摘　要：對國內(nèi)外活性污泥法中產(chǎn)生泡沫的危害、機(jī)理及影響因素的研究結(jié)果表明：諾卡氏菌群(Nocardia amarae,Nocardia pinensis)，微絲菌(Microthrix parvicella)，放線菌(Actinomycetes)的過量增殖是泡沫產(chǎn)生的主要原因。它與溫度、pH值、F/M值及底物種類，工藝運(yùn)行條件密切相關(guān)；結(jié)合活性污泥動(dòng)力學(xué)、污泥膨脹理論和工程實(shí)踐，綜合控制泡沫的技術(shù)措施有：控制MCRT與選擇器技術(shù)、SFW技術(shù)、分類選擇器技術(shù)和噴灑各種藥劑等。
 

關(guān)鍵詞：活性污泥法　泡沫控制　細(xì)胞平均停留時(shí)間(MCRT)　選擇器

0　引言��

采用活性污泥法處理污水過程中，在反應(yīng)器(曝氣池)與沉淀池內(nèi)出現(xiàn)的泡沫問題很早就引起人們的關(guān)注［1～3］。多年的研究表明：泡沫的產(chǎn)生不僅直接與起沫微生物的類群相關(guān)，而且與廢水性質(zhì)(pH、溫度、BOD等)、活性污泥狀況(MLSS、SVI)、工藝運(yùn)行條件(如細(xì)胞平均停留時(shí)間，反應(yīng)器構(gòu)型，機(jī)械應(yīng)力，DO，F(xiàn)/M)等有關(guān)，產(chǎn)生機(jī)理非常復(fù)雜。本文在大量查閱中外文獻(xiàn)基礎(chǔ)上對泡沫產(chǎn)生的普遍性、危害性，特別是其產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素分別進(jìn)行了探討，并給出了較成功的泡沫控制技術(shù)措施。

1　泡沫產(chǎn)生的普遍性和危害性　　

據(jù)1988年對澳大利亞采用活性污泥法的污水處理廠調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：在維多利亞、新南威爾士地區(qū)65%的污水廠有泡沫問題［4］；在昆士蘭地區(qū)92%的污水廠受到泡沫的嚴(yán)重影響，這其中60%又受到污泥膨脹的影響［5］；美國的108家采用活性污泥法的污水廠中，56%的污水廠受泡沫困擾［6］；法國約62%的污水廠產(chǎn)生泡沫；香港5個(gè)污水廠有2個(gè)由于不良運(yùn)行產(chǎn)生了泡沫［7］；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國采用活性污泥法的城市污水處理廠近50%出現(xiàn)過不同程度的泡沫問題，特別在南方地區(qū)，還經(jīng)常與活性污泥法異常運(yùn)行狀態(tài)(如絲狀菌膨脹，粘性物質(zhì)積聚成浮渣等)同時(shí)發(fā)生［8］。　　泡沫一般具有粘滯性，它會(huì)使大量固體陷入曝氣池的漂浮泡沫層，并產(chǎn)生漂浮層的翻轉(zhuǎn)，降低曝氣池的充氧效率(特別是機(jī)械曝氣情況)；在純氧密封活性污泥系統(tǒng)，泡沫會(huì)進(jìn)入氧壓機(jī)引起火災(zāi)；當(dāng)流入沉淀池時(shí)，在沉淀池?fù)醢逑聲?huì)增加出水懸浮固體引起出水水質(zhì)惡化；泡沫積累還能產(chǎn)生腐敗，且在寒冷天氣會(huì)結(jié)冰，影響正常運(yùn)行；含有泡沫的剩余污泥在厭氧消化中引起嚴(yán)重的起泡現(xiàn)象，損壞厭氧污泥處理工藝。

2　活性污泥性狀及泡沫產(chǎn)生機(jī)理

 2.1　泡沫的微生物類群組成　　

根據(jù)澳大利亞維多利亞、新南威爾士及昆士蘭地區(qū)活性污泥污水廠產(chǎn)生的泡沫問題進(jìn)行的調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Microthrix parvicella(微絲菌)，Nocardia amarae,Nocardia pinensis(諾卡氏菌群)是最常見的泡沫微生物，其次是0092型，0914型，0041型；而美國［9］和香港［10］起泡微生物由多到少的出現(xiàn)頻率為Nocardia pinensis,Nocardia amarae,Microthrix parvicella。以上表明，不同地區(qū)產(chǎn)生泡沫的微生物類群和數(shù)量有差別，但幾乎所有地區(qū)的泡沫中都檢出了占優(yōu)勢的Nocardia菌群；同時(shí)還報(bào)道［1］，在南非、美國、德國、日本膨脹的污泥中發(fā)現(xiàn)Nocardia菌群分別占優(yōu)勢絲狀菌出現(xiàn)頻率的第6、1、14、5位。可見，Nocardia菌群是活性污泥異常運(yùn)行(膨脹，泡沫)時(shí)常出現(xiàn)的微生物。

