活性污泥污水处理工艺中泡沫形成与控制研究报告Word文档下载推荐.docx
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被丝网包围的气泡,增加了其表面的张力,使气泡不易破碎,泡沫更加稳定。
另外，曝气气泡产生的气浮作用是泡沫形成的主要动力因素。
研究发现，与生物泡沫有关的菌属主要有Nocardioformactinomycetes（放线菌>
和Microthrixparvicella（丝状菌>
等，如图4所示，前者多出现于夏季，后者多出现于冬季[3]。
LindaL.Blackall等通过测定Microthrixparvicella等丝状菌的16SrDNA序列，对引起生物泡沫的主要丝状菌进行了分离鉴定和分类[4]，如表1所示。
Microthrixparvicella是生成生物泡沫的最重要菌种，其16SrDNA序列信息证实Microthrixparvicell也是一种放线菌，通过电子显微镜观察，其细胞壁上有革兰氏阳性细菌所具有的典型表面，呈单一均质层；
EikelboomType0092、EikelboomType0411和EikelboomType1863丝状菌革兰氏染色均呈阴性，16SrDNA序列信息表明三者都属于Flexibacter-Cytophaga-Bacteroides；
EikelboomType0803是一种
类Proteobacteria，WilliamsandUnz认为根据形态学准则很难区别Microthrixparvicell和EikelboomType0803，但序列信息表明事实上二者没有任何关系，EikelboomType0803与上述各丝状菌都不太相似。
D.B.Oerther等利用低<
聚）核苷酸探测技术、杂交培植和抗体着色等方法，对生物泡沫中Gordoniaspp.等丝状微生物进行了定量分析。
结果表明，Gordoniaspp.等菌体的活性和数量水平的增加与整体微生物群落的活性及数量水平有关，在形成生物泡沫过程中，Gordoniaspp.等丝状微生物自身的物理性质可能比细胞的代谢活性所起的作用要大[5]。
图4Nocardiaamarae和Microthrixparvicella[6]
Figure4.NocardiaamaraeandMicrothrixparvicella[6]
研究表明，丝状菌等微生物细胞表面的疏水性或憎水性<
cellsurfacehydrophobicity,CSH）是形成生物泡沫并使之稳定的重要原因。
HelenStratton<
1998）等从生物泡沫中分离出nocardiform及Rhodococcusrhodochrous等菌种，对细胞表面霉菌酸成分（mycolicacidcontent>
，
表1与泡沫形成有关的主要菌属
Table1.Mainbacteriainvolvedinfoamsforming
序号
菌种名称
革兰氏性
种属和形态
1
Nocardiaamarae
G+
放线菌（actinomycete>
，枝状菌丝
2
Nocardiapinesis
放线菌,松枝状
3
Rhodococcussp.
放线菌,枝状菌丝
4
Microthrixparvicella
丝状菌（filament>
，无鞘无分枝，丝状
5
EikelboomType0092
G-
F-C-B门，丝状菌
6
EikelboomType0411
7
EikelboomType1863
F-C-B门,
类Proteobacteria,丝状菌
8
EikelboomType0803
注：
F-C-B门表示Flexibacter-Cytophaga-Bacteroidesphylum.
以及细胞表面疏水性（CSH>
与形成稳定生物泡沫能力之间的关系进行了研究，结果表明：
霉酸菌成分并不是形成CSH的唯一原因，CSH也不是生成生物泡沫并使之稳定的唯一因素。
CSH随着微生物的培养周期，以及其它条件，如生长温度、碳源等的变化而改变；
Rhodococcusrhodochrous中霉酸菌成分也会随着培养周期、温度以及碳源等条件的变化而发生改变；
nocardiform细胞表面的霉酸菌成分对其CSH的影响不大[7]。
D.Mamais（1998>
等认为，长链脂肪酸<
慢速生物降解COD）和低温环境是脱氮活性污泥系统中Microthrixparvicella生长的主要原因，絮凝体形成菌去除易生物降解COD的过程也不会影响Microthrixparvicella的生长，长链脂肪酸被去除的量<
吸附去除）与Microthrixparvicella的生长量成反比关系[8]；
污泥停留时间（SRT>
、pH值也会影响生物泡沫的产生。
长污泥停留时间有利于Microthrixparvicella等丝状菌微生物的生长，这也是延时曝气工艺更容易引起生物泡沫的原因。
另外，溶解氧（DO>
以及曝气方式等也是生成泡沫的重要影响因素。
如表2所示。
表2与优势丝状菌相关的条件[9]
Table2.Conditionsbeingrelatedtopredominantfilamentousbacteria
产生条件
丝状菌种类
低DO
Microthrixparvicella,S.Natans,1701
低F/M
Microthrixparvicella,0041,0092
完全混合式生物反应器
H.Hydrossis,Nocardiaspp.,021N,1851,1701
腐败性废水/硫化物
Beggiatoa,Thiothrixspp.,0914
营养不足
