污水资料

1.项目一点政策展会技术评论专题报道资料归档关注法律法规考试频道国家法律地方法规行政法规部门规章环评工程师环境工程师研究生考试其它考试大纲栏目搜索标题立刻搜索首页污水处理工艺技术资料活性污泥污水处理工艺中泡沫的形成与控制研究日期：2006-02-2413:32:35点击：2971上传者：sunkille来源：中国环境工程技术中心摘要：活性污泥曝气池中严重的泡沫现象是一种常见问题，主要是由于Nocardioformactinomycetes和Microthrixparvicella菌属的异样生长造成的。微生物细胞表面的疏水性(CSH)、污泥停留时间(SRT)、pH值、溶解氧(DO)等是丝状菌生长的重要因素。控制泡沫的方法主要有喷洒水、投加化学药剂、降低细胞平均停留时间、调节污水pH值、增设生物选择器、采用连续填料反应器等。关键词：活性污泥工艺泡沫Nocardioformactinomycetes；Microthrixparvicella形成和控制论文作者：王丹虎0引言目前，世界范围内大多数城市污水处理厂采用活性污泥法处理工艺。普遍存在的问题之一就是曝气池表面常常会产生严重的泡沫，大量的泡沫使曝气池表面被覆盖,若从池中溢出会引起外部设备及外部池壁的污染,严重影响了周围的环境，给污水处理厂的运行和管理带来了困难，同时也使出水水质恶化。根据对国内外污水处理厂的调查，大多数都不同程度地受到泡沫问题的影响，特别是采用延时曝气工艺的污水厂更是如此。1泡沫的形成活性污泥工艺中，泡沫的形成一般有以下几种形式，主要包括工艺运行初始时期形成泡沫、反硝化作用起泡、表面活性剂起泡以及生物泡沫等[1]。生物泡沫粘度大，呈黄褐色，具有稳定、持续、较难控制的特点。1.1工艺运行初期形成泡沫曝气池开始运转时，特定表面活性剂对有机物的部分降解作用形成泡沫，并使泡沫迅速增长。这些泡沫一般呈白色且质轻，当活性污泥达到成熟时消失。1.2反硝化作用起泡由于在二沉池或曝气不足的地方会发生反硝化作用，使微小的氮气气泡释放出来，从而使污泥的密度减小，有利于其上浮，产生泡沫现象。这种现象在二次沉淀池中表现明显，且产生的悬浮泡沫通常不稳定。1.3表面活性剂起泡污水中的表面活性剂和淀粉、蛋白质、油脂等表面活性物质在分子结构上都表现为含有极性－非极性基团即所谓双亲分子，在曝气的条件下，非极性基团一端伸入气泡内，而极性基团选择地被亲水物质所吸附，这样亲水性物质的表面被转化成疏水性物质而粘附在气泡水膜上，随气泡一起上浮至水面。各种悬浮物质若混入表面活性剂等产生的泡中，这些物质单独存在并不能发泡,但是可使泡沫稳定。如造纸工业中的微细纸浆，食品工业中的纤维质等。另外，如氯化钠、硫酸钠、硫酸铝等盐类的水溶液,单独存在几乎不产生泡沫,但也有助于泡沫的稳定，使泡沫难以消失，如图1、2、3所示[2]。图1纯水中的气泡图2水中混入表面图3水中混入表面活性剂活性剂的气泡和悬浮物质的气泡Figure1.AfoaminFigure2.AfoaminwaterwithFigure3.Afoaminwaterwithsurfacepurewatersurfaceactiveagentsactiveagentsandsuspendedsubstances1.4生物泡沫目前，普遍认为生物泡沫形成的主要原因是：在各种因素影响下，造成丝状菌和放线菌等微生物的异样生长，丝状菌的比生长速率高于了菌胶团细菌，又由于丝状菌的比表面积较大，因此，丝状菌在取得污水中BOD5物质和氧化BOD5物质所需要的氧气方面都比菌胶团细菌有利得多，结果曝气池中丝状菌成为优势菌种而大量增值，导致生物泡沫的产生。再加上这些微生物大都呈丝状或枝状,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,增加了其表面的张力,使气泡不易破碎,泡沫更加稳定。另外，曝气气泡产生的气浮作用是泡沫形成的主要动力因素。