污水處理中泡沫的形成、危害及控制方法

陳斌，馬潔晨，楊明，汪軍

（安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，安徽 合肥 230009）

隨著工業(yè)化和城市化迅速發(fā)展，采礦制造等活動(dòng)產(chǎn)生的工業(yè)廢水、養(yǎng)殖耕地等產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)污水及生活污水大量排放。污水含有大量的有毒有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)環(huán)境及人類(lèi)健康造成很大威脅[1]。因此，在污水排放前一定要采取相應(yīng)的凈化措施對(duì)其進(jìn)行處理，這不僅可以解決水污染問(wèn)題，還可以保護(hù)大自然的環(huán)境，保證可再生和不可再生資源的持續(xù)利用[2]。

污水處理的方法有很多，主要有離心分離、反滲透、氣浮等物理法；活性污泥和生物膜等生物法；混凝沉淀、氧化還原及離子交換等化學(xué)法[3]。其中活性污泥法因其具備脫氮除磷效果好、工藝簡(jiǎn)單、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于污水處理中。而污水處理廠在使用活性污泥法時(shí)，生化池中常伴隨著大量濃稠狀的黏性泡沫出現(xiàn)，這在一定程度上阻礙了污水處理的速度和效率[4]。當(dāng)泡沫覆蓋在生化池表面時(shí)，會(huì)抑制生化池與氧氣的接觸效率以及污泥的沉降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)散發(fā)出臭味，污染大氣環(huán)境[5]。因此，本文對(duì)污水處理中泡沫的產(chǎn)生原因、危害以及治理辦法進(jìn)行探討，為解決污水處理中的泡沫問(wèn)題及降低污水廠運(yùn)營(yíng)成本提供參考。

1 污水處理中泡沫的形成

1.1 泡沫形成的原因

活性污泥法處理污水的過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫一般分為以下四種：第一，在曝氣池啟動(dòng)初期，由于污泥不適應(yīng)污水環(huán)境，生長(zhǎng)較慢，進(jìn)而使得池中污泥的含量相對(duì)較少，污水處理量較大，相對(duì)地污泥負(fù)荷就較高，所以容易產(chǎn)生泡沫，即啟動(dòng)期泡沫，該階段的泡沫隨著污泥含量的增加會(huì)逐漸減少；第二，在缺氧和厭氧的環(huán)境下，污水處理進(jìn)行反硝化脫氮階段，將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮通過(guò)反硝化菌的作用轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，氮?dú)獾葰馀輹?huì)攜帶部分活性污泥上浮產(chǎn)生泡沫，即反硝化泡沫；第三，洗滌廢水、廚房廢水等常含有磺酸類(lèi)和脂肪酸類(lèi)表面活性物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)具有獨(dú)特的兩親性，一端為親水的極性基團(tuán)，另一端為疏水的非極性基團(tuán)。在曝氣的作用下，疏水的非極性基團(tuán)插入曝氣氣泡中，親水的極性基團(tuán)則吸附在親水物質(zhì)表面，使親水物質(zhì)表面轉(zhuǎn)化成疏水物質(zhì)，并吸附在曝氣氣泡的水膜表面，和污泥一起通過(guò)曝氣氣泡的氣浮作用上浮至水面產(chǎn)生泡沫，即表面活性泡沫，此外，這些表面活性物質(zhì)還可以起到穩(wěn)定泡沫的作用，使泡沫更不易去除；第四，污泥中含有絲狀和枝狀等脂類(lèi)微生物，這類(lèi)微生物結(jié)構(gòu)中含有約12%的脂類(lèi)化合物，密度比水小且與水互斥，可漂浮在水面上，并且已有研究表明，放線菌和絲狀菌是產(chǎn)生泡沫的主要菌種[6]，當(dāng)放線菌和絲狀菌的生長(zhǎng)速度大于菌膠團(tuán)異樣生長(zhǎng)時(shí)，其絲狀形態(tài)可交錯(cuò)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)覆蓋于曝氣氣泡表面，保護(hù)氣泡使其穩(wěn)定不易破損，進(jìn)而產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫，即生物泡沫。

1.2 泡沫形成的條件

污水處理過(guò)程中泡沫的產(chǎn)生，極大降低了水處理效果。而水處理過(guò)程的工藝、進(jìn)水水質(zhì)及環(huán)境等條件都會(huì)影響泡沫的形成。其主要因素如下：

