活性污泥法的生物泡沫形成和控制

论文作者：李探微1 彭永臻2 陈志根3 韦苏1 吕阳泉1

摘要：活性污泥法污水处理厂的生物泡沫现象会影响污水处理系统的操作、运行和出水水质，泡沫的产生主要和各种丝状菌和放线菌有关。常用的泡沫控制方法有：喷洒水、投加消泡剂或微生物、降低污泥龄、回流消化池上清液、选择器等。实践表明，气温、气压和水温的交变也是泡沫产生的重要原因。在活性污泥系统中加入适合丝状微生物固着生长的载体，是值得关注的泡沫控制方法。

关键词：活性污泥工艺 泡沫 控制

活性污泥工艺是污水处理厂应用最广泛的生物处理方法。对于世界上大多数采用活性污泥法的污水处理厂而言，普遍存在表面泡沫问题［1、2］。这使污水厂的操作、运行和控制产生了困难，也严重影响出水水质。据对欧洲污水厂的调查，有20%受到泡沫的长期影响，50%受到周期影响，采用延时曝气方式的污水厂中有87%受到泡沫影响［3］

泡沫一般分为三种形式［4］：

①启动泡沫。活性污泥工艺运行启动初期，由于污水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。但随着活性污泥的成熟，这些表面活性物质经生物降解，泡沫现象会逐渐消失。

②反硝化泡沫。如果污水厂进行硝化反应，则在沉淀池或曝气不足的地方会发生反硝化作用，产生氮等气泡而带动部分污泥上浮，出现泡沫现象。

③生物泡沫。由于丝状微生物的异常生长，与气泡、絮体颗粒混合而成的泡沫具有稳定、持续、较难控制的特点。生物泡沫对污水厂的运行是非常不利的：在曝气池或二沉池中出现大量丝状微生物，水面上漂浮、积聚大量泡沫；造成出水有机物浓度和悬浮固体升高；产生恶臭或不良有害气体；降低机械曝气方式的氧转移效率；可能造成后期污泥消化时产生大量表面泡沫［5、6］。

1　生物泡沫的形成及影响因素

1.1 生物泡沫的形成机理

①与泡沫有关的微生物大都含有脂类物质，如M.parvicella的脂类含量达干重的35%。因此，这类微生物比水轻，易漂浮到水面。

②与泡沫有关的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，泡沫就更稳定。

③曝气气泡产生的气浮作用常常是泡沫形成的主要动力。颗粒利用气泡气浮，必须是形小、质轻和具有疏水性的物质。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。

1.2与生物泡沫形成有关的菌属

生物泡沫的形成主要与活性污泥中微生物的生长和种类有关，但至今仍有许多现象不能简单地进行解释。世界上普遍承认的与生物泡沫有关的菌属主要有［5］：①放线菌，包括：Nocardia amarae，革兰氏阳性，枝状菌丝；Nocardia pinesis，革兰氏阳性，松枝状；Rhodococcus sp.，革兰氏阳性，枝状菌丝。②丝状菌，包括：Microthrix parvicella，革兰氏阳性，丝状、无鞘无分枝；Eikelboom type 0675，革兰氏阳性，有鞘无分枝；Eikelboom type 0092，革兰氏阴性，无鞘无分枝。上述菌种中，最常见的是Nocardia amarae和Microthrix parvicella(见图1、2)。

1.3　生物泡沫形成的主要因素

①污泥停留时间。由于产生泡沫的微生物普遍生长速率较低、生长周期长(见表1)，所以长污泥停留时间(SRT)都会有利于这些微生物的生长。如采用延时曝气方式就易产生泡沫现象，而且一旦泡沫形成，泡沫层的生物停留时间就独立于曝气池内的污泥停留时间，易形成稳定持久的泡沫［7］。

表1　微生物的生长周期与生长温度

②pH值。有报道指出：pH值从7.0下降到5.0～5.6时，能有效地减少泡沫的形成。Nocardia amarae的生长对pH值极敏感，最适宜的pH值为7.8，当pH值为5.0时，就能有效控制其生长。Microthrix parvicella最适宜pH值为7.7～8.0。

③溶解氧(DO)。Nocardia 是严格的好氧菌，在缺氧或厌氧条件下，不易生长，但也不死亡。Microthrix parvicella却能忍受缺氧状态^［5］。

④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和最佳温度［2］(见表1)，当环境或水温有利于它们生长时，就可能产生泡沫现象。

⑤憎水性物质。虽然原理不很清楚，但有试验说明，不溶性或憎水性物质(如油、脂类等)有利于放线菌的生长。

⑥曝气方式。据观察，不同曝气方式产生的气泡不同，微气泡或小气泡比大气泡更有利于产生生物泡沫，并且泡沫层易集中于曝气强度低的区域。

2 生物泡沫的控制方?

①喷洒水。这是一种最常用的物理方法。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，但丝状细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性的杀菌剂，如氯、臭氧和过氧化物等。还有利用聚乙二醇、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。药剂的作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絮成菌的数量及生物总量［2］。

③降低污泥龄。一般采用降低曝气池中污泥的停留时间，以抑制有较长生长期的放线菌的生长。有实践证明，当污泥停留时间在5～6 d时，能有效控制Nocardia菌属的生长，以避免由其产生的泡沫问题［8、9］。但降低污泥龄也有许多不适用的方面：当需要硝化时，则污泥停留时间在寒冷季节至少需要6 d，这与采用此法矛盾；另外，Microthrix parvicella和一些丝状菌却不受污泥龄变化的影响。

④回流厌氧消化池上清液。已有试验表明，采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，能控制曝气池表面的气泡形成。厌氧消化池上清液的主要作用是能抑制Rhodococcus菌，但利用此法在几个污水处理厂进行实际操作时，并没有取得象实验室那样的成功。由于厌氧消化池上清液中含有高浓度好氧底物和氨氮，它们都会影响最后的出水质量［5］，应慎重采用。

⑤投加特别微生物。有研究提出，一部分特殊菌种可以消除Nocardia菌的活力，其中包括原生动物肾形虫等。另外，增加捕食性和拮抗性的微生物，对部分泡沫细菌有控制作用［5］。

⑥选择器。选择器是通过创造各种反应环境(氧、有机负荷或污泥浓度等)，以选择优先生长的微生物，淘汰其他微生物。有研究报道：好氧选择器能一定程度地控制M.parvicella，但对Nocardia菌属无大影响；而缺氧选择器对Nocardia菌属有控制作用，却对M.parvicella无作用［10］。