3.5 污泥负荷
研究表明,在较高的F/M下,Nocardia在放线菌中所占的数量会上升约6%,几乎在放线菌中占绝对优势,并且泡沫也迅速出现.其他放线菌如果其微环境中底物浓度很高(如为
液相中的100倍以上)也会大量增殖并产生泡沫.而Microthrix parvicella却比较适合在较低的污泥负荷下生长,有报道表明其最佳污泥负荷≤0.1 kg/(kg d)[22].
3.6 底物种类
底物的种类与泡沫的产生有很大关系.由于大多数发泡微生物具有疏水性,因此疏水性底物更易被这些微生物利用而引发泡沫问题[23].大量研究表明,进水中存在高水平可乳化的脂肪类物质如油或者油脂时极易引起泡沫问题[24].脂肪酸被认为是Nocardia amarne的唯一碳源,因此当进水中有脂肪酸存在时,发泡机率就会大大增加[25],而Rhodococcus sp.更适宜以C12-C17的烷烃作为底物[26].以橄榄油或者吐温80等疏水性物质作为底物时,Nocardia pinesis生长更快[27].跟放线菌不同,Microthrix parvicella具有很高的营养需求,喜欢长链脂肪酸如油酸作为其碳源,因此在含有高负荷脂,油和皂类的情况下,有优先繁殖Microthrix parvicella的危险[28].
3.7 曝气方式
不同曝气方式所产生的气泡不同,而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[11].
3.8 其他运行条件
曝气池中离心循环泵产生的机械应力会损坏密实的活性污泥絮状体,从破损的细胞中释放出来的表面活性蛋白质,类脂化合韧的增多,能导致放线菌,丝状菌的增殖,产生大量泡沫[29].
4 厌氧泡沫
大量研究表明,泡沫问题不仅发生在曝气池和二沉池中,污泥消化池运行过程中也经常会遇到泡沫问题.一般认为,污泥消化池中的泡沫问题主要是由如下3点原因造成的:(1)由于产甲烷阶段是厌氧消化的速度限制步骤,当消化过程超负荷运转时就会因过程失去平衡而造成挥发性脂肪酸(VFA)特别是乙酸的积累;(2)污泥中疏水物质的存在;(3)污泥中含有发泡微生物[30].Krishna等认为,污泥中诺卡氏菌的存在,消化池的鼓气混合,过度的气体再流通,高污泥负荷,不当的污泥负荷控制以及污泥中有机物含量过高都会引起消化过程中的泡沫问题[31];Wanner认为,厌氧消化过程中的生物泡沫同样是由于具有疏水性细胞壁的Nocardia以及Microthrix parvicella等微生物与过程中产生的气泡结合上升至表面积累积而产生的[32].
5 泡沫的危害
活性污泥过程中出现的泡沫会产生如下问题[17]:(1)刮风时泡沫飞扬会给人不良的美观感受;(2)污染池壁和过道,会引起一系列安全问题;(3)妨碍刮渣系统的正常运行;(4)在寒冷的冬天会因结冰而影响机械装置的正常运行;(5)影响曝气系统(特别是机械曝气)的充氧效率;(6)增加出水的BOD和SS,影响出水水质;(7)气味问题.
另外,在厌氧消化池中产生的泡沫也会导致一系列的运行问题,降低消化池的效率并降低气体产量.
6 活性污泥过程中泡沫问题的控制
近年来,活性污泥过程中泡沫问题的控制技术得到了较大的发展,但是这些技术大都有较强的针对性,在使用时应根据现场的实际情况加以选择.
6.1 降低污泥停留时间
大量研究表明,降低曝气池的污泥停留时间,能有效控制活性污泥过程中的生物泡沫.降低污泥停留时间,实质上是种生物筛选策略,即利用发泡微生物平均世代时间较长的特点,抑制发泡微生物在曝气池中的过度增殖或将其排除出去,达到控制生物泡沫的目的.有文献报道,只要将泥龄控制在9 d以下,就能将曝气池中的Nocardia消除[33].但降低泥龄也有许多不适用的方面:当曝气池中需要有硝化作用发生时,则需要相对较长的污泥停留时间,与采用此法是个矛盾;另外,Microthrix parvicella和其他一些丝状菌的生长受泥龄变化的影响相对较小,如果生物泡沫主要由这些微生物引起,采用此法效果不大[17].
