廢水處理工藝中生物泡沫產生機制及控制措施

史奇峰，劉康懷，蘇 誠，徐 珊，施家剛

（桂林理工大學 環境科學與工程學院，廣西 桂林 541004）

廢水處理工藝中生物泡沫產生機制及控制措施

史奇峰，劉康懷，蘇 誠，徐 珊，施家剛

（桂林理工大學 環境科學與工程學院，廣西 桂林 541004）

活性污泥工藝中常常會出現泡沫過多問題，通過分析生物泡沫產生機制，研究國內外對于解決曝氣池生物泡沫問題所獲得的效果，提出控制泡沫的幾點措施。對于我國活性污泥工藝泡沫問題的深入研究和控制泡沫的可行方法，希望能起到拋磚引玉的作用。

活性污泥工藝；生物泡沫；發泡微生物

當今世界范圍內大多數城市污水處理廠采用活性污泥法處理工藝，然而，運行過程中曝氣池或者二沉池污水表面產生泡沫問題長期影響活性污泥法處理系統的正常運行。據統計，世界上大部分活性污泥法污水處理廠都存在過泡沫問題。調查顯示［1］：澳大利亞昆士蘭州的50個采用活性污泥法的污水處理廠中有46個受到不同程度的泡沫問題的影響；美國108家采用活性污泥法的污水處理廠中有56%受到泡沫問題的困擾。法國的調查顯示，在6013家污水處理廠中，有20%的污水處理廠受到泡沫問題的長期影響，而采用延時曝氣方式的污水廠中，有87%受到泡沫問題影響。

我國城市污水廠發生泡沫的現象也較多，隨著我國現代化進程和環境保護的發展，污水處理廠的大批興建和運行，這方面的問題也會越來越突出。國內對污泥膨脹現象早有研究，然而對活性污泥工藝發泡沫現象及專門針對生物泡沫和產泡細菌的研究比較少。因此，針對性地開展這方面的研究，理解生物泡沫的發生機制，并采取有效的預防措施來解決泡沫問題，對于提高污水處理廠管理運行效率和降低運行費用，具有重要的指導意義和實際應用價值。

1 生物泡沫形成機制

大量研究表明，曝氣過程產生的泡沫，主要是由于污泥中一些微生物過度增殖而形成的生物泡沫。因此，對活性污泥過程中泡沫問題的研究也都主要集中于生物泡沫的產生與控制等方面。

形成生物泡沫的主要原因：在各種因素的影響下，絲狀菌和放線菌等微生物的異樣生長。絲狀菌的生長速率要比菌膠團細菌高，絲狀菌的表面積也較大，因此，絲狀菌在得氧能力上比菌膠團細菌強得多，導致曝氣池中絲狀菌成為優勢菌種而大量繁殖。而絲狀微生物大都呈絲狀或枝狀，易形成網狀，能捕掃污水中的微粒和氣泡等，并浮到水面［2］。氣泡被這種絲網包圍，表面張力增加而變得不易破碎，泡沫也更加穩定。最后，通過曝氣氣泡產生的氣浮作用，在曝氣池表面形成了大量泡沫。

1.1 發泡微生物的類群

研究表明，活性污泥中含分枝菌酸放線菌（Mycolata）的生長和積聚是造成生物泡沫的主要原因，因為含分枝菌酸放線菌的細胞壁中所含的長鏈枝狀的分枝菌酸構成了細胞表面疏水性（CSH），而CSH又是泡沫形成的選擇性浮選的必要條件。另有研究表明，微絲菌（Microthrixparvi－cella）的存在也會引起生物泡沫。普遍認同的與生物泡沫有關的菌屬主要有：

（1）放線菌。 包括：Nocar－dia pinesis，革蘭氏陽性，松枝狀；Nocardia amarne，革蘭氏陽性，枝狀菌絲；Rhodococcus sp.，革蘭氏陽性，枝狀菌絲。

（2）絲狀菌。包括：Eikelboom type 0092，革蘭氏陰性，無鞘無分枝；EikelbMm type 0675，革蘭氏陽性，有鞘無分枝；Micro－thrix parvicella，革蘭氏陽性，絲狀、無鞘無分枝［3］。

