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EPS 非絲狀菌 生物泡沫 已有3人參與
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生物泡沫的產(chǎn)生主要是絲狀菌過度增殖導(dǎo)致的，那非絲狀菌過度增殖是不是也會引起泡沫的產(chǎn)生呢？EPS過高是否也會導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生？急求解答呀 |
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y_hao
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ymnh: 金幣+2, 辛苦了 2012-06-13 21:23:00
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沒聽說過非絲狀菌、EPS會導(dǎo)致生物泡沫產(chǎn)生； 但EPS在曝氣池大量積累，會引起污泥絮凝和沉降性能變差，導(dǎo)致非絲狀菌污泥膨脹 關(guān)于活性污泥法泡沫問題，共享兩篇文獻(xiàn) 活性污泥法中泡沫問題的產(chǎn)生與控制技術(shù) 丁峰 彭永臻 董文藝 王淑瑩 高春娣 周利 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)合活性污泥動力學(xué)、污泥膨脹理論和工程實踐，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)胞平均停留時間(MCRT) 選擇器 Formation and Control of Foam in Activated Sludge Process Ding Feng et al Abstract：The researches on the formation mechanism,influence factor and hazards of foam problem in activated sludge process have shown,that it is mainly caused by excess growth of Nocardia amarae,Nocardia pinensis,Microthrix parvicella and Actinomycetes and intently related to the circumstance factors such as the temperature,pH value,F/M ratio,the kinds of benthonic substances and the operating conditions of the activated sludge system.The foam control measures like the MCRT control and bio-selection,SFW technology,classified selector and chemical dosage have been developed on the basis of kinetic of activated sludge and the theory and practice of sludge bulking.▲ 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個污水廠有2個由于不良運(yùn)行產(chǎn)生了泡沫［7］；據(jù)不完全統(tǒng)計，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)同時發(fā)生［8］。 泡沫一般具有粘滯性，它會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)，泡沫會進(jìn)入氧壓機(jī)引起火災(zāi)；當(dāng)流入沉淀池時，在沉淀池?fù)醢逑聲黾映鏊畱腋」腆w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；同時還報道［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�？