6.2 降低曝气池空气输入率
降低曝气池的空气输入率,能在一定程度上控制生物泡沫的发展.一方面,降低空气输入率相应减少了曝气池中微气泡生成量,有效降低曝气池中选择性浮选强度,而选择性浮选恰是活性污泥过程中泡沫产生的重要原因;另外,降低空气输入率能降低曝气池中的溶解氧浓度,抑制Nocardia等菌属的过度增殖[34].但是,随着空气输入率的降低,曝气池中的硝化作用会受到抑制,出水浊度也会相应有所提高,这是采用此法控制泡沫问题时需要考虑的地方[33].
6.3 曝气池前增设生物选择器
生物选择器是个混合池,使进入曝气池的污水先与回流活性污泥充分混合,在好氧,厌氧或缺氧的条件下停留一段时间,抑制发泡微生物的过度增殖,选择性发展其他微生物[34].在厌氧或缺氧生物选择器中,建立高F/M,低DO或厌氧的条件,使兼性的絮凝体形成菌吸附并贮存水中大部分可溶有机物,通过夺去一部分发泡微生物赖以生存的营养源的方式对发泡微生物进行控制.好氧生物选择器也以控制某些发泡微生物的生长为最终目的,所不同的是,它所创造的是个好氧的环境.Paolo等在研究中用污泥负荷为11 kgBOD5/(kgMLSS d),平均接触时间为18 min的缺氧生物选择器有效控制了回流污泥中的Nocardia,但该选择器对Microthrix parvicella则无明显效果;当采用污泥负荷为24 kgBOD5/(kgMLSS d),平均接触时间为14 min的好氧生物选择器时则能对Microthrix parvicella有较好的控制作用[35].
6.4 选择性泡沫浮选或淘汰(SFW)
通过对发泡污泥进行连续选择性浮选,处理并淘汰泡沫后,生物相中的发泡微生物会大大减少.Pretorius等通过研究发现,对发泡污泥选择性浮选4 h后,其中95%的发泡微生物得到了去除[10].
6.5 回流厌氧消化池上清液
由于消化池上清液对Nocardia amarne有毒性,因此可以通过向曝气池引入消化池上清液来控制生物泡沫.需要注意的是,由于上清液COD和NH3-N浓度极高,因此把上清液引入曝气池后可能会恶化最终出水水质[17].
6.6 其他控制方法
除了上述方法之外,向泡沫喷水,加强上部搅拌,添加化学药剂(如H2O2,O3和聚合铝盐等),投加特别微生物(如肾形虫),对回流污泥进行氯化以杀伤放线菌及降低污水pH等方法都能对泡沫起一定的控制作用,在运用时可根据实际情况加以选择.
6.7 厌氧泡沫的控制
对于污泥厌氧消化池中的泡沫问题,可以采用如下方法进行控制:降低污泥龄,在消化池顶部安装搅拌器,投加消泡剂(如聚合铝盐)及对污泥进行加热与处理(70 ℃,5 min).
7 问题与展望
对于活性污泥过程中的泡沫问题,目前已经展开了大量的研究并且也取得了一定的成果.但是活性污泥法中产生泡沫的机理及其影响因素都较为复杂,并且还经常会与污泥膨胀等其他异常情况同时出现,在对其控制上还缺乏广泛有效的手段,很多方面还有待于进一步的研究.
(1)明确活性污泥过程中的泡沫产生机理.选择性浮选可以较好地解释活性污泥过程中泡沫的产生,因此可以对其进一步展开研究,对选择性浮选过程中的微气泡大小,絮体颗粒大小以及CIH等因素进行量化考察,明确这些指标在发泡过程中所起的作用.
(2)采用现代先进的生物检测技术确定不同情况下发泡微生物的种类,较准确地判断发泡原因,以便能使用具有针对性的措施控制泡沫的产生.
(3)运用数学模型把发泡微生物种类,浓度及各种发泡影响因素与发泡情况有机地联系起来,争取运用数学模型来有效预测,判断活性污泥过程中的发泡状况.
(4)开发使用范围广,不利因素小和经济可行的组合泡沫控制技术来有效控制活性污泥过程中的泡沫问题.