（1）適宜的水溫環(huán)境是影響泡沫中微生物生長(zhǎng)的重要因素。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到了這些微生物生長(zhǎng)繁殖的條件，就會(huì)有生物泡沫產(chǎn)生；其次，活性污泥中的微生物也會(huì)隨著溫度的變化而變化，也會(huì)促使產(chǎn)生生物泡沫，例如Rhodococcus sp（放線菌，枝狀菌絲）的最適生長(zhǎng)溫度為20℃～30℃，Nocardia amarae（放線菌，枝狀菌絲）的最適溫度在28℃，Nocaridia pinesis（放線菌，松枝狀）的最適溫度在18℃～25℃，在夏季，溫度較高時(shí)，放線菌是導(dǎo)致生物泡沫的主要微生物。Microthrix parvicella（絲狀菌，絲狀）的最適溫度在12℃～15℃，在冬季，溫度低于15℃時(shí)，絲狀菌是引起生物泡沫產(chǎn)生的主要菌體[7]。

（2）絲狀菌等微生物的存活率與污水pH有很大關(guān)系。研究表明，當(dāng)污水pH 值為7～9 時(shí)，絲狀菌、放線菌等菌體會(huì)迅速繁殖，產(chǎn)生生物泡沫；而當(dāng)污水的pH低于6時(shí)，導(dǎo)致生物泡沫產(chǎn)生的菌種會(huì)因pH不耐受而死亡，生物泡沫也會(huì)大面積減少。因此，調(diào)節(jié)污水pH 可有效減少生物泡沫的產(chǎn)生。

（3）污水中溶解氧含量會(huì)影響泡沫中菌種的生長(zhǎng)。在好氧曝氣階段，溶解氧含量較高時(shí)，Nocaridia好氧菌會(huì)大量繁殖產(chǎn)生泡沫；而在缺氧或厭氧階段，Microthrix parvicella等絲狀菌種可利用污水好氧階段產(chǎn)生的硝酸鹽為電子受體進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，為生物泡沫的產(chǎn)生提供條件。

（4）與泡沫產(chǎn)生相關(guān)的微生物具有生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、生長(zhǎng)緩慢的特點(diǎn)。因此，活性污泥的停留時(shí)間對(duì)生物泡沫的產(chǎn)生也有著重要的影響，活性污泥在生化池中停留得越久，放線菌和絲狀菌生長(zhǎng)繁殖的時(shí)間就越長(zhǎng)，進(jìn)而生物泡沫產(chǎn)生得就越多，所以很多污水廠在提高曝氣時(shí)間時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)生物泡沫量增加。而當(dāng)大量的生物泡沫形成后，活性污泥的停留時(shí)間就不再影響生物泡沫上微生物的存活，這會(huì)使生物泡沫量不斷增長(zhǎng)且長(zhǎng)期存在于生化池中。因此，控制好活性污泥的停留時(shí)間至關(guān)重要。

（5）曝氣池中機(jī)械曝氣方式不同，使曝氣產(chǎn)生的氣泡不同，主要有微氣泡、小氣泡和大氣泡。研究表明，氣泡越小，越易產(chǎn)生泡沫，且曝氣強(qiáng)度越低的區(qū)域，泡沫越多[8]。

（6）進(jìn)水負(fù)荷高低也是影響泡沫產(chǎn)生的因素之一。進(jìn)水負(fù)荷不同，引起泡沫產(chǎn)生的微生物菌種也不同。Microthrix parvicella等絲狀菌不管在負(fù)荷高還是低的情況下，只要溫度低，就會(huì)生長(zhǎng)繁殖，為產(chǎn)生泡沫提供條件；而放線菌在進(jìn)水高負(fù)荷的情況下，才會(huì)大量繁殖產(chǎn)生泡沫。此外，進(jìn)水負(fù)荷較高的污水廠產(chǎn)生泡沫的概率是進(jìn)水負(fù)荷低的污水廠的兩倍[9]。

（7）工藝運(yùn)行處理污水的速度也會(huì)影響泡沫的產(chǎn)生。當(dāng)污水廠處理污水速度較慢時(shí)，活性污泥會(huì)大量繁殖形成菌膠團(tuán)，而污水的進(jìn)水量仍較小，這有利于生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)的放線菌和絲狀菌的生長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致生物泡沫的產(chǎn)生。所以在污水處理過(guò)程中，進(jìn)水水量的大小及污水廠工藝運(yùn)行的快慢要加以控制，這對(duì)抑制泡沫的產(chǎn)生有很大的幫助。

2 污水處理中泡沫產(chǎn)生的危害

污水處理中泡沫的產(chǎn)生主要會(huì)對(duì)以下三個(gè)方面產(chǎn)生危害：第一，泡沫會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不利影響。泡沫的產(chǎn)生會(huì)使設(shè)備系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤的指令，影響其正常的使用和維修，從而影響污水處理的效果；第二，泡沫會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生危害。在夏天，由于氣溫高，一部分泡沫會(huì)產(chǎn)生刺鼻的惡臭，隨風(fēng)飄蕩，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。此外，生物泡沫在冬天時(shí)很容易結(jié)冰，且結(jié)冰后的清理極為困難；第三，泡沫會(huì)影響污水中污染物的去除效果。在使用曝氣設(shè)備時(shí)，因?yàn)榕菽旧砭哂姓吵硇?，?huì)降低生化池中氧的傳質(zhì)速率及含量。二沉池中污染物也會(huì)因生物泡沫的進(jìn)入而升高，進(jìn)而使出水污染物濃度升高，從而降低污染物的處理效率。