不同地區和不同污水處理廠產生生物泡沫的微生物類群和數量會有所差別。但是在所有菌種中最常見的是Nocardia amarne和Microthrix parvicella。另外，放線菌中的Nocardia asteroide、Mycobacterium sp.、Oerskoviasp.、Gordona sp.和 Nostocoidia limicola等菌種，雖然它們在曝氣池中的濃度不大，并不足以產生生物泡沫，但是在穩定的泡沫中經常發現有它們的存在。有報道指出，在歐洲的城市污水處理廠，生物泡沫問題主要是由于Microthrix parvicella和Rhodococcus sp.等引起的。而在比較溫暖的氣候條件下，Nocardia amarne是主要發泡微生物。根據澳大利亞維多利亞、新南威爾士及昆士蘭地區污水廠泡沫問題 的調查顯示［5］，Nocardia amarne、Nocardia pinesis和Microthrix parvicella是該地區最常見的發泡微生物。美國和中國香港起泡微生物由多到少的出現頻率為Nocardia Pinensis，Nocardiaamarae，M.parvicella及Nocardis amarae。

1.2 產泡菌類生長的影響因素

1.2.1 污泥停留時間

由于絲狀菌和放線菌等微生物普遍生長速率較低、生長周期長（見表1），因此，污泥停留時間長（SRT）就會有利于這些微生物的生長。若采用延時曝氣方式，就易產生泡沫現象，一旦泡沫形成，泡沫層的生物停留時間就獨立于曝氣池內的污泥停留時間，形成穩定持久的泡沫，不易破碎。

表1 微生物的生長周期與生長溫度［6］

1.2.2 溫度

與生物泡沫形成有關的菌類都有各自適宜的生長溫度和最佳溫度（見表1），當環境或水溫適于它們生長時，就會產生生物泡沫。

1.2.3 污泥負荷

污泥負荷不同，產生生物泡沫的絲狀微生物的類群也不同。已有研究表明，高負荷狀態（大于0.2kgBOD5/kgMLVSS﹒d）產生生物泡沫的污水廠的比例是低負荷狀態 （小于0.1kgBOD5/kgMLVSS﹒d）的兩倍多［7］。Nocardia和放線菌在負荷高的條件下，增值速度也越快，而低溫下M.parvicella則無論負荷高低，在絲狀細菌種群中始終處于優勢。底物中長鏈脂肪酸的含量與生物泡沫的發生密切相關，脂肪酸是泡沫微生物N.amarae的唯一碳源，M.parvicella喜歡長鏈脂肪酸如油酸作為碳源，處理廢水中的油、脂更有利于這些絲狀微生物的生長，從而產生泡沫。

1.2.4 pH值

不同的絲狀微生物對pH的要求不一樣，M.parvicella最適宜pH值為7.7～8.0， 而Nocardia amarae的生長對pH相當敏感，最適宜的pH值為7.8。據文獻報道，當pH值從7.0下降到5.0～5.6時，可以有效減少泡沫形成。這主要是因為低的pH值超過了產生泡沫的微生物群落對pH的極限。因此當pH值為5.0時，就能有效控制其生長。

1.2.5 溶解氧（DO）

Nocardia是典型的好氧菌，它的生長與DO有很大關系。但是，在缺氧或厭氧條件下，這種微生物也不容易死亡。

2 控制泡沫的方法

生物泡沫具有持續、穩定和較難控制的特點。污水處理廠的地域不同，或者工藝、環境條件不同，導致產生生物泡沫的絲狀細菌的類群也不一樣，因此，采取的控制措施也不同，應根據污水廠運行的實際情況，采取不同方法控制泡沫問題。

2.1 減少污泥停留時間

一般采用減少曝氣池中污泥的停留時間，可以抑制有較長生長期的放線菌的生長。由于產生泡沫的微生物普遍生長速率較慢，如Nocardia的μmax＝2.3/d，Yobs＝0.23gVSS/gCOD，生長周期長（Nocardiaamarae為4～7d，M.parvicella為6～10d，Nocardiapinensis為10～12d）［8］。 當污泥停留時間控制在5～6d時，能有效抑制Nocardia菌屬的生長，但是減少污泥齡也有許多不適用的方面：如需要硝化時，則污泥停留時間在寒冷季節至少需要6d，如果采用這個方法會影響生物處理系統的脫氮效果。另外，Microthrix parvicella和一些絲狀菌卻不受污泥齡變化的影響。