梢�，Nocardia菌群是活性污泥異常運(yùn)行(膨脹，泡沫)時常出現(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，有害的泡沫就會出現(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(因為混合液接觸的氣相含有較高的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： �、僭谖勰嘈躞w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； �、墼诓蝗苄缘牡孜锱c水之間的界面上，如同跟水中的疏水物質(zhì)那樣； �、茉谒c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［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，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弱競爭者，且反硝化很慢的特點，提出在適當(dāng)?shù)腗CRT值時，用好氧選擇器可有效控制Nocardia泡沫［16］；減少MCRT是一種成功的控制泡沫方法［17］；也有人研究報道，可通過降低MCRT去除N.amarae泡沫，他們對一個采用活性污泥法的污水廠采用MCRT＜6d，同時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)及試驗規(guī)模等因素有關(guān)，他們的試驗結(jié)果見表1，由表1可見，不論是小試或生產(chǎn)性試驗規(guī)模，溫度升高，采用的MCRT值降低。 表1 控制Nocardia泡沫時MCRT與溫度關(guān)系 試驗規(guī)模 小試 小試 生產(chǎn)性試驗(夏季) 生產(chǎn)性試驗(冬季) 溫度/℃ 16 24 22 18 MCRT/d 2.2 1.6 1.8 2.2 注：地點Sacramento,Calif. 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)計結(jié)果見圖1。 圖1 美國控制Nocardia泡沫時采用不同MCRT值的 污水廠數(shù)目統(tǒng)計(部分) 同時，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，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��；而另一些人則證實，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��；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，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)中報告的其它經(jīng)驗也肯定了這種措施是成功的。 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�。璓，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) 泡沫控制策略 策略使用污水廠數(shù)目 成功率/% 降低MCRT 44 73 投加氯氣 48 58 用水噴灑 58 88 用消泡劑 35 20 降低曝氣時間 5 60 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�！� 基金項目：國家自然科學(xué)基金(編號59778024)和黑龍江省自然科學(xué)基金資助項目。 作者單位：董文藝(深圳市規(guī)劃國土局羅湖分局 518000) 參考文獻(xiàn)： ［1］W A Pretorious,C J P Laubscher.Control of biological scum in activated sludge plants by means of selective flotation.Wat Sci Tech,1987,19.1003～1011 ［2］Jurg Kappeler,Willi Gujer.Inflences of wastewater composition and operating conditions on activated sludge bulking and scum formation.Wat Sci Tech,1994,30(11):181～189 ［3］Peter Kampfer,Diethelm Weltin,et al.Research note on growth requirements of filamentous bacteria isolated from bulking and scumming sludge.Wat Res,1995,29(6):1585～1588 ［4］E M Seviour,C J Williams,R J Seviour,J A Soddel,K C Lindrea.A survey of filamentous bacterial populations from foaming activated sludge plants 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摘要：活性污泥曝氣池中嚴(yán)重的泡沫現(xiàn)象是一種常見問題，主要是由于Nocardioform actinomycetes和Microthrix parvicella菌屬的異樣生長造成的。微生物細(xì)胞表面的疏水性(CSH)、污泥停留時間(SRT)、pH值、溶解氧(DO)等是絲狀菌生長的重要因素�？