2018318生物池泡沫成因及控制讲义

1生物池泡沫成因及控制（2018年3月培训讲义）主讲：成荣焕2目录1、生物泡沫的成因...........................................................................................................32、生物泡沫的分类...........................................................................................................33、生物泡沫的影响因素...................................................................................................34、生物泡沫的控制措施...................................................................................................45、物理及应急控制方法...................................................................................................53泡沫问题已经成为近年来活性污泥法运行操作中较为突出的问题，严重影响了出水水质和工艺的正常运行。1、生物泡沫的成因对于活性污泥法运行过程中的泡沫问题，过去主要归功与进水中表面活性物质的大量存在，但是近年来大量研究表明，曝气过量产生的泡沫，主要是由于污泥中一些微生物的过度增殖而产生的泡沫。现在研究表明，当污泥中微丝菌和诺卡氏菌大量存在时会形成稳定的泡沫。曝气系统的连续运行使得曝气池内气液两相得以充分的接触，在液相中产生大量的气泡。进入水中带入的或者微生物自生所产生的生物表面活性剂的存在能降低液体的表面张力，使得气泡具有一定的弹性而不易破灭。另外，气泡上升过程中还会对液体中的固体颗粒进行浮选，在这过程中一些具有疏水表面的固体颗粒就会再气泡间产生架桥作用，减小各个原本分散的气泡间的距离，从而这些固体颗粒就会与气泡结合，产生更为稳定的泡沫。但活性污泥中发泡微生物的浓度必须达到一定的阈值水平才能引起生物泡沫。缓慢可生物降解的表面活性剂能显著增加诺卡氏菌群污泥中的泡沫，且泡面膜呈典型的褐色，包含和吸收较高的悬浮固体（SS），并增加了混合液的浓度。也有人证实，表面活性剂、脂类化合物以及部分疏水难降解颗粒能英气放线菌的增殖，导致反应器和沉淀池表层产生泡沫浮渣。与泡沫有关的微生物大都含有脂类物质，因此使这类微生物比水轻，易漂浮到水面。同时与泡沫有关的微生物大都是丝状或枝状，易形成网，能捕扫微粒和气泡等，并浮到水面，被丝网包围的气泡，增加了其表面张力，使气泡不易破碎，泡沫就更加稳定。此外，形小、质轻和具有疏水性的颗粒易利用气泡气浮，所以，当水中存在油、脂类物质和含脂微生物时，则易产生表面泡沫现象。2、生物泡沫的分类1）、按成因分主要包括如下4种类型：（1）启动泡沫。活性污泥法运行初期，由于无水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。泡沫呈白色且质轻，稳定性较差，随着活性污泥的成熟，这些表面活性物质经生物降解，泡沫逐渐消失。（2）反硝化泡沫。活性污泥处理系统低负荷运行时，在沉淀池或曝气池不足的地方会发生反硝化作用而产生氮气，氮气的释放在一定程度上减小污泥密度并带动部分污泥上浮，从而出现泡沫现象，产生的悬浮泡沫通常不是很稳定。（3）表面活性剂泡沫。能生物降解的洗涤剂的大量使用或胶体有机物质以及各类烃类的大量流入都易引起生化池表面产生泡沫。如果这种进水偶尔存在，发泡过程仅在短时间内造成影响，若持续存在，长时间地运行会发展成稳定的生物泡沫。（4）生物泡沫。由于活性污泥中某些微生物的异常生长，曝气过程中气泡会通过选择性浮选与微生物机体结合生成稳定的泡沫。这种现象可用压缩为三种组分的系统来描述：稳定的生物泡沫=微生物+气泡+絮粒。生物泡沫粘度大，呈褐色，稳定性强，悬浮颗粒可达50g/L。泡沫层相对密度大约是0.7g/L，一般情况下很难将其吹走。2）、按表观颜色可分为如下4中类型：（1）、棕黄色泡沫。接近污泥颜色，一般产生的数量不多，易破碎，当活性污泥处于老化状态时易产生。（2）、灰黑色泡沫。泡沫中带有黑色颗粒，当活性污泥处于缺氧状态时产生，也有可能是系统中有黑色染料进入。(3）、白色泡沫。白色粘稠不易破碎的泡沫常见于污泥负荷过高，粘稠易破碎的泡沫常见4于过度曝气。洗涤剂等表面活性剂的进入也会导致白色泡沫。(4）、彩色泡沫。一般系统中进入有颜色的有机废水时易产生，如石化废水以及含表面活性剂的废水等。1、生物泡沫的影响因素影响生物泡沫形成的因素主要有以下几种：1）、温度。