活性污泥法中泡沫问题

1、活性污泥法中泡沫问题的产生与控制技术丁峰永臻董文艺王淑莹高春娣周利摘 要：对国外活性污泥法中产生泡沫的危害、机理与影响因素的研究结果说明：诺卡氏菌群 Nocardia amarae,Nocardia pinensis，微丝菌 Microthrix parvicella，放线菌Actinomycetes的过量增殖是泡沫产生的主要原因。它与温度、pH值、F/M值与底物种类，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 MCR与选择器技术、SFW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MCRT选择器

2、Formation and Control of Foam in Activated Sludge ProcessDing Feng et alAbstract : The researches on the formation mechanism,influenee factor and hazards of foam problem in activated sludge process have shown,that it is mainly caused by excess growth of Nocardia amarae,Nocardia pinensis,Microthrixpa

3、rvicella and Actinomycetesand inten tly related to the circumsta nee factors such as the temperature,pH value,F/M ratio,the kinds of benthonic substances and the operat ing con diti ons of the activated sludge system.The foam control measures like the MCRTcontrol and bio-selection,SFW tech no logy,c

4、lassified selector and chemical dosage have bee n developed on the basis of kin etic of activated sludge and the theory and practice of sludge bulk ing.0 引言 采用活性污泥法处理污水过程中，在反响器曝气池与沉淀 池出现的泡沫问题很早就引起人们的关注：3S多年的研究说明：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pH、温度、BOD等、活性污泥状况MLSS SVI、工艺运行条件如细胞平均停留时 间，反响器构型，机械应力，DO F/M

5、等有关，产生机理非常复杂。本 文在大量查阅中外文献根底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展了探讨，并给出了较成功的泡沫控制技 术措施。1泡沫产生的普遍性和危害性据1988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65%勺污水厂有泡沫问题：4：;在昆士兰地区92%勺污水厂受到泡沫的严重影响，这其中60液受到污泥膨胀的影响： 美国的108家采用活性污泥法的污水厂中，56%勺污水厂受泡沫困扰：6：; 法国约62%勺污水厂产生泡沫；5个污水厂有2个由于不良运行产生了泡 沫；据不完全统计，在我用活性污泥法的城市污水处理厂近50%B现过不同

6、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：切o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。2活性污泥性状与泡沫产生机理2.1泡沫的微生物类群组成根据澳大利亚维多利亚、新南威尔士与昆士兰地区活性污泥污水厂

7、产生的泡沫问题进展的调查，结果发现，Microthrix parvicella 微丝 菌，Nocardia amarae,Nocardia pinensis诺卡氏菌群是最常见的泡沫微生物，其次是0092型，0914型，0041型；而美国販和起泡微 生物由多到少的出现频率为 Nocardia pinen sis,Nocardia amarae,Microthrix parvicella。以上说明，不同地区产生泡沫的微生物类群和数量有差异，但几乎所有地区的泡沫中都检出了占优势的 Nocardia菌群；同时还报道："，在南非、美国、德国、日本膨胀的污泥 中发现Nocardia菌群分别占优势

8、丝状菌出现频率的第 & 1、14、5位。 可见，Nocardia菌群是活性污泥异常运行膨胀，泡沫时常出现的微生 物。2.2 泡沫组成微生物性质与其形成机理在活性污泥中经常能观察到的 Nocardia菌群是有分支的，直径为 0.5卩m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，在反响器或沉淀池外表积存。当混合液中Nocardia > 106intersections/gVSS时，有害的泡沫就会出现：11。研究说明，对含有Nocardia菌群的混合液曝气，75%-90%以上 Nocardia丝状菌会

9、上浮形成泡沫，其在泡沫中的浓度极高，要比在混合 液中多1050倍。泡沫中的微生物需要MCR较长，N.amarae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NQ或NQ不生长，N.amarae脱 氮作用只能从NQ和NQ中进展，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。2.3 影响泡沫形成因素2.3.1 温度据研究：6，混合液温度从13C升至20C，在给定MCRTF能提高 Nocardia菌群数量；从20°C升到25°C之间，其影响不显著；在低温下 的泡沫主要由Rhodococcus红微菌属引起，N.pinensis 那么生长

10、于相 对窄的温度区间，并且许多生长于40C或更高的热污水或周围空气高温的环境中产生泡沫 2。而对于引起污泥膨胀和泡沫的其它放线菌，从 10升至20C,其生长速率加快1/2倍；低温与无论有无选择器的完全混 合系统有利于M.parvicella的生长：13。2.3.2 pH 值通过对单一底物的研究认为，Nocardia与Rhodococcus菌种的最正 确pH值为7.08.5 ;空气曝气活性污泥混合液最优 pH为7.0，氧气曝 气的为6.5因为混合液接触的气相含有较高的 CG。也有人指出，pH 值降低如硝化作用不利于Nocardia菌的生长，能引起泡沫的明显减 少。2.3.3 F/M值与底物种类通

