氧化溝污水處理工藝中生物泡沫形成與控制措施
【摘要】：采用氧化溝處理工藝的污水處理廠產生的生物泡沫現象會嚴重影響污水處理系統(tǒng)的操作、運行和出水水質。泡沫的產生主要是由于Microthrix parvicella菌屬的異樣生長造成的。實踐表明，污泥停留時間(SRT)、pH值、水溫、溶解氧(DO)等是生物泡沫產生的重要因素？刂粕锱菽姆椒ㄖ饕袊姙⑺、投加化學藥劑、調節(jié)污水pH值、降低污泥停留時間(SRT)或溶解氧等。
【關鍵詞】：氧化溝處理工藝; 生物泡沫; 控制
降低氧化溝溶解氧意味著相應的降低了氧化溝內微氣泡的生成量，減少絲狀菌體上浮的載體，從而延緩泡沫的形成。更為重要的是，大多數絲狀菌微生物是嚴格的好氧菌，在缺氧或厭氧條件下，即使個別菌屬不能被完全殺死，也會極大的抑制其增殖，從而達到從根本上控制生物泡沫的產生。
1． 工程實例
嘉興聯合污水處理有限責任公司污水處理廠采用氧化溝工藝，占由于氧化溝污水處理工藝比常規(guī)的活性污泥法具有能有效除磷脫氮，運行管理簡單的特點，目前，城市污水處理廠采用氧化溝工藝的應用越來越多。氧化溝表面常常會產生嚴重的泡沫卻是普遍存在的問題之一①②。大量的泡沫使氧化溝表面被覆蓋，曝氣效率明顯下降，若泡沫從溝中溢出會引起設備及外部池壁的污染，嚴重污染了周圍環(huán)境，給污水處理廠的正常運行和管理帶來困難，同時也嚴重影響出水水質。1969年，Anon首先在美國的Milwaukee污水處理廠發(fā)現了生物泡沫問題。對歐洲部分污水處理廠的調查表明，有87%的氧化溝工藝污水處理廠受到生物泡沫的影響③。
2． 生物泡沫
2.1 生物泡沫的危害
生物泡沫問題會嚴重干擾污水處理廠的運行控制和維護管理。例如：在氧化溝或二沉池中出現大量絲狀微生物，池面上漂浮、積聚大量泡沫；造成出水有機物濃度和懸浮固體升高；產生惡臭或不良有害氣體；降低機械曝氣方式的氧轉移效率；可能造成后期污泥消化時產生大量表面泡沫。生物泡沫對運行的影響有時會達到難以想象的程度。瑞典斯德歌爾摩的Hilm Merfjarden處理廠自1994年以來一直存在著嚴重的生物泡沫，該廠的泡沫曾隨排泥進入消化池，然后自沼氣管道進入了沼氣鍋爐④。美國某處理廠曾出現大量浮渣堵塞了消化池液面至池蓋之間的空間，使初沉出水無法流入曝氣池。美國另一處理廠生物浮渣嚴重時，核算發(fā)現曝氣池內45%的MLSS轉移到了泡沫形成的浮渣中⑤。
2.2 生物泡沫的形成機理
生物泡沫的形成主要與氧化溝中微生物的生長和種類有關，但至今仍有許多現象不能簡單地進行解釋。目前，世界上普遍認為Microthrix parvicella（革蘭氏陽性，絲狀、無鞘無分枝）菌屬是導致生物泡沫的主要菌屬。Microthrix parvicella菌屬含有大量脂類物質（脂類含量達干重的35%），本身比水輕，易漂浮到水面；再加上這類微生物呈絲狀或枝狀，能大量網捕污水中懸浮固體微粒和氣泡等，并形成網，增加了泡沫表面的張力，使其更加穩(wěn)定，不易破碎。在各種因素影響下，造成Microthrix parvicella菌屬的異樣生長，其比生長速率高于了菌膠團細菌，結果成為了氧化溝中優(yōu)勢菌種而大量增值，最終導致生物泡沫的產生。
2.3 生物泡沫的影響因素
氧化溝中的污水成份是生物泡沫形成的重要內因。早在1998年，D.Mamais等經實驗研究認為，污水中慢速生物降解COD（長鏈脂肪酸）是氧化溝系統(tǒng)中Microthrix parvicella菌屬快速生長的主要原因，氧化溝中菌膠團去除易生物降解COD的過程中不會造成Microthrix parvicella菌屬的快速生長，但慢速生物降解COD（長鏈脂肪酸）在被菌膠團吸附去除時會大大促進其快速生長，并且Microthrix parvicella菌屬的生長量與吸附去除的慢速生物降解COD量成反比關系⑥。