 2.2　泡沫組成微生物性質(zhì)及其形成機(jī)理　　

在活性污泥中經(jīng)常能觀察到的Nocardia菌群是有分支的，直徑為0.5μm、革蘭氏陽性、產(chǎn)生棕色粘性泡沫的絲狀微生物，與其它絲狀菌相比，它們雖不直接引起污泥膨脹，但在它們的菌絲中存有氣泡，易上浮成泡沫，在反應(yīng)器或沉淀池表面積存。當(dāng)混合液中Nocardia≥106 intersections/gVSS時(shí)，有害的泡沫就會(huì)出現(xiàn)［11］。　　研究表明，對含有Nocardia菌群的混合液曝氣，75%～90%以上Nocardia絲狀菌會(huì)上浮形成泡沫，其在泡沫中的濃度極高，要比在混合液中多10～50倍。　　泡沫中的微生物需要MCRT較長，N.amarae在完全混合活性污泥中是一個(gè)弱競爭者，在缺氧狀態(tài)下(存在NO-2或NO-3)不生長，N.amarae脫氮作用只能從NO-3和NO-2中進(jìn)行，且其速度要比許多絮凝體形成細(xì)菌低。在嚴(yán)格的厭氧條件下不能生長，也不能吸收含碳物質(zhì)。

 2.3　影響泡沫形成因素
 
2.3.1　溫度　　

據(jù)研究［6］，混合液溫度從13℃升至20℃，在給定MCRT下能提高Nocardia菌群數(shù)量；從20℃升到25℃之間，其影響不顯著；在低溫下的泡沫主要由Rhodococcus(紅微菌屬)引起，N.pinensis則生長于相對窄的溫度區(qū)間，并且許多生長于40℃或更高的熱污水或周圍空氣高溫的環(huán)境中產(chǎn)生泡沫［12］。而對于引起污泥膨脹和泡沫的其它放線菌，從10升至20℃，其生長速率加快1/2倍；低溫及無論有無選擇器的完全混合系統(tǒng)有利于M.parvicella的生長［13］。
 
2.3.2　pH值　　

通過對單一底物的研究認(rèn)為，Nocardia與Rhodococcus菌種的最佳pH值為7.0～8.5；空氣曝氣活性污泥混合液最優(yōu)pH為7.0，氧氣曝氣的為6.5(因?yàn)榛旌弦航佑|的氣相含有較高的CO2)。也有人指出，pH值降低(如硝化作用)不利于Nocardia菌的生長，能引起泡沫的明顯減少。

2.3.3　F/M值與底物種類　　

通過對絲狀菌的研究表明：在較高的F/M下一般可控制絲狀菌引起的污泥膨脹，但Nocardia菌所占的數(shù)量上升約6%，幾乎在絲狀菌中占絕對優(yōu)勢，并且泡沫也迅速出現(xiàn)；其它放線菌在(微環(huán)境中)高底物濃度(如為液相中的100倍以上)下也會(huì)大量增殖(亦即μmax增長規(guī)律和高的Ks值)，產(chǎn)生泡沫。這樣高的底物濃度可能存在于如下微環(huán)境中：　　①在污泥絮體與水之間的界面上，其上吸附了進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷并予以蓄積；　　②在污泥絮體中存在死的細(xì)胞，它能使其它種細(xì)菌進(jìn)行腐生增殖；　　③在不溶性的底物與水之間的界面上，如同跟水中的疏水物質(zhì)那樣；　　④在水與氣的界面上(表面和氣泡)，在其上底物可通過表面活性物質(zhì)而積累。　　此外，底物的種類與泡沫的產(chǎn)生也有許多相關(guān)關(guān)系。經(jīng)過對香港Vitro污水廠產(chǎn)生泡沫的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：分支絲狀菌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的增長［7］。　　跟相似于Nocardia菌的放線菌不同，M.Parvicella絲狀菌具有很高的比營養(yǎng)需求量，這種微生物喜歡長鏈脂肪酸如油酸做為其碳源。因此，在含有高負(fù)荷脂、油和皂類的情況下，有優(yōu)先繁殖M.Parvicella菌的危險(xiǎn)［13］；特定不生物降解或僅緩慢生物降解的表面劑濃度和疏水性底物會(huì)導(dǎo)致放線菌Actinomycetes的過量增殖［14］。　　非離子表面活性劑廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、日常生活等領(lǐng)域，如美國的城市排水中其濃度為1～20mg/L，美國研究者對Igepa1C-620和Neodo125-7兩種表面活性劑的研究結(jié)果表明，緩慢可生物降解的表面活性劑能顯著增加含Nocardia菌群污泥中的泡沫。且泡沫呈典型的褐色，包含和吸收較高的懸浮固體(SS)，并增加了混合液高度。其他人也證實(shí)，表面活性劑，類脂化合物，幾種疏水難降解顆粒底物能引起放線菌的增殖，導(dǎo)致反應(yīng)器和沉淀池表層產(chǎn)生泡沫浮渣。

