處理工藝，發(fā)展至今已有近百年的歷史，并且發(fā)展?jié)摿薮?。但采用活性污泥法的污水處理廠在運行中，由于水量水質(zhì)變化、環(huán)境因素變化、工藝參數(shù)控制不當(dāng)?shù)龋毡榇嬖谂菽瓎栴}。泡沫的存在，不僅影響了環(huán)境的美觀，還會給污水處理廠的操作、運行和出水水質(zhì)的控制帶來一定的困難。在工藝調(diào)試初期，大量泡沫會帶走初期接種的污泥，致使調(diào)試難度增大，調(diào)試時間延長；大量的泡沫會污染池壁和過道，引起一系列的安全問題；增加出水的BOD和SS濃縮， 影響出水水質(zhì)。

1 活性污泥工藝中泡沫的產(chǎn)生

選擇性浮選理論能較好地對活性污泥過程中的發(fā)泡現(xiàn)象進行解釋。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，因此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。

活性污泥法過程中產(chǎn)生的泡沫可以分成如下4種形式。

1.1 啟動泡沫

（1）曝氣池啟動初期，曝氣池中的污泥對污水的水質(zhì)并不適應(yīng)，對生長環(huán)境的不適應(yīng)，容易形成泡沫。隨著污泥對水質(zhì)的適應(yīng)，泡沫會減少。

（2）曝氣池啟動初期，污泥相對較少，污泥負荷較高，容易產(chǎn)生泡沫。污泥量增加后，泡沫會逐漸消失。

（3）活性污泥工藝運行啟動初期，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。

1.2 反硝化泡沫

活性污泥處理系統(tǒng)以低負荷運轉(zhuǎn)時， 在沉淀池或曝氣不足的地方會發(fā)生反硝化作用而產(chǎn)生氮氣， 氮氣的釋放在一定程度上會降低污泥密度并帶動部分污泥上浮，從而出現(xiàn)泡沫現(xiàn)象，產(chǎn)生的懸浮泡沫通常不很穩(wěn)定。

1.3 表面活性劑泡沫

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)，而極性基團選擇性地被親水物質(zhì)所吸附，使親水性物質(zhì)的表面轉(zhuǎn)化成疏水性物質(zhì)而黏附在氣泡水膜上，隨氣泡一起上浮至水面。

1.4 生物泡沫

（1）與泡沫有關(guān)的微生物大都含有脂類物質(zhì)，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。

2 影響泡沫產(chǎn)生的因素

泡沫的形成可以歸結(jié)為水體的黏度增高所致，導(dǎo)致黏度增高的原因主要有：水體有機物含量過高、曝氣池混合液活性污泥老化、進流水富含洗滌劑或表面活性劑絲狀菌膨脹等。在以往的研究中，人們往往只注意這些泡沫產(chǎn)生的原因，而忽略了泡沫能夠穩(wěn)定存在的其他因素。其中，水體中的各種懸浮雜質(zhì)、無機鹽類和膠體物質(zhì)[1]，這些物質(zhì)單獨存在幾乎不發(fā)泡，但是有助于形成的泡沫的穩(wěn)定性。

影響泡沫產(chǎn)生的因素有以下幾種。

2.1 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，其中Nocardia amarae的生長周期在4～7天，Nocardia pinesis在6～10天，而Microthrix parvicella可長達10～21天。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。

2.2 pH值

不同的絲狀微生物對pH的要求不一樣，Nocardia amarae的生長對pH值極敏感， 最適宜的pH值為7.8，Microthrix parvicella最適宜pH值為7.7～8.0[2]。據(jù)文獻報道，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。這主要是因為低的pH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。

2.3 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)是低負荷運行時，容易產(chǎn)生反硝化泡沫。

2.4 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。如：Nocardia amarae為23℃～27℃，生長范圍相對較窄，Microthrix parvicella的適應(yīng)范圍很廣，為8℃～35℃，適合的生長環(huán)境是低溫（≤15℃）。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。究其原因，主要是因為溫度較低時，Microthrix parvicella可以利用長鏈脂肪酸作為其碳源和能源。此外，氣溫和水溫的變化會影響氣泡內(nèi)的壓力和氣壓之間的壓力差，影響氣泡的積聚程度。在實際工程中往往會看到夜間泡沫的積累量比白天的積累量大，這不僅與陽光的照射有關(guān)，也和氣溫與水溫差有關(guān)。

2.5 污泥負荷

研究表明， 在較高的F/M下， Nocardia amarae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)。而Microthrix parvicella卻比較適合在較低的污泥負荷下生長， 絲狀菌對生長環(huán)境要求低，具有增值速率快[3]、吸附能力強以及在低基質(zhì)濃度條件下生活能力很強的生理特征。

活性污泥處理系統(tǒng)以低負荷率運轉(zhuǎn)時，氨氮可轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，硝酸鹽在沉淀污泥中存在會導(dǎo)致脫氮現(xiàn)象。使微小的氮氣氣泡釋放出來，從而使污泥的密度減小，有利于其上浮。

2.6 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度低的區(qū)域。

2.7 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(rèn)為是 Nocardia amarae的唯一碳源，因此當(dāng)進水中有脂肪酸存在時，發(fā)泡機率就會大大增加。與放線菌不同，Microthrix parvicella 具有很高的營養(yǎng)需求，喜歡長鏈脂肪酸如油酸作為其碳源，因此在含有高負荷脂、油和皂類的情況下，有優(yōu)先繁殖Microthrix parvicella的危險。