研究发现，与生物泡沫有关的菌属主要有Nocardioformactinomycetes(放线菌)和Microthrixparvicella(丝状菌)等，如图4所示，前者多出现于夏季，后者多出现于冬季[3]。LindaL.Blackall等通过测定Microthrixparvicella等丝状菌的16SrDNA序列，对引起生物泡沫的主要丝状菌进行了分离鉴定和分类[4]，如表1所示。Microthrixparvicella是生成生物泡沫的最重要菌种，其16SrDNA序列信息证实Microthrixparvicell也是一种放线菌，通过电子显微镜观察，其细胞壁上有革兰氏阳性细菌所具有的典型表面，呈单一均质层；EikelboomType0092、EikelboomType0411和EikelboomType1863丝状菌革兰氏染色均呈阴性，16SrDNA序列信息表明三者都属于Flexibacter-Cytophaga-Bacteroides；EikelboomType0803是一种类Proteobacteria，WilliamsandUnz认为根据形态学准则很难区别Microthrixparvicell和EikelboomType0803，但序列信息表明事实上二者没有任何关系，EikelboomType0803与上述各丝状菌都不太相似。D.B.Oerther等利用低（聚）核苷酸探测技术、杂交培植和抗体着色等方法，对生物泡沫中Gordoniaspp.等丝状微生物进行了定量分析。结果表明，Gordoniaspp.等菌体的活性和数量水平的增加与整体微生物群落的活性及数量水平有关，在形成生物泡沫过程中，Gordoniaspp.等丝状微生物自身的物理性质可能比细胞的代谢活性所起的作用要大[5]。图4Nocardiaamarae和Microthrixparvicella[6]Figure4.NocardiaamaraeandMicrothrixparvicella[6]研究表明，丝状菌等微生物细胞表面的疏水性或憎水性（cellsurfacehydrophobicity,CSH）是形成生物泡沫并使之稳定的重要原因。HelenStratton（1998）等从生物泡沫中分离出nocardiform及Rhodococcusrhodochrous等菌种，对细胞表面霉菌酸成分(mycolicacidcontent)，表1与泡沫形成有关的主要菌属Table1.Mainbacteriainvolvedinfoamsforming序号菌种名称革兰氏性种属和形态1NocardiaamaraeG+放线菌(actinomycete)，枝状菌丝2NocardiapinesisG+放线菌,松枝状3Rhodococcussp.G+放线菌,枝状菌丝4MicrothrixparvicellaG+丝状菌(filament)，无鞘无分枝，丝状5EikelboomType0092G-F-C-B门，丝状菌6EikelboomType0411G-F-C-B门，丝状菌7EikelboomType1863G-F-C-B门,类Proteobacteria,丝状菌8EikelboomType0803G-F-C-B门,类Proteobacteria,丝状菌注：F-C-B门表示Flexibacter-Cytophaga-Bacteroidesphylum.以及细胞表面疏水性(CSH)与形成稳定生物泡沫能力之间的关系进行了研究，结果表明：霉酸菌成分并不是形成CSH的唯一原因，CSH也不是生成生物泡沫并使之稳定的唯一因素。CSH随着微生物的培养周期，以及其它条件，如生长温度、碳源等的变化而改变；Rhodococcusrhodochrous中霉酸菌成分也会随着培养周期、温度以及碳源等条件的变化而发生改变；nocardiform细胞表面的霉酸菌成分对其CSH的影响不大[7]。