2.3.4　運(yùn)行條件　　

觀察發(fā)現(xiàn)，離心循環(huán)泵產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力損壞密實(shí)的活性污泥絮狀體，從破損的細(xì)胞中釋放出來的表面活性蛋白質(zhì)、類脂化合物(有限長鏈脂肪酸)的增多，能導(dǎo)致放線菌、微絲菌的增殖，產(chǎn)生過量泡沫［2］；在瑞典的大斯德哥爾摩(Great Stockholm)地區(qū)的3個(gè)污水廠出現(xiàn)了嚴(yán)重的厭氧消化泡沫，顯微鏡觀察的結(jié)果是泡沫污泥表現(xiàn)出網(wǎng)狀絲狀菌M.Parvicella結(jié)構(gòu)，形態(tài)上長的圈狀絲狀菌因厭氧條件變成了短和細(xì)的絲狀菌［15］。

3　泡沫控制技術(shù)

3.1　控制MCRT與選擇器技術(shù)　　

根據(jù)組成，泡沫微生物性質(zhì)和成泡機(jī)理，使采用調(diào)節(jié)MCRT和選擇器相結(jié)合的技術(shù)控制泡沫成為可能。首先，對Nocardia的控制方面，根據(jù)N.amarae菌群在完全混合活性污泥中是一個(gè)弱競爭者，且反硝化很慢的特點(diǎn)，提出在適當(dāng)?shù)腗CRT值時(shí)，用好氧選擇器可有效控制Nocardia泡沫［16］；減少M(fèi)CRT是一種成功的控制泡沫方法［17］；也有人研究報(bào)道，可通過降低MCRT去除N.amarae泡沫，他們對一個(gè)采用活性污泥法的污水廠采用MCRT＜6d，同時(shí)回流活性污泥加氯成功地控制了Nocardia泡沫。在文獻(xiàn)［9］中的研究結(jié)果是：從MCRT由1.5d到15d范圍內(nèi)，MCRT升高，Nocardia菌群普遍升高，并且MCRT=2d，能有效控制Nocardia菌泡沫；MCRT=5d，用好氧選擇器控制Nocardia菌泡沫有效；MCRT=10d，用好氧選擇器控制Nocardia菌泡沫無效；MCRT=12d，用缺氧選擇器可控制硝化污泥中的Nocardia菌泡沫。　　另外，MCRT的采用還與溫度(氣候)及試驗(yàn)規(guī)模等因素有關(guān)，他們的試驗(yàn)結(jié)果見表1，由表1可見，不論是小試或生產(chǎn)性試驗(yàn)規(guī)模，溫度升高，采用的MCRT值降低。
                                                                                                 

                                            表1　控制Nocardia泡沫時(shí)MCRT與溫度關(guān)系

在美國，根據(jù)Nocardia菌產(chǎn)生泡沫的具體情況，采用不同MCRT控制泡沫的污水廠數(shù)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。

                                          圖1　美國控制Nocardia泡沫時(shí)采用不同MCRT值的污水廠數(shù)目統(tǒng)計(jì)(部分)

同時(shí)，以上泡沫控制技術(shù)還可與控制污泥膨脹等活性污泥異常運(yùn)行情況相結(jié)合，綜合調(diào)節(jié)活性污泥運(yùn)行工藝。如針對Phonenix活性污泥污水廠一直存在著在連續(xù)的膨脹污泥環(huán)境下，相當(dāng)?shù)偷腗LSS和SRT較短的情況下運(yùn)行狀況，采用DO為0～0.3mg/L的缺氧選擇器，結(jié)果：當(dāng)總氮還原約75%時(shí)，曝氣的缺氧選擇器可以對污泥的膨脹全部控制；Nocardia泡沫可以初步控制，在泡沫表面直接噴灑高濃度的氯(2 000～3 000mg/L)很容易消除泡沫［18］。　　