3 控制措施

控制活性污泥法中產(chǎn)生的泡沫問題，應(yīng)根據(jù)活性污泥運行理論，結(jié)合工程實踐全面分析其產(chǎn)生的機理，并考慮控制措施的經(jīng)濟性、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、合理、徹底地解決活性污泥工藝中的泡沫問題。

近年來，活性污泥過程中泡沫問題的控制技術(shù)得到了較大的發(fā)展，但是這些技術(shù)大都有較強的針對性，在使用時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際情況加以選擇。

3.1 噴灑水

高速噴灑的水流或水珠能打碎浮在水面的氣泡，被打散的部分污泥顆粒重新恢復(fù)沉降性能，可以減少泡沫。通過噴灑水，可以減少泡沫，如果對好氧池做噴淋，則可以達到長期消泡的效果。盡管噴灑水不能從根本上消泡，卻是一種最簡單、最常用的物理方法。

3.2 縮短污泥停留時間

大量研究表明， 降低曝氣池的污泥停留時間，也就是降低細胞平均停留時間，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。

雖然縮短細胞平均停留時間能將系統(tǒng)中大部分生長緩慢的絲狀細菌排出系統(tǒng)之外，減少生物浮沫的量，但同時也會排除世代時間較長的硝化細菌和反硝化細菌，影響生物處理系統(tǒng)的脫氮效果。

3.3 投加化學(xué)藥劑

投加化學(xué)藥劑可以在短時間內(nèi)解決泡沫問題，而且操作簡單。但投加化學(xué)藥劑在解決泡沫問題的同時也會對污泥產(chǎn)生很大的影響，而且使用化學(xué)藥劑后，對出水水質(zhì)會產(chǎn)生較大影響和剩余物質(zhì)的處理也都是問題。

（1）投加氯和氧化劑

在活性污泥中加氯以控制生物泡沫的產(chǎn)生的方法比較常見，在美國和澳大利亞將其作為一種最常見和最有效的方法。

投加低濃度H2O2也可控制污水處理廠生物泡沫產(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，并能改善菌膠團菌生活的微環(huán)境，促進菌膠團菌的生長，在泡沫發(fā)生的敏感期間，預(yù)先投加低濃度的H2O2能較好地防止泡沫產(chǎn)生。

（2）投加混凝劑

投加陽離子聚丙烯酰胺的方法也被證明是有效控制生物浮沫的方法。投加鐵鹽、鋁鹽等混凝劑可以通過其凝聚作用提高污泥的壓密性來改善污泥的沉降性，減少生物浮沫。

（3）投加消泡劑和植物油

消泡劑可降低水的表面張力，一方面它能在液面鋪展開，消泡劑分子取代起泡劑分子，形成強度較差的膜；另一方面它會在鋪展過程中帶走鄰近表層的部分溶液，使泡沫液膜變薄，降低泡沫的穩(wěn)定性，防止或減少泡沫的形成。但消泡劑可能被加溶，開始加入消泡劑時，其在液面的鋪展速度大于加溶速度，表現(xiàn)出較好的消泡效果，但經(jīng)過一段時間后，隨著消泡劑被逐步加溶，其消泡效果相應(yīng)減弱。噴灑植物油進行消泡處理的效果較好[1]，因為植物油在水面也具有良好的鋪展性能。

3.4 提高曝氣池的有機負荷率

增加進水的負荷或提高曝氣池中有機物的負荷率，可以使得菌膠團細菌競爭超過絲狀細菌，優(yōu)先生長，通常增加污泥的負荷可有效控制泡沫和浮渣的形成。但若增加對起泡絲狀菌能優(yōu)先利用的底物負荷（如烷烴，或者間接的表面活性劑），或者可供Microthrix parvicella優(yōu)先利用的底物（如脂肪和油）[4]，反而會導(dǎo)致這些泡沫和浮渣形成微生物的增殖。

3.5 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。但利用此法在幾個污水處理廠進行實際操作時，并沒有取得像實驗室那樣的成功。這是由于厭氧消化池上清液中含有高濃度的好氧底物和氨氮，它們都會影響最后的出水質(zhì)量，因此應(yīng)慎重采用。

4 結(jié)語

污水處理廠活性污泥法中產(chǎn)生的泡沫不僅直接與起沫微生物的類群相關(guān)，而且與廢水性質(zhì)、活性污泥狀況、工藝運行條件有關(guān)。目前已經(jīng)展開了大量的研究并且也取得了一定的成果。但是活性污泥法中產(chǎn)生泡沫的機理及其影響因素都較為復(fù)雜，并且經(jīng)常會與污泥膨脹等其他異常情況同時出現(xiàn)，在對其控制上缺乏廣泛有效的手段，很多方面還有待于進一步的研究。污水處理廠應(yīng)根據(jù)自身工藝特點探索預(yù)防和控制方案，主要從以下幾個方面加強檢測和管理：

（1）加強水質(zhì)檢測，以利于分析產(chǎn)生泡沫的原因，從而采取相應(yīng)的措施；

（2）認(rèn)真分析水質(zhì)化驗報告，提早預(yù)防；

（3）在灑水消泡、調(diào)整運行參數(shù)等常規(guī)措施失效的情況下，可以投加如次氯酸鈉溶液等滅菌劑，但要注意用量，以免污泥全部死亡。

總體來說，控制活性污泥法中產(chǎn)生的泡沫，應(yīng)根據(jù)活性污泥運行理論，結(jié)合工程實踐全面分析其產(chǎn)生機理，并考慮控制措施的經(jīng)濟性、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、合理、徹底地解決活性污泥工藝中的泡沫問題。

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[2]范舉紅，周愛姣.A2/O工藝中泡沫的成因分析及控制措施[J].工業(yè)用水與廢水，2008，39（5）：53-55.

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