D.Mamais(1998)等认为，长链脂肪酸（慢速生物降解COD）和低温环境是脱氮活性污泥系统中Microthrixparvicella生长的主要原因，絮凝体形成菌去除易生物降解COD的过程也不会影响Microthrixparvicella的生长，长链脂肪酸被去除的量（吸附去除）与Microthrixparvicella的生长量成反比关系[8]；污泥停留时间(SRT)、pH值也会影响生物泡沫的产生。长污泥停留时间有利于Microthrixparvicella等丝状菌微生物的生长，这也是延时曝气工艺更容易引起生物泡沫的原因。另外，溶解氧(DO)以及曝气方式等也是生成泡沫的重要影响因素。如表2所示。表2与优势丝状菌相关的条件[9]Table2.Conditionsbeingrelatedtopredominantfilamentousbacteria产生条件丝状菌种类低DOMicrothrixparvicella,S.Natans,1701低F/MMicrothrixparvicella,0041,0092完全混合式生物反应器H.Hydrossis,Nocardiaspp.,021N,1851,1701腐败性废水/硫化物Beggiatoa,Thiothrixspp.,0914营养不足S.Natans,Thiothrixspp.,021N;可能有H.Hydrossis,0041低pH值fungalbacteria2泡沫的控制根据泡沫形成的机理及其影响因素，可采用物理化学和生物的方法对泡沫进行控制。控制泡沫特别是生物泡沫的实质并非消除Microthrixparvicella等细菌的产生，主要途径就是在曝气系统中建立一个不适宜丝状菌异常生长的环境，抑制其在活性污泥中的过度增殖，使丝状菌与絮凝体形成菌保持平衡的比例生长。2.1物化方法控制泡沫①喷洒水喷洒的水流或水珠能打碎浮在水面的气泡,以减少泡沫。但不能根本消除泡沫现象，是一种最常用最简便的物理方法。②投加化学药剂阳离子聚丙烯酰胺(acrylamidebasedcationicpolymer)是一种常用的消泡剂，工程实例中，把阳离子聚丙烯酰胺投加于二沉池进水管中，其既有抑制Nocardioformactinomycetes生长的作用，又有通过回流污泥进入曝气池消除污水中表面活性剂及表面活性物质极性－非极性特点的作用。由于上述两点的存在，新的稳定泡沫难于大量生成，而在水面上的泡沫层由于水面紊动，泡沫受剪力作用不断破碎，表面泡沫水膜由于水分不断蒸发,泡沫不断破碎,泡沫层也逐渐消失[10]。低浓度的H2O2也是一种较常用的泡沫消除剂，在活性污泥中投加当投加低浓度H2O2时,其浓度不足以杀死菌胶团表面伸出的丝状菌，只能氧化部分生物残渣和消除代谢过程产生的毒素，净化菌胶团细菌生长的环境，促进了菌胶团细菌优势生长,使菌胶团菌和丝状菌的生长达到了新的平衡，从而达到控制生物泡沫的目的，而出水水质并未恶化。H2O2应投加于回流污泥中，投加浓度为20～25mgH2O2/(kg·MLSS)[11]。YongwooHwang等通过污水厂观察、实验室试验以及现场应用，发现污水中的泡沫是典型的季节性出现的，代谢和动力学的调节并不能很成功的抑制Microthrixparvicella的过度生长和泡沫的产生，经过与氯、阳离子聚丙烯酰胺两种化学药剂相比较，发现除丝状菌聚季铵碱(quaternaryammoniumbasedantifilamentpolymer,AFP)是一种最有效的物理化学方法来抑制Microthrixparvicella的过度增殖，能有效的控制泡沫，并未给出水水质带来变化[12]。另外，如氯、臭氧、聚乙二醇以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等均具有较强的氧化性，也可当作消泡剂使用。2.2生物方法控制泡沫①降低细胞平均停留时间降低细胞平均停留时间是很有效的控制泡沫的方法，实质即利用丝状菌平均世代时间较长于絮凝体形成菌的特点，抑制丝状菌的过度增殖，细胞平均停留时间越短，丝状菌越少，泡沫也越少。②调节污水pH值研究表明，最适宜Nocardiaamarae生长的pH值为7.8,最适宜Microthrixparvice