刂婆菽姆椒ㄖ饕袊姙⑺�、投加化學(xué)藥劑、降低細(xì)胞平均停留時間、調(diào)節(jié)污水pH值、增設(shè)生物選擇器、采用連續(xù)填料反應(yīng)器等。 關(guān)鍵詞：活性污泥工藝 泡沫 Nocardioform actinomycetes；Microthrix parvicella 形成和控制 0 引言 目前，世界范圍內(nèi)大多數(shù)城市污水處理廠采用活性污泥法處理工藝。普遍存在的問題之一就是曝氣池表面常常會產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫，大量的泡沫使曝氣池表面被覆蓋,若從池中溢出會引起外部設(shè)備及外部池壁的污染,嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境，給污水處理廠的運(yùn)行和管理帶來了困難，同時也使出水水質(zhì)惡化。根據(jù)對國內(nèi)外污水處理廠的調(diào)查，大多數(shù)都不同程度地受到泡沫問題的影響，特別是采用延時曝氣工藝的污水廠更是如此。 1 泡沫的形成 活性污泥工藝中，泡沫的形成一般有以下幾種形式，主要包括工藝運(yùn)行初始時期形成泡沫、反硝化作用起泡、表面活性劑起泡以及生物泡沫等[1]。生物泡沫粘度大，呈黃褐色，具有穩(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點。 1.1 工藝運(yùn)行初期形成泡沫 曝氣池開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，特定表面活性劑對有機(jī)物的部分降解作用形成泡沫，并使泡沫迅速增長。這些泡沫一般呈白色且質(zhì)輕，當(dāng)活性污泥達(dá)到成熟時消失。 1.2 反硝化作用起泡 由于在二沉池或曝氣不足的地方會發(fā)生反硝化作用，使微小的氮氣氣泡釋放出來，從而使污泥的密度減小，有利于其上浮，產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在二次沉淀池中表現(xiàn)明顯，且產(chǎn)生的懸浮泡沫通常不穩(wěn)定。 1.3表面活性劑起泡 污水中的表面活性劑和淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等表面活性物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上都表現(xiàn)為含有極性－非極性基團(tuán)即所謂雙親分子，在曝氣的條件下，非極性基團(tuán)一端伸入氣泡內(nèi)，而極性基團(tuán)選擇地被親水物質(zhì)所吸附，這樣親水性物質(zhì)的表面被轉(zhuǎn)化成疏水性物質(zhì)而粘附在氣泡水膜上，隨氣泡一起上浮至水面。 各種懸浮物質(zhì)若混入表面活性劑等產(chǎn)生的泡中，這些物質(zhì)單獨存在并不能發(fā)泡,但是可使泡沫穩(wěn)定。如造紙工業(yè)中的微細(xì)紙漿，食品工業(yè)中的纖維質(zhì)等。另外，如氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鋁等鹽類的水溶液,單獨存在幾乎不產(chǎn)生泡沫,但也有助于泡沫的穩(wěn)定，使泡沫難以消失，如圖1、2、3所示[2]。 圖1 純水中的氣泡 圖2 水中混入表面 圖3 水中混入表面活性劑 活性劑的氣泡 和懸浮物質(zhì)的氣泡 Figure 1. A foam in Figure 2. A foam in water with Figure 3. A foam in water with surface pure water surface active agents active agents and suspended substances 1.4 生物泡沫 目前，普遍認(rèn)為生物泡沫形成的主要原因是：在各種因素影響下，造成絲狀菌和放線菌等微生物的異樣生長，絲狀菌的比生長速率高于了菌膠團(tuán)細(xì)菌，又由于絲狀菌的比表面積較大，因此，絲狀菌在取得污水中BOD5物質(zhì)和氧化BOD5物質(zhì)所需要的氧氣方面都比菌膠團(tuán)細(xì)菌有利得多，結(jié)果曝氣池中絲狀菌成為優(yōu)勢菌種而大量增值，導(dǎo)致生物泡沫的產(chǎn)生。再加上這些微生物大都呈絲狀或枝狀,易形成網(wǎng),能捕掃微粒和氣泡等,并浮到水面。被絲網(wǎng)包圍的氣泡,增加了其表面的張力,使氣泡不易破碎,泡沫更加穩(wěn)定。另外，曝氣氣泡產(chǎn)生的氣浮作用是泡沫形成的主要動力因素。 研究發(fā)現(xiàn)，與生物泡沫有關(guān)的菌屬主要有Nocardioform actinomycetes(放線菌)和Microthrix parvicella(絲狀菌)等，如圖4所示，前者多出現(xiàn)于夏季，后者多出現(xiàn)于冬季[3]。