活性污泥法中泡沫问题的产生与控制技术

筑龙网活性污泥法中泡沫问题的产生与控制技术丁峰彭永臻董文艺王淑莹高春娣周利提要对国内外活性污泥法中产生泡沫的危害机理及影响因素的研究结果表明诺卡氏菌群微丝菌放线菌的过量增殖是泡沫产生的主要原因∀它与温度值ΦΜ值及底物种类工艺运行条件密切相关结合活性污泥动力学污泥膨胀理论和工程实践综合控制泡沫的技术措施有控制与选择器技术技术分类选择器技术和喷洒各种药剂等∀关键词活性污泥法泡沫控制细胞平均停留时间选择器引言国家自然科学基金编号和黑龙江省自然科学基金资助项目∀采用活性污泥法处理污水过程中在反应器曝气池与沉淀池内出现的泡沫问题很早就引起人们的关注∗∀多年的研究表明泡沫的产生不仅直接与起沫微生物的类群相关而且与废水性质温度等活性污泥状况工艺运行条件如细胞平均停留时间反应器构型机械应力ΦΜ等有关产生机理非常复杂∀本文在大量查阅中外文献基础上对泡沫产生的普遍性危害性特别是其产生的机理和影响因素分别进行了探讨并给出了较成功的泡沫控制技术措施∀泡沫产生的普遍性和危害性据年对澳大利亚采用活性污泥法的污水处理厂调查后发现在维多利亚新南威尔士地区的污水厂有泡沫问题在昆士兰地区的污水厂受到泡沫的严重影响这其中又受到污泥膨胀的影响美国的家采用活性污泥法的污水厂中的污水厂受泡沫困扰法国约的污水厂产生泡沫香港个污水厂有个由于不良运行产生了泡沫据不完全统计在我国采用活性污泥法的城市污水处理厂近出现过不同程度的泡沫问题特别在南方地区还经常与活性污泥法异常运行状态如丝状菌膨胀粘性物质积聚成浮渣等同时发生∀泡沫一般具有粘滞性它会使大量固体陷入曝气池的漂浮泡沫层并产生漂浮层的翻转降低曝气池的充氧效率特别是机械曝气情况在纯氧密封活性污泥系统泡沫会进入氧压机引起火灾当流入沉淀池时在沉淀池挡板下会增加出水悬浮固体引起出水水质恶化泡沫积累还能产生腐败且在寒冷天气会结冰影响正常运行含有泡沫的剩余污泥在厌氧消化中引起严重的起泡现象损坏厌氧污泥处理工艺∀活性污泥性状及泡沫产生机理泡沫的微生物类群组成根据澳大利亚维多利亚新南威尔士及昆士兰地区活性污泥污水厂产生的泡沫问题进行的调查结果发现微丝菌诺卡氏菌群是最常见的泡沫微生物其次是型型型而美国和香港起泡微生物由多到少的出现频率为∀以上表明不同地区产生泡沫的微生物类群和数量有差别但几乎所有地区的泡沫中都检出了占优势的菌群同时还报道在南非美国德国日本膨胀的污泥中发现菌群分别占优势丝状菌出现频率的第位∀可见菌群是活性污泥异常运行膨胀泡沫时常出现的微生物∀泡沫组成微生物性质及其形成机理在活性污泥中经常能观察到的菌群是有分支的直径为Λ革兰氏阳性产生棕色粘性泡沫的丝状微生物与其它丝状菌相比它们虽不给水排水ςολΝο筑龙网直接引起污泥膨胀但在它们的菌丝中存有气泡易上浮成泡沫在反应器或沉淀池表面积存∀当混合液中∴时有害的泡沫就会出现∀研究表明对含有菌群的混合液曝气∗以上丝状菌会上浮形成泡沫其在泡沫中的浓度极高要比在混合液中多∗倍∀泡沫中的微生物需要较长在完全混合活性污泥中是一个弱竞争者在缺氧状态下存在或不生长脱氮作用只能从和中进行且其速度要比许多絮凝体形成细菌低∀在严格的厌氧条件下不能生长也不能吸收含碳物质∀影响泡沫形成因素温度据研究混合液温度从ε升至ε在给定下能提高菌群数量从ε升到ε之间其影响不显著在低温下的泡沫主要由红微菌属引起则生长于相对窄的温度区间并且许多生长于ε或更高的热污水或周围空气高温的环境中产生泡沫∀而对于引起污泥膨胀和泡沫的其它放线菌从升至ε其生长速率加快倍低温及无论有无选择器的完全混合系统有利于的生长∀值通过对单一