2.2 降低曝氣池空氣輸入率

（1）降低曝氣池中氣提強度，減緩微絲菌的上浮速度。

（2）降低曝氣池中的溶解氧濃度，放線菌是典型的好氧菌，在缺氧或厭氧條件下不易生長。

（3）降低曝氣池的空氣輸入量，相應降低了微氣泡的生成量，減少了絲狀菌和放線菌機體上浮的載體，從而延緩了泡沫的形成。

2.3 曝氣池前增設生物選擇器

生物選擇器使進入曝氣池的污水先與回流活性污泥充分混合。在好氧、厭氧或缺氧的條件下停留一段時間，抑制發泡微生物的過度增殖，選擇性發展其他微生物。在厭氧或缺氧生物選擇器中，建立高負荷、低DO或厭氧的條件，使兼性的絮凝體形成菌吸附并貯存水中大部分可溶有機物，通過奪去一部分發泡微生物賴以生存的營養源的方式對發泡微生物進行控制。Paolo等在研究中用污泥負荷為11kgBOD5（以每kg MLSS每天計，下同）、平均接觸時間為18min的缺氧生物選擇器有效控制了回流污泥中的Nocardia，但是該選擇器對Microthrix parvicella則無明顯效果；當采用污泥負荷為24kgBOD5、平均接觸時間為14min的好氧生物選擇器時則能對Microthrix parvicella有較好的控制作用［9］。

2.4 灑水

通過噴灑水流來沖碎浮在水面的氣泡，以達到減少泡沫的目的。被打散的污泥顆粒部分重新恢復沉降性能，但絲狀細菌仍然存在于混合液中，所以這種方法并不能根本消除泡沫現象。部分污水廠采用的消泡方法及成功率見表2。

表2 污水處理廠采用控制泡沫方法及成功率［10］

2.5 投加氧化劑

研究表明，投加低濃度的H2O2能氧化部分絲狀菌和放線菌殘渣和消除生物代謝過程產生的毒素，促進菌膠團菌的生長，在曝氣池產生泡沫的敏感期，預先投加低濃度的H2O2能較好地防止泡沫產生［10］。 此外，在曝氣池中通O3（2～6mg/L），也可抑制Nocardia菌過多增殖產生的泡沫，使污泥沉降性能好轉。但此方法成本較高，應根據污水廠運行的經濟條件而定。

2.6 投加混凝劑

投加鐵鹽、鋁鹽等混凝劑可以通過其凝聚作用提高污泥的壓密性來改善污泥的沉降性達到減少泡沫危害的作用。美國洛杉磯市就有投加0.5mg/L的陽離子型聚丙烯酰胺消褪了12萬m3/d污水廠曝氣池里泡沫的成功實例［11］。但是投加混凝劑僅能短期除去曝氣池表面的絲狀菌，一般數周之后又會出現，并不能根除泡沫問題，只能作為一種緊急處理的手段，不能長期使用這個方法。

3 結語

生物泡沫是大多數城市污水活性污泥處理廠共同存在的復雜而突出的問題，引起生物泡沫的主要原因是活性污泥中的絲狀菌個放線菌的異常增殖，影響生物浮沫產生的環境因子復雜，因此對于不同環境，抑制泡沫生成的控制措施不同，效果也不同，如采取減少泥齡的措施，雖然可以減少系統中大部分的絲狀細，但是同時也排除了硝化細菌和反硝化細菌，影響了系統的脫氮效果，其他方法也不能解決泡沫問題。綜合上述，解決活性污泥法中產生的泡沫問題，應該根據活性污泥法運行理論，結合工程實踐，分析當前運行環境，研究其產生的機理，并考慮控制措施的技術性、可行性、經濟性等因素來采取相應措施，才能合理、徹底地解決活性污泥工藝中的泡沫問題。

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［11］楊云龍，趙志強，鹿敬鴻.污水處理廠泡沫問題淺析［J］.山西建筑2009，35（10）：173－174.

Mechanism of Biological Bubble and Control Measures in Wastewater Treatment Process

SHI Qi－feng，LIU Kang－huai，SU Cheng，XU Shan，SHI Jia－gang
（College of Environmental Science and Engineering Guilin University of Technology， Guilin 541004， China）

Excessive sudsing problems are existed widespread in activated－sludge process.The paper analyzes the mechanism of biological bubble，discuses the effects of various countries to solve current biological bubble problems and puts forward several measures of control biological bubbles.For our country’s in－depth research of activated－sludge foam problem and feasible method of controlling biological bubble， it is wished to make a lightly contribution to this aspect of research.

activated sludge processes； biological bubble； microbe produce bubble

X703.1

A

1672-9900（2011）01-0008-03

2011－01－07

廣西科學研究與技術開發計劃項目（桂科攻0816002－3）

史奇峰（1986－），男（漢族），江蘇常州人，碩士，主要從事水污染控制方向的研究，（Tel）15078383245。