与生物泡沫形成有关的菌类都有各自适宜的生长温度，当环境或水温有利于它们生长时，就可能产生泡沫现象。一般认为，温度较高是生物泡沫主要有放线菌引起，二温度较低时主要有丝状菌引起。有人认为，只有在温度高于14℃时，放线菌才回引起生物泡沫，同时诺卡氏菌的生长温度范围为23-37℃。丝状菌更适宜在12-15℃的较低温度下生长，超过20℃就不会增殖。2）、PH。诺卡氏菌种的最佳PH为7.0-8.5，当PH从7.0下降到5.0-5.6时，能有效减少泡沫的形成。另外，诺卡氏菌的生长对PH极为敏感，最适宜的PH为7.8，当PH为5.0时，能有效控制其生长，而微丝菌最适宜PH为7.7-8.0。3）、溶解氧。诺卡氏菌是好氧菌，在缺氧或厌氧条件下不易生长，但也不死亡。微丝菌却能忍受缺氧状态。也有人认为，较低的曝气池DO浓度是丝状微生物开始增殖的有力因素。4）、污泥停留时间。由于产生泡沫的微生物普遍存在生长速率较低、生长周期较长（大多需要5-10d）的特点，所以污泥停留时间长有利于此类微生物的生长。因此，采用延时曝气方式的活性污泥法更易产生泡沫现象。另外，一旦泡沫形成，泡沫层的生物停留时间就会独立于曝气池内的污泥停留时间，易形成稳定持久的泡沫。5）、污泥负荷。研究表明，在较高的F/M下，诺卡氏菌在放线菌中所占的数量会上升约6%，几乎在放线菌中占绝对优势，并且泡沫也迅速出现。其他放线菌如果其微环境中底物浓度很高（如为液相中的100倍以上）也会大量增殖并产生泡沫。而微丝菌却比较适合在较低的污泥负荷下生长，有报道表明其最佳污泥负荷为0.1kgBOD5/(kgMLSS)。6）、底物种类。底物的种类与泡沫的产生有很大关系。由于大多数发泡微生物具有疏水性，因此疏水性底物更易被这些微生物利用而引发泡沫问题。大量研究表明，进水中存在高水平可乳化的脂肪类物质时极易引起泡沫问题。有试验表明，不溶性或憎水性物质（如油、脂类等）有利于放线菌的生长。因此在含有高负荷脂、油和皂类、脂肪酸的情况下，微丝菌有优先繁殖的危险。7）、曝气方式。不同的曝气方式所产生的气泡不同，而微气泡或小气泡比大气泡更有益于产生生物泡沫，并且泡沫更易集中于曝气强度低的区域。8）、其他运行条件。有人认为曝气池中离心循环泵产生的机械应力会破坏密实的活性污泥絮体，从破坏的细胞中释放出来的表面活性蛋白质会促进放线菌、丝状菌的增殖，产生大量泡沫。2、生物泡沫的控制措施近年来，生化系统泡沫问题的控制技术得到了较大的发展，但这些技术都有较强的针对性，在使用时应根据现场的实际情况加以选择，其中工艺控制方法有以下几种：1）、降低污泥停留时间。大量研究表明，降低曝气池的污泥停留时间能有效控制活性污泥过程中产生的生物泡沫。降低污泥停留时间，实质上是一种生物筛选策略，及利用发泡微生物平均世代时间较长的特点，抑制发泡微生物在曝气池中的过度繁殖或将其排除去，达到控制生物泡沫的目的。实验表明，只要将污泥龄控制在9d以下，就能将曝气池中的诺卡氏菌消除。2）、降低曝气池空气输入率。一方面，降低曝气池中的空气输入率能减少微气泡的生成5量，有效降低选择性浮选的强度，而选择性浮选恰是生物泡沫产生的重要原因；另一方面，降低空气输入率能降低曝气池中的DO浓度，抑制诺卡氏菌等菌属的过度增殖。3）、回流厌氧消化池上清液。由于硝化池上清液对诺卡氏菌有毒性，因此可以通过向曝气池引入硝化池上清液来控制生物泡沫。需要注意的是，由于上清液COD和NH3-N浓度比较高，因此引入上清液有可能会恶化出水水质。4）、提高曝气池的有机负荷率。一般说来，增加进水的负荷或提高曝气池中有机物的负荷率，可以使得菌胶团细菌竞争超过丝状菌，优先生长，可有效控制泡沫盒浮渣的形成。但若增加对丝状菌能优先利用的底物负荷（如烷烃或者间接的表面活性剂），以及脂肪和油类等，反而会导致形成泡沫盒浮渣的微生物增殖。3、物理及应急控制方法1）、喷洒水。这是一种最常见的物理方法。通过喷洒水流或水珠以打碎浮在水面的气泡，来减少泡沫。打散的污泥颗粒部分重新恢复沉降性能，但丝状菌仍然存在于混合液中，所以不能根本消除泡沫现象。2）、投加消泡剂。可以采用具有强氧化剂的杀菌剂，如氯、臭氧和过氧化物等，也可利用聚二乙醇、硅酮生产的市售药剂，以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等。药剂的最用仅仅能降低泡沫的增长，却不能消除泡沫的形成。而广泛应用的杀菌剂普遍存在负作用，因为过量或投加位置不当，会大量降低反应池中菌胶团的数量及生物总量。3）、投加絮凝剂。有试验表明，向出现严重生物泡沫的污水厂反应器中投加阳离子PAM，3d后泡沫根除，其机理：投加的阳离子聚合物与废水表面存在的稳定泡沫接触作用和聚合物絮凝使发泡菌分散进入了活性污泥絮体中。此外，也可投加铁盐、铝盐等混凝剂，通过其凝聚作用提高污泥的压密性来改善污泥沉降性，减少生物浮沫。但是投加混凝剂有一个缺点，就是仅能短期内去除曝气池表面的丝状菌，一般2-3周后又会出现，不具有长效性，仅能作为一种紧急处理的手段，不能长时间使用该法方。