底物的研究认为与菌种的最佳值为∗空气曝气活性污泥混合液最优为氧气曝气的为因为混合液接触的气相含有较高的∀也有人指出值降低如硝化作用不利于菌的生长能引起泡沫的明显减少∀ΦΜ值与底物种类通过对丝状菌的研究表明在较高的ΦΜ下一般可控制丝状菌引起的污泥膨胀但菌所占的数量上升约几乎在丝状菌中占绝对优势并且泡沫也迅速出现其它放线菌在微环境中高底物浓度如为液相中的倍以上下也会大量增殖亦即Λ增长规律和高的Κ值产生泡沫∀这样高的底物浓度可能存在于如下微环境中在污泥絮体与水之间的界面上其上吸附了进水的有机负荷并予以蓄积在污泥絮体中存在死的细胞它能使其它种细菌进行腐生增殖在不溶性的底物与水之间的界面上如同跟水中的疏水物质那样在水与气的界面上表面和气泡在其上底物可通过表面活性物质而积累∀此外底物的种类与泡沫的产生也有许多相关关系∀经过对香港污水厂产生泡沫的调查发现分支丝状菌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的增长∀跟相似于菌的放线菌不同丝状菌具有很高的比营养需求量这种微生物喜欢长链脂肪酸如油酸做为其碳源∀因此在含有高负荷脂油和皂类的情况下有优先繁殖菌的危险特定不生物降解或仅缓慢生物降解的表面剂浓度和疏水性底物会导致放线菌的过量增殖∀非离子表面活性剂广泛应用于工业商业日常生活等领域如美国的城市排水中其浓度为∗美国研究者对和两种表面活性剂的研究结果表明缓慢可生物降解的表面活性剂能显著增加含菌群污泥中的泡沫∀且泡沫呈典型的褐色包含和吸收较高的悬浮固体并增加了混合液高度∀其他人也证实表面活性剂类脂化合物几种疏水难降解颗粒底物能引起放线菌的增殖导致反应器和沉淀池表层产生泡沫浮渣∀运行条件观察发现离心循环泵产生的机械应力损坏密实的活性污泥絮状体从破损的细胞中释放出来的表面活性蛋白质类脂化合物有限长链脂肪酸的增多能导致放线菌微丝菌的增殖产生过量泡沫在瑞典的大斯德哥尔摩地区的个污水厂出现了严重的厌氧消化泡沫显微镜观察的结果是泡沫污泥表现出网状丝状菌结构形态上长的圈状丝状菌因厌氧条件给水排水ςολΝο筑龙网变成了短和细的丝状菌∀泡沫控制技术控制与选择器技术根据组成泡沫微生物性质和成泡机理使采用调节和选择器相结合的技术控制泡沫成为可能∀首先对的控制方面根据菌群在完全混合活性污泥中是一个弱竞争者且反硝化很慢的特点提出在适当的值时用好氧选择器可有效控制泡沫减少是一种成功的控制泡沫方法也有人研究报道可通过降低去除泡沫他们对一个采用活性污泥法的污水厂采用同时回流活性污泥加氯成功地控制了泡沫∀在文献中的研究结果是从由到范围内升高菌群普遍升高并且能有效控制菌泡沫用好氧选择器控制菌泡沫有效用好氧选择器控制菌泡沫无效用缺氧选择器可控制硝化污泥中的菌泡沫∀另外的采用还与温度气候及试验规模等因素有关他们的试验结果见表由表可见不论是小试或生产性试验规模温度升高采用的值降低∀表控制泡沫时与温度关系试验规模小试小试生产性试验夏季生产性试验冬季温度ε注地点在美国根据菌产生泡沫的具体情况采用不同控制泡沫的污水厂数目统计结果见图∀图美国控制泡沫时采用不同值的污水厂数目统计部分同时以上泡沫控制技术还可与控制污泥膨胀等活性污泥异常运行情况相结合综合调节活性污泥运行工艺∀如针对活性污泥污水厂一直存在着在连续的膨胀污泥环境下相当低的和较短的情况下运行状况采用为∗的缺氧选择器结果当总氮还原约时曝气的缺氧选择器可以对污泥的膨胀全部控制泡沫可以初步控制在泡沫表面直接喷洒高浓度的氯∗很容易消除泡沫∀在类脂化合物疏水难降解的颗粒底物以及机械应力接种等条件时易引起放线菌的