另外，污泥停留時間(SRT)、pH值、溶解氧(DO)以及曝氣方式等也是生成泡沫的重要影響因素。Microthrix parvicella等絲狀菌微生物生長速率較低、生長周期長，長污泥停留時間(SRT)都會有利于這些微生物的生長，這就是氧化溝工藝比普通活性污泥法更易于產生泡沫的原因，而且一旦泡沫形成，泡沫層的生物停留時間遠遠大于氧化溝內的正常污泥停留時間，從而加劇了絲狀菌微生物生長，形成穩(wěn)定持久的泡沫。同其他微生物一樣，Microthrix parvicella等絲狀菌微生物生長也需要適當的pH值、水溫、溶解氧(DO)。大多數與生物泡沫有關的茵群對pH值敏感，最適宜pH值為7.7～8.0， pH值從7.0下降到5.0～5.6時，能有效地控制其生長，減少泡沫的形成。研究和實踐表明，大多數的絲狀菌微生物是低溫好氧菌，在高水溫和缺氧或厭氧條件下，不易生長。
3． 生物泡沫的控制措施
根據生物泡沫形成的機理及其影響因素，可以采用多種物理、化學或生物的方法控制生物泡沫的大量產生。這里要強調的是，不論采用何種措施方法，控制生物泡沫的實質并非消除Microthrix parvicella等菌屬的產生，而是在氧化溝中建立一個不適宜其大量生長的環(huán)境，抑制其在活性污泥中的過度增殖，使絲狀菌與正常的微生物絮體保持平衡的比例生長。
3.1 物理方法
① 氧化溝液面噴沖清水
氧化溝液面噴沖清水是一種最常用最簡便的物理方法。噴沖的水流或水珠能打碎浮在水面上的氣泡，使泡沫無法聚集起來，以減少泡沫的不良影響，但不能從根本消除泡沫現象，在停止噴灑水之后很快就會再次產生大量的泡沫。
② 加快氧化溝流速
氧化溝的正常流速一般不大于0.5m/s，氣泡易于浮出水面最終聚集成成片的泡沫，加大氧化溝回流比，增加氧化溝流速，可以緩解氣泡的積累，有助于控制泡沫的產生。同樣，這種方法雖然簡單有效，但其不能從根本消除泡沫現象，僅是其它控制措施的補充。
3.2 化學方法
①調節(jié)污水pH值
研究表明，最適宜Microthrix parvicella等菌屬生長的pH值為7.7～8.0，當pH值從7.0降為5.0～5.6時，能有效控制這些微生物的過度生長，減少泡沫的形成。但在工程中由于后續(xù)污水處理和一般氧化溝工藝處理水量都比較大等問題，這一措施在實際應用中鮮見報報道。
② 投加化學藥劑
很多種化學藥劑均能用于控制生物泡沫，H2O2是其中一種較常用的泡沫消除劑。在氧化溝中投加H2O2，濃度控制在20～25mg H2O2/(kg?MLSS)，其濃度不足以殺死菌膠團表面伸出的絲狀菌，只能氧化部分生物殘渣和消除代謝過程產生的毒素，凈化菌膠團細菌生長的環(huán)境，促進了菌膠團細菌優(yōu)勢生長, 使菌膠團菌和絲狀菌的生長達到了新的平衡，從而達到控制生物泡沫的目的，并能保證出水水質不受影響。
3.3 生物方法
① 降低污泥停留時間(SRT)
這種方法的實質就是利用絲狀菌生長周期長的特點，抑制絲狀菌的過度增殖，污泥停留時間(SRT)越短，絲狀菌越少，泡沫也越少。
②降低溶解氧(DO)地面積360畝，設計處理規(guī)模為30萬噸/日。
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