11、过对丝状菌的研究说明：在较咼的 F/M下一般可控制丝状菌引起 的污泥膨胀，但Nocardia菌所占的数量上升约6%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100倍以上下也会大量增殖亦即卩max增长规律和高的 Ks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展腐生增殖； 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； 在水与气的界面上外表和气泡，在其上底物可通过外表活性物 质而积累。此外，底物的种类与泡沫的产生也

12、有许多相关关系。经过对 Vitro 污水厂产生泡沫的调查发现：分支丝状菌 N.amarae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 N.amarae的增长。跟相似于Nocardia菌的放线菌不同，M.Parvicella 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M.parvicella菌的危险：；特定不生物降解或仅缓慢生物降解的外表剂浓度和疏水性 底物会导致放线菌Actinomycetes的过量增殖：14。非离子外表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120

13、mg/L,美国研究者对lgepa1C-620和 Neodo125-7两种外表活性剂的研究结果说明，缓慢可生物降解的外表活性剂能显著增加含Nocardia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SS，并增加了混合液高度。其他人也证实， 外表活性剂，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，导致反响器和沉淀池表层产生泡沫浮渣。2.3.4 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外表活性蛋白质、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，产生过量泡沫玄；在瑞典的大斯德哥尔摩Great Stoc

14、kholm地区的3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 M.Parvicella结构，形态上长的圈状丝状菌因厌氧条件变成了短和细的 丝状菌15。3 泡沫控制技术3.1控制MCR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MCRT口选择器 相结合的技术控制泡沫成为可能。 首先，对Nocardia的控制方面，根据 N.amarae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MCR值时，用好氧选择器可有效控制 Nocardia泡 沫肮;减少MCR是一种成功的控制泡沫方法:17:;也有人研究报道，可 通过降低MCR去除

15、N.amarae泡沫，他们对一个采用活性污泥法的污水 厂采用MCR汞6d,同时回流活性污泥加氯成功地控制了 Nocardia泡沫。 在文献9中的研究结果是：从 MCR由1.5d到15d围，MCR升高， Nocardia菌群普遍升高，并且 MCRT=2d能有效控制Nocardia菌泡沫； MCRT=5,d用好氧选择器控制 Nocardia菌泡沫有效；MCRT=10,d用好氧 选择器控制Nocardia菌泡沫无效；MCRT=12d用缺氧选择器可控制硝化 污泥中的Nocardia菌泡沫。另外，MCRT勺采用还与温度气候与试验规模等因素有关，他们的 试验结果见表1,由表1可见，不管是小试或生产性试验规

16、模，温度升 高，采用的MCR值降低。表1控制Nocardia泡沫时MCR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/ r16242218MCRT/d2.2注：地点 Sacramento,Calif.在美国，根据Nocardia菌产生泡沫的具体情况，采用不同 MCRT空 制泡沫的污水厂数目统计结果见图1。图1美国控制Nocardia泡沫时采用不同MCR值的污水厂数目统计局部同时，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Phonenix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MLSS和S

17、RT较短的 情况下运行状况，采用DO为00.3mg/L的缺氧选择器，结果：当总氮 复原约75%寸，曝气的缺氧选择器可以对污泥的膨胀全部控制；Nocardia 泡沫可以初步控制，在泡沫外表直接喷洒高浓度的氯2 0003 000mg/L 很容易消除泡沫製。在类脂化合物、疏水难降解的颗粒底物以与机械应力、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 MCR下的放线菌与0092型均能引起低负荷膨胀和上浮；而另一些人那么证实，低的 MCRT*6d、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M.Parvice

18、lla 的生长阿；也有人用好氧选择器在低的固体停留时 间SRT和缺氧选择器在任何SRT条件下都可以控制放线菌的过量增长:19。3.2 选择性泡沫浮选或淘汰SFWSFW法是将载有Nocardia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40L曝气池和设挡板的二沉池进展试验的结果是 20 : 20d 后，Nocardia 丝状菌到达 11 x 106 intersections/gVSS;以后15d，其值在9x 10611X106之间波动，去除二沉池挡渣板 23d后， Nocardia菌数量降至1X1062.5 x 106之间，重装消泡装置72d后， Nocardia数量又增加到6

19、X106。他们认为，这主要是由于延长了 MCRT 使之高于混合液中其它微生物的原因。后者在亚特兰大Utoy Greet的WPC污水厂研究说明，使用增加曝气量，控制MCRT以从混合液中去除 起泡微生物，允许载有Nocardia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：21。1987年在南非通过选择性浮选，泡 沫浮渣形成微生物可在24h大量从活性污泥中去除掉：220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95% 的泡沫微生物能在最初的约4h去除；去除速度不取决于Nocardia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

20、的 其它经验也肯定了这种措施是成功的。3.3 其它方法添加化学药剂如Cl2，HO, Q,聚合Al盐等和上部搅拌：佝也是 控制泡沫的常用方法。有报道，通过在曝气池中添加Q26mg/L成功地抑制了 Nocardia菌不正常增殖产生的泡沫。并且还发现 丽：污泥沉 降性能好转了，在去除 COD TOC SS, PO； P，TN方面无不同，硝 化作用增强了，出水水质变好。向出现严重Nocardia泡沫的terminal污水厂反响器中投加阳离子 聚合物，3d后泡沫铲除，其机理是：投加的阳离子聚合物与废水外表存 在的稳定泡沫的接触作用和聚合物絮凝使 Nocardia丝状菌分散进入活 性污泥絮体中：24 0采