污泥膨胀和泡沫上浮∀一些人认为任一下的放线菌及型均能引起低负荷膨胀和上浮而另一些人则证实低的用缺氧选择器成功地抑制了放线菌的上浮和低负荷膨胀与泡沫上浮还有人的研究结果是用缺氧选择器或厌氧选择器不能有效控制的生长也有人用好氧选择器在低的固体停留时间和缺氧选择器在任何条件下都可以控制放线菌的过量增长∀选择性泡沫浮选或淘汰法是将载有等起沫微生物泡沫溢流至系统外以得以去除∀用带有自由液面的曝气池和设挡板的二沉池进行试验的结果是后丝状菌达到≅以后内其值在≅∗≅之间波动去除二沉池挡渣板后菌数量降至≅∗≅之间重装消泡装置后数量又增加到≅∀他们认为这主要是由于延长了使之高于混合液中其它微生物的原因∀后者在亚特兰大的污水厂研究表明使用增加曝气量控制以从混合液中去除起泡微生物允许载有的泡沫从曝气池中溢流到相邻池子里去除得到很好的泡沫去除效果∀年在南非通过选择性浮选泡沫浮渣形成微生物可在内大量从活性污泥中去除掉∀泡沫去除后生物相中的丝状菌明显减少而去除的泡沫中几乎都是丝状菌大于的泡沫微生物能在最初的约内去除去除速给水排水ςολΝο筑龙网度不取决于泡沫微生物种类但依赖于初始泡沫中的微生物浓度∀在一些文献中报告的其它经验也肯定了这种措施是成功的∀其它方法添加化学药剂如聚合盐等和上部搅拌也是控制泡沫的常用方法∀有报道通过在曝气池中添加∗成功地抑制了菌不正常增殖产生的泡沫∀并且还发现污泥沉降性能好转了在去除方面无不同硝化作用增强了出水水质变好∀向出现严重泡沫的污水厂反应器中投加阳离子聚合物后泡沫根除其机理是投加的阳离子聚合物与废水表面存在的稳定泡沫的接触作用和聚合物絮凝使丝状菌分散进入活性污泥絮体中∀采用去除表层泡沫的分类选择器可减少的含量向选择器中添加可降解的非离子表面活性剂可进一步降低混合液中的水平∀结论活性污泥工艺中产生泡沫的机理和影响因素是复杂的并且经常与污泥膨胀等异常情况同时出现∗∀因此应该根据具体情况采用相应不同的控制技术∀美国部分活性污泥污水厂控制泡沫的策略及其成功率如表所示∀有趣的是其中家污水厂直接用水喷洒泡沫收到了很高的成功率当然若停止喷洒水泡沫又会重新出现∀表美国活性污泥污水厂控制泡沫的策略及成功率部分泡沫控制策略策略使用污水厂数目成功率降低投加氯气用水喷洒用消泡剂降低曝气时间综合上述控制活性污泥法中产生的泡沫问题应根据活性污泥运行理论结合工程实践全面分析其产生的机理并考虑控制措施的经济性技术性可行性等因素来采用相应措施一种或多种才能经济合理彻底地解决活性污泥工艺中的泡沫问题∀参考文献∗∗∗∗∗∗∗王凯军活性污泥膨胀的机理与控制北京中国环境科学出版社∗∗∗给水排水ςολΝο筑龙网杨宝林活性污泥膨胀的特性研究中国给水排水∗周利彭永臻等丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制环境科学进展∗崔和平彭永臻等关于污泥膨胀研究的现状与展望哈尔滨建筑大学学报∗本研究由北京市教委科技发展计划项目资助∀好氧生物选择器与厌氧缺氧选择器相比有处理效率高效果稳定泥水接触时间短等优点∀国外学者对好氧选择器进行了大量的研究但对生物选择器系统中曝气池的运行参数研究得较少∀设置了生物选择器后曝气池内的底物分布生物相组成等都发生了变化动力学参数与不设置生物选择器的情况也不一样因此有必要就好氧生物选择器工艺中曝气池停留时间泥龄等运行参数对处理效率污泥沉降性能的影响作较深入的研究这对新建污水厂的工艺选择及现有污水处理系统曝气池的改造具有一定的参考价值∀生物选择器的工作机理动力学选择性机理活性污泥中不同类群的细菌的生长都服从方程