S.Natans,Thiothrixspp.,021N。
可能有H.Hydrossis,0041
低pH值
fungalbacteria
2泡沫的控制
根据泡沫形成的机理及其影响因素，可采用物理化学和生物的方法对泡沫进行控制。
控制泡沫特别是生物泡沫的实质并非消除Microthrixparvicella等细菌的产生，主要途径就是在曝气系统中建立一个不适宜丝状菌异常生长的环境，抑制其在活性污泥中的过度增殖，使丝状菌与絮凝体形成菌保持平衡的比例生长。
2.1物化方法控制泡沫
①喷洒水
喷洒的水流或水珠能打碎浮在水面的气泡,以减少泡沫。
但不能根本消除泡沫现象，是一种最常用最简便的物理方法。
②投加化学药剂
阳离子聚丙烯酰胺（acrylamidebasedcationicpolymer>
是一种常用的消泡剂，工程实例中，把阳离子聚丙烯酰胺投加于二沉池进水管中，其既有抑制Nocardioformactinomycetes生长的作用，又有通过回流污泥进入曝气池消除污水中表面活性剂及表面活性物质极性－非极性特点的作用。
由于上述两点的存在，新的稳定泡沫难于大量生成，而在水面上的泡沫层由于水面紊动，泡沫受剪力作用不断破碎，表面泡沫水膜由于水分不断蒸发,泡沫不断破碎,泡沫层也逐渐消失[10]。
低浓度的H2O2也是一种较常用的泡沫消除剂，在活性污泥中投加当投加低浓度H2O2时,其浓度不足以杀死菌胶团表面伸出的丝状菌，只能氧化部分生物残渣和消除代谢过程产生的毒素，净化菌胶团细菌生长的环境，促进了菌胶团细菌优势生长,使菌胶团菌和丝状菌的生长达到了新的平衡，从而达到控制生物泡沫的目的，而出水水质并未恶化。
H2O2应投加于回流污泥中，投加浓度为20～25mgH2O2/（kg·
MLSS>
[11]。
YongwooHwang等通过污水厂观察、实验室实验以及现场应用，发现污水中的泡沫是典型的季节性出现的，代谢和动力学的调节并不能很成功的抑制Microthrixparvicella的过度生长和泡沫的产生，经过与氯、阳离子聚丙烯酰胺两种化学药剂相比较，发现除丝状菌聚季铵碱（quaternaryammoniumbasedantifilamentpolymer,AFP>
是一种最有效的物理化学方法来抑制Microthrixparvicella的过度增殖，能有效的控制泡沫，并未给出水水质带来变化[12]。
另外，如氯、臭氧、聚乙二醇以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等均具有较强的氧化性，也可当作消泡剂使用。
2.2生物方法控制泡沫
①降低细胞平均停留时间
降低细胞平均停留时间是很有效的控制泡沫的方法，实质即利用丝状菌平均世代时间较长于絮凝体形成菌的特点，抑制丝状菌的过度增殖，细胞平均停留时间越短，丝状菌越少，泡沫也越少。
②调节污水pH值
研究表明，最适宜Nocardiaamarae生长的pH值为7.8,最适宜Microthrixparvicella生长的pH值为7.7～8.0，当pH值从7.0降为5.0～5.6时，能有效控制这些微生物的过度生长，减少泡沫的形成[13]。
③降低曝气的空气输入率
降低了曝气的空气输入率，一是能降低曝气池中气提强度，减缓了丝状菌的上浮速度；
二是能降低曝气池中的溶解氧浓度，Nocardiaamarae是严格的好氧菌,在缺氧或厌氧条件下,不易生长,但Microthrixparvicella却能忍受缺氧状态。
再者，降低曝气池的空气输入量也相应的降低了微气泡的生成量，即减少丝状菌和放线菌机体上浮的载体，从而延缓泡沫的形成。
④回流厌氧消化池上清液
实验表明，厌氧消化池上清液能抑制Rhodococcusrhodochrous菌属的生长，采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，也能控制曝气池表面泡沫的形成。
但由于厌氧消化池上清液中含有高浓度好氧底物和氨氮，它们都会影响出水水质，因此应慎用。
⑤增设生物选择器
生物选择器有好氧选择器和缺氧选择器两种，其目的就是使进入曝气池的污水先于回流污泥在其中充分混合，通过调节F/M、DO等因素，选择性的发展絮凝体形成菌，抑制丝状菌等的过度增殖。
在设计选择器时，选择器需要分格设置，一般多采用4～6格；
尽量提高选择器第一格的F/M值，形成F/M梯度；
还要控制选择器的水力停留时间，一般为10～15分钟。
另有研究表明：
好氧选择器能一定程度地控制Microthrixparvicella，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Microthrixparvicella无太大作用[14]。
⑥采用连续填料反应器
等也认为，没有证据表明厌氧和缺氧选择器能够绝对成功的控制Microthrixparvicella的扩散和增殖，连续流和序批实验表明，控制Microthrixparvicella生长的最佳方式就是采用连续填料流反应器，理由有二：
一是利用絮凝体形成菌的高吸附能力能够大量去除慢速生物降解COD；
二是能避免胶体物质水解后可溶产物的扩散[8]。
3现场实例北京首都机场污水处理厂采用合建式缺氧―好氧活性污泥工艺<
A/O）。
污水厂的污水主要来源于航空工作区、生活区、宾馆以及周边生活小区，处理能力为20000m3/d,其工艺流程如图3所示。
2004年2月14日至2月17日期间，曝气池表面出现了严重的泡沫，开始采取了向曝气池
表面喷洒清水的措施，但消泡效果不理想。
2月18日，采取了降低曝气的空气输入强度的措施，并向二沉池的进水管中投加了约25L（0.5mg/L>