在類脂化合物、疏水難降解的顆粒底物以及機(jī)械應(yīng)力、接種等條件時(shí)易引起放線菌的污泥膨脹和泡沫上浮。一些人認(rèn)為，任一MCRT下的放線菌及0092型均能引起低負(fù)荷膨脹和上浮；而另一些人則證實(shí)，低的MCRT(＜6d)、用缺氧選擇器成功地抑制了放線菌的上浮和低負(fù)荷膨脹與泡沫上浮；還有人的研究結(jié)果是，用缺氧選擇器或厭氧選擇器不能有效控制M.Parvicella的生長［13］；也有人用好氧選擇器在低的固體停留時(shí)間(SRT)和缺氧選擇器在任何SRT條件下都可以控制放線菌的過量增長［19］。

3.2　選擇性泡沫浮選或淘汰(SFW)　　

SFW法是將載有Nocardia等起沫微生物泡沫溢流至系統(tǒng)外以得以去除。用帶有自由液面的40L曝氣池和設(shè)擋板的二沉池進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果是［20］：20d后，Nocardia絲狀菌達(dá)到11×106 intersections/gVSS；以后15d內(nèi)，其值在9×106～11×106之間波動(dòng)，去除二沉池?fù)踉��?3d后，Nocardia菌數(shù)量降至1×106～2.5×106之間，重裝消泡裝置72d后，Nocardia數(shù)量又增加到6×106。他們認(rèn)為，這主要是由于延長了MCRT，使之高于混合液中其它微生物的原因。后者在亞特蘭大Utoy Greet的WPCP污水廠研究表明，使用增加曝氣量，控制MCRT，以從混合液中去除起泡微生物，允許載有Nocardia的泡沫從曝氣池中溢流到相鄰池子里去除，得到很好的泡沫去除效果［21］。1987年在南非通過選擇性浮選，泡沫(浮渣)形成微生物可在24h內(nèi)大量從活性污泥中去除掉［22］。泡沫去除后，生物相中的絲狀菌明顯減少，而去除的泡沫中幾乎都是絲狀菌，大于95%的泡沫微生物能在最初的約4h內(nèi)去除；去除速度不取決于Nocardia泡沫微生物種類，但依賴于初始泡沫中的微生物濃度。在一些文獻(xiàn)中報(bào)告的其它經(jīng)驗(yàn)也肯定了這種措施是成功的。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

3.3　其它方法　　

添加化學(xué)藥劑(如Cl2，H2O2，O3，聚合Al鹽等)和上部攪拌［15］也是控制泡沫的常用方法。有報(bào)道，通過在曝氣池中添加O3(2～6mg/L)成功地抑制了Nocardia菌不正常增殖產(chǎn)生的泡沫。并且還發(fā)現(xiàn)［23］：污泥沉降性能好轉(zhuǎn)了，在去除COD，TOC，SS，PO3-4　－P，TN方面無不同，硝化作用增強(qiáng)了，出水水質(zhì)變好。　　向出現(xiàn)嚴(yán)重Nocardia泡沫的terminal污水廠反應(yīng)器中投加陽離子聚合物，3d后泡沫根除，其機(jī)理是：投加的陽離子聚合物與廢水表面存在的穩(wěn)定泡沫的接觸作用和聚合物絮凝使Nocardia絲狀菌分散進(jìn)入活性污泥絮體中［24］。　　采用去除表層泡沫的分類選擇器，可減少Nocardia的含量；向選擇器中添加可降解的非離子表面活性劑可進(jìn)一步降低混合液中的Nocardia水平。

4　結(jié)論　　

活性污泥工藝中產(chǎn)生泡沫的機(jī)理和影響因素是復(fù)雜的，并且經(jīng)常與污泥膨脹等異常情況同時(shí)出現(xiàn)［25～26］。因此，應(yīng)該根據(jù)具體情況采用相應(yīng)不同的控制技術(shù)。美國部分活性污泥污水廠控制Nocardia泡沫的策略及其成功率［6］如表2所示。有趣的是，其中58家污水廠直接用水噴灑泡沫，收到了很高的成功率(88%)，當(dāng)然，若停止噴灑水，泡沫又會(huì)重新出現(xiàn)。
                                                  表2　美國活性污泥污水廠控制泡沫的策略及成功率(部分)

綜合上述，控制活性污泥法中產(chǎn)生的泡沫問題，應(yīng)根據(jù)活性污泥運(yùn)行理論，結(jié)合工程實(shí)踐全面分析其產(chǎn)生的機(jī)理，并考慮控制措施的經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、可行性等因素來采用相應(yīng)措施(一種或多種)，才能經(jīng)濟(jì)、合理、徹底地解決活性污泥工藝中的泡沫問題。

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