3 泡沫的控制方法

3.1 噴灑水

通過(guò)高速?lài)姙⑺任锢矸椒▽⑵≡谒嫔系臍馀荽蛩?，而附著在氣泡上的活性污泥則被打散重新沉降在生化池中，從而消除部分泡沫。將噴灑水用于好氧池中，可以起到持續(xù)消除泡沫的效果。盡管?chē)姙⑺荒軓母旧舷?，卻因其操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而經(jīng)常被用來(lái)消除泡沫。

3.2 縮短污泥停留時(shí)間

考慮到放線菌、絲狀菌等產(chǎn)生泡沫的微生物的生長(zhǎng)繁殖周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)，采用生物篩選策略。通過(guò)減少活性污泥在生化池中的停留時(shí)間、降低微生物的平均停留時(shí)間等方式將其排出池外，阻止產(chǎn)生泡沫的菌種在生化池中過(guò)量增殖，可有效抑制污水處理過(guò)程中的生物泡沫，從而達(dá)到控制生物泡沫產(chǎn)生的目的。

3.3 向曝氣反應(yīng)器內(nèi)投加載體

在曝氣池中投加懸浮載體填料或固定載體填料，使活性污泥可附著在填料上生長(zhǎng)繁殖。這不僅可有效地抑制泡沫的產(chǎn)生，還可以防止污泥膨脹，增加曝氣系統(tǒng)中活性污泥量，進(jìn)而提高活性污泥法的去除效率。

3.4 一體化除泡沫裝置

泡沫是污水處理廠運(yùn)行管理中常會(huì)遇到的問(wèn)題之一，目前仍沒(méi)有尋求出最佳處理泡沫的方法。結(jié)合污水廠的實(shí)際運(yùn)行情況，提供了集泡沫儲(chǔ)存、加藥、去除功能于一體的移動(dòng)式一體化泡沫去除裝置，并可在曝氣罐中進(jìn)行生物泡沫的吸入和清洗?？梢苿?dòng)的集成消泡機(jī)由吸入裝置、泡沫存貯罐、加藥裝置和脫水裝置組成。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，將吸入裝置放在產(chǎn)生生物泡沫的曝氣池中，用浮球吊在泡沫上，再用泵將泡沫吸入儲(chǔ)存罐，并將其與加藥裝置中的PAM 混凝沉淀，進(jìn)入脫水裝置脫水形成泥餅，從而去除泡沫。通過(guò)參數(shù)調(diào)試，在PAM的加藥量為0.6%時(shí)，生物泡沫脫水后的泥餅含水量可控制在80%以?xún)?nèi)，脫水后的泥餅可采用污泥處置方式進(jìn)一步處理。這種一體化的消除泡沫裝置經(jīng)濟(jì)有效，可為污水處理廠每年節(jié)約20萬(wàn)的人工救援費(fèi)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用活性污泥法的城市污水廠基本都存在泡沫問(wèn)題。泡沫的產(chǎn)生主要由活性污泥中放線菌及絲狀菌的過(guò)量繁殖引起，而進(jìn)水負(fù)荷、水質(zhì)水量及溫度、pH值等微生物生長(zhǎng)繁殖的條件均是影響泡沫產(chǎn)生的因素。產(chǎn)生泡沫的原因和影響泡沫產(chǎn)生的因素不同，控制泡沫產(chǎn)生的手段也不同。想徹底解決泡沫問(wèn)題，減少泡沫的產(chǎn)生量，首先要因地制宜地找出污水處理過(guò)程中泡沫產(chǎn)生的原因，分析原因并找出與其產(chǎn)生有關(guān)的影響因素，再討論找出合適的解決或控制泡沫的措施。例如，針對(duì)污泥停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的生物泡沫，可通過(guò)縮短活性污泥的停留時(shí)間來(lái)抑制生物泡沫上微生物的生長(zhǎng)，從而減少泡沫的產(chǎn)生。所以在實(shí)際解決泡沫問(wèn)題時(shí)，要結(jié)合污水廠的實(shí)際情況，弄清泡沫產(chǎn)生的機(jī)制后，采取合適且經(jīng)濟(jì)有效的措施控制泡沫，這對(duì)降低污水廠運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。