Linda L.Blackall等通過測定Microthrix parvicella等絲狀菌的16S rDNA序列，對引起生物泡沫的主要絲狀菌進(jìn)行了分離鑒定和分類[4]，如表1所示。 Microthrix parvicella是生成生物泡沫的最重要菌種，其16S rDNA序列信息證實Microthrix parvicell也是一種放線菌，通過電子顯微鏡觀察，其細(xì)胞壁上有革蘭氏陽性細(xì)菌所具有的典型表面，呈單一均質(zhì)層；Eikelboom Type0092、Eikelboom Type0411 和Eikelboom Type1863絲狀菌革蘭氏染色均呈陰性，16S rDNA序列信息表明三者都屬于Flexibacter-Cytophaga-Bacteroides；Eikelboom Type0803是一種 類Proteobacteria，Williams and Unz認(rèn)為根據(jù)形態(tài)學(xué)準(zhǔn)則很難區(qū)別Microthrix parvicell和Eikelboom Type0803，但序列信息表明事實上二者沒有任何關(guān)系，Eikelboom Type0803與上述各絲狀菌都不太相似。 D.B.Oerther 等利用低（聚）核苷酸探測技術(shù)、雜交培植和抗體著色等方法，對生物泡沫中Gordonia spp.等絲狀微生物進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明，Gordonia spp.等菌體的活性和數(shù)量水平的增加與整體微生物群落的活性及數(shù)量水平有關(guān)，在形成生物泡沫過程中，Gordonia spp.等絲狀微生物自身的物理性質(zhì)可能比細(xì)胞的代謝活性所起的作用要大[5]。 圖4 Nocardia amarae和Microthrix parvicella[6] Figure 4. Nocardia amarae and Microthrix parvicella[6] 研究表明，絲狀菌等微生物細(xì)胞表面的疏水性或憎水性（cell surface hydrophobicity, CSH）是形成生物泡沫并使之穩(wěn)定的重要原因。Helen Stratton（1998）等從生物泡沫中分離出nocardiform及Rhodococcus rhodochrous等菌種，對細(xì)胞表面霉菌酸成分(mycolic acid content)， 表1 與泡沫形成有關(guān)的主要菌屬 Table 1. Main bacteria involved in foams forming 序號 菌種名稱 革蘭氏性 種屬和形態(tài) 1 Nocardia amarae G+ 放線菌(actinomycete)，枝狀菌絲 2 Nocardia pinesis G+ 放線菌,松枝狀 3 Rhodococcus sp. G+ 放線菌,枝狀菌絲 4 Microthrix parvicella G+ 絲狀菌(filament)，無鞘無分枝，絲狀 5 Eikelboom Type0092 G- F-C-B門，絲狀菌 6 Eikelboom Type0411 G- F-C-B門，絲狀菌 7 Eikelboom Type1863 G- F-C-B門, 類Proteobacteria,絲狀菌 8 Eikelboom Type0803 G- F-C-B門, 類Proteobacteria,絲狀菌 注：F-C-B門表示Flexibacter-Cytophaga-Bacteroides phylum. 以及細(xì)胞表面疏水性(CSH)與形成穩(wěn)定生物泡沫能力之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)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穩(wěn)定的唯一因素。CSH隨著微生物的培養(yǎng)周期，以及其它條件，如生長溫度、碳源等的變化而改變；Rhodococcus rhodochrous中霉酸菌成分也會隨著培養(yǎng)周期、溫度以及碳源等條件的變化而發(fā)生改變；nocardiform細(xì)胞表面的霉酸菌成分對其CSH的影響不大[7]。 D.Mamais(1998)等認(rèn)為，長鏈脂肪酸（慢速生物降解COD）和低溫環(huán)境是脫氮活性污泥系統(tǒng)中Microthrix parvicella生長的主要原因，絮凝體形成菌去除易生物降解COD的過程也不會影響Microthrix parvicella的生長，長鏈脂肪酸被去除的量（吸附去除）與Microthrix parvicella的生長量成反比關(guān)系[8]；污泥停留時間(SRT)、pH值也會影響生物泡沫的產(chǎn)生。長污泥停留時間有利于Microthrix parvicella等絲狀菌微生物的生長，這也是延時曝氣工藝更容易引起生物泡沫的原因。另外，溶解氧(DO)以及曝氣方式等也是生成泡沫的重要影響因素。如表2所示。 