的阳离子聚丙烯酰胺溶液，连续投加7天，每天观察并记录了泡沫覆盖曝气池的百分率，如图4所示。
开始投加时泡沫覆盖率已经达到90％左右，2月20日泡沫覆盖率下降至70％，到2月24日覆盖率下降至12％，随后稳定在10％以下。
图4曝气池泡沫覆盖率随投加阳离子聚丙烯酰胺的时间变化关系
Figure4.Variationrelationshipbetweenbestrewingrateoffoamsinaerationpooland
addingtimeofacrylamidebasedcationicpolymer
4结语
活性污泥工艺中泡沫产生的条件和机理尚有争议，但目前的研究认为，主要是由于Nocardia和Microthrixparvicella菌属的异样生长，其比生长速率高于菌胶团絮凝体形成菌的比生长速率造成的，Nocardia和Microthrixparvicella菌属有疏水性极强的细胞表面，迁移并停留在气泡表面，因而使气泡稳定。
发泡现象也与气–水界面的疏水性有机化合物的浓度有关。
泡沫的控制主要有物化和生化的方法，通过加入化学药剂来改变细菌细胞表面的化学性质仍是一种控制泡沫产生的常用方法，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凝体形成菌的数量及生物总量。
总之，目前常用的投加化学药剂方法只是一种应急措施而非根本解决途径，因此，还应通过更深入更实际的生物方法的研究，来寻找一种更合理有效、更经济适用的方法控制Nocardia和Microthrixparvicella菌属的生长和泡沫的形成，保证活性污泥工艺的正常和高效运行。
活性污泥法的生物泡沫形成和控制
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：
Nocardiaamarae，革兰氏阳性，枝状菌丝；
Nocardiapinesis，革兰氏阳性，松枝状；
Rhodococcussp.，革兰氏阳性，枝状菌丝。
②丝状菌，包括：
Microthrixparvicella，革兰氏阳性，丝状、无鞘无分枝；
Eikelboomtype0675，革兰氏阳性，有鞘无分枝；
Eikelboomtype0092，革兰氏阴性，无鞘无分枝。
上述菌种中，最常见的是Nocardiaamarae和Microthrixparvicella（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
菌类生长周期（d>
生长温度（℃>
最佳温度（℃>
2～410～40 Rhodococcussp.4～723～3728Nocardiaamarae6～108～3525Microthrixparvicella10～2115～3118～25Nocardiapinesis Type1863 30 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。
Nocardiaamarae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。
Microthrixparvicella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。
Microthrixparvicella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，但有实验说明，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生物泡沫的控制方法
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5～6d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6d，这与采用此法矛盾；
另外，Microthrixparvicella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。
已有实验表明，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］。
3实例分析
虽然各种研究和实践表明泡沫问题具有基本共同的原理，但引起泡沫现象的因素很多，控制的方法也各异（见表2>
表2 一些污水厂的泡沫控制方法及其成功率［2、5］控制方法统计（1>
统计（2>
统计（3>
污水厂成功率（%>
喷洒水5888 4628降低污泥龄4473 4657杀菌剂48589664620反泡沫药剂3520757 选择器 1173 减少曝气时间560 4633
从泡沫控制的结果来看，各种方法的使用都应慎重考虑，例如虽然选择器是一种方便的方法，但仍然需要有针对性［11］。
因此，首先应找出形成泡沫问题的主要原因，再提出符合实际的可行解决方法。
大关污水处理厂是杭州市的一个居住区污水处理厂，处理量为4000m3/d，采用合建式氧化沟。
通过1995年—1999年的观察，总结出其泡沫现象的规律，主要是与气候（气温、水温和大气压力>
有关。
严重的泡沫现象（见图3>
在温度高的夏季和寒冷的冬季都不会发生，每年都出现在春夏、秋冬换季时。
即发生在气温、水温和气压交变的环境。
分析1999年的统计数据，发生泡沫现象的时期为
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