21、用去除表层泡沫的分类选择器，可减少Nocardia的含量；向选择 器中添加可降解的非离子外表活性剂可进一步降低混合液中的Nocardia 水平。4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：2526 0因此，应该根据具体情况采用相应 不同的控制技术。美国局部活性污泥污水厂控制 Nocardia泡沫的策略与 其成功率如表2所示。有趣的是，其中58家污水厂直接用水喷洒泡 沫，收到了很高的成功率88%,当然，假设停止喷洒水，泡沫又会重新 出现。表2美国活性污泥污水厂控制泡沫的策略与成功率局部泡沫控制策略策略使用污水厂数目成功率/%降低MCRT4473投

22、加氯气4858用水喷洒5888用消泡剂3520降低曝气时间560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。基金工程：国家自然科学基金编号59778024和省自然科学基金资助项 目。作者单位：董文艺市规划国土局罗湖分局518000参考文献:1 WA Pretorious,C J P Laubscher.Control of biological scum in activated sludge pla nts b

23、y means of selective flotati on. Wat Sci Tech,1987,19.1003 10112 Jurg Kappeler,Willi Gujernflences of wastewatercomposition and operating conditions on activated sludge bulking and scum formatio n. Wat Sci Tech,1994,30(11):1811893 Peter Kampfer,Diethelm Welt in ,etal.Research n ote on growth require

24、me nts of filame ntous bacteria isolated from bulki ng andscummi ng sludge.Wat Res,1995,29(6):158515884 E MSeviour,C J Williams,R J Seviour,J A Soddel,K C Lindrea.A survey of filame ntous bacterial populati ons from foami ngactivated sludge pla nts in easter n states of Australia.Wat Res,1990,24(4):

25、493 4985 Linda L Blackall,Anne E Harbers,P F Greenfield,A CHayward.Foam ing in activated sludge pla nts:A survey in Quee nsla nd,Australia and an evaluati on of some con trol strategies.Wat Res,1991,25(3):3133176 Paul Pitt,David Jenkins.Causes and control of Nocardia inactivated sludge.Res Journal W

26、PCF,1990,62(2):1431507 H Chua,K Y Le.A survey of filamentous foaming in activatedsludge pla nts in Ho ng Kon g.Wat Sci Tech,1994,30(11):2512548 王凯军.活性污泥膨胀的机理与控制.：中国环境科学，19929 Daniel K ChaQavid Jenkins,William P Lewis,Wendell HKido.Process con trol factors in flue ncingNocardia populatio ns inactivat

27、ed sludge.Wat En vir Res,1992,64(1):374310 Manfred Ziegler,Martina Lange,Wolfgang Dott.Isolation andmorphological and cytological characterization of filamentous bacteria from bulki ng sludge.Wat Res,1990,24(12):1437145111 David Jenkins.Towards a comprehensive model of activated sludge bulk ing and

28、foami ng.Wat Sci Tech,1992.2512 Jacques A Soddell,Robert J Seviour.Relati on ship betwee ntemperature and growth of orga ni sms caus ing Nocardia foams in activated sludge pla nts.Wat Res,1995,29(6):1555155813 D Mamais,A Andreadakis,et al.Causes of,and control strategies for,MICROTHRIX PARVICELLA bu

29、lki ng and foami ng in nu trie nt removal activated sludge systems.Wat Sci Tech,1998.3714 Y J Shao,Mark Starr,et al.Polymer addition as a solution to Nocardia foami ng problems.Wat Environ Res,1997.6915 Asa Dill ner Westlu nd,Eva Hagla nd.Foam ing in an aerobic digesters caused by MICROTHRIX PARVICE

30、LLA.Wat Sci Tech,1998.3716 Lin dal Blackall,Valter Tan doi,David Jenkin s.Co ntinu ous culture studies with Nocardia amarae from activated sludge and their implicatio ns for Nocardia foami ng con trol.Res journal WPCF,1991.6317 C Han so n,K Atasi,J Packma n,ESi ngleto n,A Glymph.A case study -relat

31、ing activated sludge nu trie nt loak ings to the appeara nee of Nocardia spp.Foami ng.Wat Sci Tech,1992.2618 O E Alberts on ,P Hen dricks.Bluk ing and foami ng orga nism con trol at Phoe nix,AZ WWTP.Wat Sci Tech,1992.2619 J Kappeler,W Gujer.Scumming due to actinomycetes:Towards a better un dersta nd

32、ing by modelli ng.Wat Res,1994.2820 D K Cha,et al.Discussion of process control factorsIn flue ncing Nocardia populati ons sludge.Wat En vir Res,1993.6521 Tyler Richards,Phil Nungesser,Carl Jones.Solution ofNocardia foami ng problems.Res Journal WPCF,1990.6222 宝林.活性污泥膨胀的特性研究.中国给水排水，1993, 9(5) : 32 3423 M Goi,T Nishimura,S Kuribayashi,T Okouchi,T Murakami .An experime ntal study to s