表2 與優(yōu)勢絲狀菌相關(guān)的條件[9] Table 2. Conditions being related to predominant filamentous bacteria 產(chǎn)生條件 絲狀菌種類 低DO Microthrix parvicella, S. Natans, 1701 低F/M Microthrix parvicella,0041,0092 完全混合式生物反應(yīng)器 H. Hydrossis, Nocardia spp., 021N, 1851,1701 腐敗性廢水/硫化物 Beggiatoa, Thiothrix spp., 0914 營養(yǎng)不足 S. Natans, Thiothrix spp., 021N; 可能有H. Hydrossis,0041 低pH值 fungal bacteria 轉(zhuǎn)貼于 中國論文下載中心 http://www.studa.net2 泡沫的控制 根據(jù)泡沫形成的機(jī)理及其影響因素，可采用物理化學(xué)和生物的方法對泡沫進(jìn)行控制。控制泡沫特別是生物泡沫的實質(zhì)并非消除Microthrix parvicella等細(xì)菌的產(chǎn)生，主要途徑就是在曝氣系統(tǒng)中建立一個不適宜絲狀菌異常生長的環(huán)境，抑制其在活性污泥中的過度增殖，使絲狀菌與絮凝體形成菌保持平衡的比例生長。 2.1 物化方法控制泡沫 ① 噴灑水 噴灑的水流或水珠能打碎浮在水面的氣泡,以減少泡沫。但不能根本消除泡沫現(xiàn)象，是一種最常用最簡便的物理方法。 ② 投加化學(xué)藥劑 陽離子聚丙烯酰胺(acrylamide¬based cationic polymer)是一種常用的消泡劑，工程實例中，把陽離子聚丙烯酰胺投加于二沉池進(jìn)水管中，其既有抑制Nocardioform actinomycetes生長的作用，又有通過回流污泥進(jìn)入曝氣池消除污水中表面活性劑及表面活性物質(zhì)極性－非極性特點的作用。由于上述兩點的存在，新的穩(wěn)定泡沫難于大量生成，而在水面上的泡沫層由于水面紊動，泡沫受剪力作用不斷破碎，表面泡沫水膜由于水分不斷蒸發(fā),泡沫不斷破碎,泡沫層也逐漸消失[10]。 低濃度的H2O2也是一種較常用的泡沫消除劑，在活性污泥中投加當(dāng)投加低濃度H2O2時,其濃度不足以殺死菌膠團(tuán)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(chǎn)生的毒素，凈化菌膠團(tuán)細(xì)菌生長的環(huán)境，促進(jìn)了菌膠團(tuán)細(xì)菌優(yōu)勢生長, 使菌膠團(tuán)菌和絲狀菌的生長達(dá)到了新的平衡，從而達(dá)到控制生物泡沫的目的，而出水水質(zhì)并未惡化。H2O2應(yīng)投加于回流污泥中，投加濃度為20～25mg H2O2/(kg•MLSS)[11]。 Yongwoo Hwang等通過污水廠觀察、實驗室試驗以及現(xiàn)場應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)污水中的泡沫是典型的季節(jié)性出現(xiàn)的，代謝和動力學(xué)的調(diào)節(jié)并不能很成功的抑制Microthrix parvicella的過度生長和泡沫的產(chǎn)生，經(jīng)過與氯、陽離子聚丙烯酰胺兩種化學(xué)藥劑相比較，發(fā)現(xiàn)除絲狀菌聚季銨堿(quaternary ammonium¬based anti¬filament polymer, AFP)是一種最有效的物理化學(xué)方法來抑制Microthrix parvicella的過度增殖，能有效的控制泡沫，并未給出水水質(zhì)帶來變化[12]。 另外，如氯、臭氧、聚乙二醇以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等均具有較強(qiáng)的氧化性，也可當(dāng)作消泡劑使用。 2.2 生物方法控制泡沫 ① 降低細(xì)胞平均停留時間 降低細(xì)胞平均停留時間是很有效的控制泡沫的方法，實質(zhì)即利用絲狀菌平均世代時間較長于絮凝體形成菌的特點，抑制絲狀菌的過度增殖，細(xì)胞平均停留時間越短，絲狀菌越少，泡沫也越少。 �、� 調(diào)節(jié)污水pH值 研究表明，最適宜Nocardia amarae生長的pH值為7.8,最適宜Microthrix parvicella生長的pH值為7.7～8.0，當(dāng)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[13]。 �、� 降低曝氣的空氣輸入率 降低了曝氣的空氣輸入率，一是能降低曝氣池中氣提強(qiáng)度，減緩了絲狀菌的上浮速度；二是能降低曝氣池中的溶解氧濃度，Nocardia amarae是嚴(yán)格的好氧菌,在缺氧或厭氧條件下,不易生長,但 Microthrix parvicella卻能忍受缺氧狀態(tài)。再者，降低曝氣池的空氣輸入量也相應(yīng)的降低了微氣泡的生成量，即減少絲狀菌和放線菌機(jī)體上浮的載體，從而延緩泡沫的形成。 �、� 回流厭氧消化池上清液 試驗表明，厭氧消化池上清液能抑制Rhodococcus rhodochrous菌屬的生長，采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法，也能控制曝氣池表面泡沫的形成。但由于厭氧消化池上清液中含有高濃度好氧底物和氨氮，它們都會影響出水水質(zhì)，因此應(yīng)慎用。 �、� 增設(shè)生物選擇器 生物選擇器有好氧選擇器和缺氧選擇器兩種，其目的就是使進(jìn)入曝氣池的污水先于回流污泥在其中充分混合，通過調(diào)節(jié)F/M、DO等因素，選擇性的發(fā)展絮凝體形成菌，抑制絲狀菌等的過度增殖。在設(shè)計選擇器時，選擇器需要分格設(shè)置，一般多采用4～6格；盡量提高選擇器第一格的F/M值，形成F/M梯度；還要控制選擇器的水力停留時間，一般為10～15分鐘。另有研究表明：好氧選擇器能一定程度地控制Microthrix parvicella，但對Nocardia 菌屬無大影響；而缺氧選擇器對Nocardia菌屬有控制作用，卻對Microthrix parvicella無太大作用[14]。 �、� 采用連續(xù)填料反應(yīng)器 D.Mamais(1998)等也認(rèn)為，沒有證據(jù)表明厭氧和缺氧選擇器能夠絕對成功的控制Microthrix parvicella的擴(kuò)散和增殖，連續(xù)流和序批實驗表明，控制Microthrix parvicella 生長的最佳方式就是采用連續(xù)填料流反應(yīng)器，理由有二：一是利用絮凝體形成菌的高吸附能力能夠大量去除慢速生物降解COD；二是能避免膠體物質(zhì)水解后可溶產(chǎn)物的擴(kuò)散[8]。 3 現(xiàn)場實例 北京首都機(jī)場污水處理廠采用合建式缺氧―好氧活性污泥工藝（A/O）。污水廠的污水主要來源于航空工作區(qū)、生活區(qū)、賓館以及周邊生活小區(qū)，處理能力為20000m3/d,其工藝流程如圖3所示。 2004年2月14日至2月17日期間，曝氣池表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的泡沫，開始采取了向曝氣池 表面噴灑清水的措施，但消泡效果不理想。2月18日，采取了降低曝氣的空氣輸入強(qiáng)度的措施，并向二沉池的進(jìn)水管中投加了約25L(0.5mg/L)的陽離子聚丙烯酰胺溶液，連續(xù)投加7天，每天觀察并記錄了泡沫覆蓋曝氣池的百分率，如圖4所示。開始投加時泡沫覆蓋率已經(jīng)達(dá)到90％左右，2月20日泡沫覆蓋率下降至70％，到2月24日覆蓋率下降至12％，隨后穩(wěn)定在10％以下。 圖4 曝氣池泡沫覆蓋率隨投加陽離子聚丙烯酰胺的時間變化關(guān)系 Figure 4. Variation relationship between bestrewing rate of foams in aeration pool and adding time of acrylamide¬based cationic polymer 4 結(jié)語 活性污泥工藝中泡沫產(chǎn)生的條件和機(jī)理尚有爭議，但目前的研究認(rèn)為，主要是由于Nocardia和Microthrix parvicella菌屬的異樣生長，其比生長速率高于菌膠團(tuán)絮凝體形成菌的比生長速率造成的，Nocardia和Microthrix parvicella菌屬有疏水性極強(qiáng)的細(xì)胞表面，遷移并停留在氣泡表面，因而使氣泡穩(wěn)定。發(fā)泡現(xiàn)象也與氣–水界面的疏水性有機(jī)化合物的濃度有關(guān)。 泡沫的控制主要有物化和生化的方法，通過加入化學(xué)藥劑來改變細(xì)菌細(xì)胞表面的化學(xué)性質(zhì)仍是一種控制泡沫產(chǎn)生的常用方法，而廣泛應(yīng)用的殺菌劑普遍存在負(fù)作用,因為過量或投加位置不當(dāng),會大量降低反應(yīng)池中絮凝體形成菌的數(shù)量及生物總量。 總之，目前常用的投加化學(xué)藥劑方法只是一種應(yīng)急措施而非根本解決途徑，因此，還應(yīng)通過更深入更實際的生物方法的研究，來尋找一種更合理有效、更經(jīng)濟(jì)適用的方法控制Nocardia和Microthrix parvicella菌屬的生長和泡沫的形成，保證活性污泥工藝的正常和高效運(yùn)行。 參考文獻(xiàn) [1] Warrer J. Activated sludge bulking and foaming control [M]. Technomic publishing Co. Inc. Lancaster, 1994. [2] 楚廣詣,等. 淺談污水處理中的泡沫問題[J].山東環(huán)境，1998,4:29. [3] P. Madoni, et al. 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木蟲 (正式寫手)
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