接觸氧化法工藝中泡沫問題的產生與控制方法

高峰 魏登漢

摘 要：本文論述了接觸氧化法污水處理工藝中泡沫形成的原因、危害及控制方法，并以豫西某銀鉛礦生活區污水處理站為例，探討了陽離子聚丙烯酰胺作為消泡劑在解決泡沫問題中的實際應用。研究發現，泡沫主要是由于四季交換氣溫、水溫變化時對環境適應性更強的絲狀菌屬異常增殖造成的。采用噴灑水、投加消泡劑等簡單易操作的物理化學方法，可以在短期內消除泡沫，是生產實踐中經常采用的方法。

關鍵詞：接觸氧化法;泡沫;絲狀菌;陽離子聚丙烯酰胺;生物選擇器

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0158-03

Abstract： In this paper， the causes， hazards and control methods of foam formation in the contact oxidation process were discussed. Taking the sewage treatment station of a silver lead mine living area in western Henan Province as an example， the practical application of cationic polyacrylamide as a defoamer in solving the bubble problem was discussed. It was found that foam was mainly caused by abnormal proliferation of filamentous bacteria which was more adaptable to the environment when the temperature and water temperature change over the four seasons. The simple and easy physical and chemical methods such as spraying water， adding defoamer and so on can eliminate foam in a short time， which was a common method in production practice.

Keywords： contact oxidation;foam;filamentous bacteria;cPAM;biological selector

接觸氧化法是一種好氧生物膜污水處理方法，屬于活性污泥法的一種，具有生物膜法的特點。接觸氧化池由浸沒于污水中的填料、填料表面的生物膜、曝氣系統和池體構成。在接觸氧化池內，固著在填料表面的活性污泥（菌膠團）形成生物膜，曝氣時生物膜與污水充分接觸，通過菌膠團的生物降解作用去除污水中的有機物、營養鹽等，從而使污水得到凈化[1]。生物接觸氧化法兼具活性污泥和生物膜兩者的優點，同時又具有比表面積大、氧利用率高、處理時間短、設備體積小、出水水質穩定、污泥不膨脹等工藝優點。但是，接觸氧化法和活性污泥法一樣存在泡沫問題，影響污水處理效率[2]。本文以豫西某銀鉛礦生活區污水處理站為例，分析論述接觸氧化法污水處理工藝中泡沫的產生與控制方法。

1 接觸氧化法污水處理工藝中泡沫的產生及其危害

1.1 泡沫的產生

與一般活性污泥法相似，接觸氧化法曝氣池在實際運行過程中常常會產生以下幾種形式的泡沫：啟動泡沫、表面活性劑泡沫、反硝化泡沫及生物泡沫等[3]。

1.1.1 啟動泡沫。接觸氧化池曝氣池剛開始啟動曝氣時，污水中含有的一些表面活性物質易產生白色輕質穩定性較差的表面泡沫。當接觸氧化池運行一段時間后，這種泡沫會隨表面活性物質的生物降解而逐漸消失。

1.1.2 表面活性劑泡沫。生活污水一般含洗滌廢水較多，洗滌廢水中含有大量的表面活性劑，這類物質含有極性-非極性基團的雙親分子，當接觸氧化池曝氣池運行時，極性基團能選擇性地被親水物質所吸附，非極性基團則進入氣泡內，這樣親水性物質因表面活性劑的作用而粘附在氣泡水膜上，隨氣泡上浮形生泡沫。這種泡沫一般不是經常性持續性的，與污水中的表面活性劑濃度有關，濃度高就明顯一些，濃度低就不明顯，且泡沫比較透亮，容易識別，也容易消除。不過水溶液中的懸浮顆粒物及氯化鈉、硫酸鈉等鹽類能穩定這種泡沫，當這類物質含量高時，泡沫便難以自行消失，如造紙行業的紙漿廢水[4]。

1.1.3 反硝化泡沫。傳統的活性污泥法工藝中曝氣池曝氣不足時會發生厭氧反硝化作用而產生氮氣，氮氣釋放稀釋并帶動部分污泥一起上浮到水面形成泡沫。這種泡沫同啟動泡沫、表面活性劑泡沫一樣，不穩定，由于接觸氧化法大部分活性污泥固著在填料上，懸浮于污水中活性污泥量較少，所以反硝化泡沫在接觸氧化法工藝中并不常見。

1.1.4 生物泡沫。當氣溫、氣壓、水溫發生變化或污水中BOD、溶解氧等異常時，接觸氧化池中微生物的生存環境同時發生變化，污水中的絲狀菌和放線菌等發泡微生物由于比活性污泥中菌膠團細菌的適應能力強，更快地適應了這種變化，生長不受影響，而菌膠團細菌則不能很快適應這種變化，生產受到影響，導致活性降低。又由于前者的比表面積較大，其在取得污水中營養物質和溶解氧方面都比后者有利得多，從而大量增殖，迅速成為優勢菌，發泡微生物在曝氣氣泡產生的氣浮作用夾帶懸浮物質上浮形成生物泡沫[5]。生物泡沫不同于啟動泡沫、表面活性劑泡沫和反硝化泡沫，其顏色深、黏度大、穩定性強，一般情況下很難自行消除。

1.2 泡沫的危害

接觸氧化池運行時若產生大量泡沫，首先會污染池壁和過道，影響美觀，有礙觀瞻;其次，泡沫在水面聚集會影響曝氣池的曝氣效率，若在冬天，腐敗的泡沫結冰會影響曝氣池設備的運行并產生安全問題。當然，泡沫最大的影響和危害是降低接觸氧化池的處理效率，導致出水不達標[6]。

2 泡沫的控制方法

2.1 噴灑水

噴灑水是一種常用的物理消泡方法，噴灑水流或水珠可以打碎浮在水面的氣泡。由于氣泡打碎后，絲狀菌、放線菌仍然存在于曝氣池污水中，依然會再次形成生物泡沫，所以噴灑水能有效減少啟動泡沫、表面活性劑泡沫及反硝化泡沫，但不能從根本上消除生物泡沫。

2.2 降低曝氣池空氣輸入率

降低曝氣池的空氣輸入率一方面減少了曝氣池中微氣泡生成量，進而降低了選擇性浮選強度;另一方面，降低了曝氣池中的溶解氧，這兩種作用都能抑制絲狀菌的過度增殖，進而減少生物泡沫的產生[7]。但是，降低曝氣池的空氣輸入率也有副作用，溶解氧的降低影響了硝化作用，也在一定程度上影響了活性污泥的活性。

2.3 降低污泥停留時間

大量研究表明，降低曝氣池的污泥停留時間能有效控制部分生物泡沫的產生 。這是由于產生泡沫的Nocardia等放線菌微生物代謝周期一般比菌膠團代謝周期長，降低污泥停留時間使這種放線菌在曝氣池中不能正常完成代謝，生長受到抑制，但菌膠團卻不受影響，從而減少生物泡沫的產生。有研究提出，將泥齡控制在9d以下就能消除曝氣池中的放線菌Nocardia，不過Microthrix parvicella等絲狀菌的生長受泥齡變化的影響相對較小，降低污泥停留時間對這種微生物引發生物泡沫抑制不明顯。

2.4 生物選擇器

生物選擇器是設置在曝氣池前通過控制污泥負荷、氧氣含量來抑制污水中發泡微生物（絲狀菌和放線菌）異常增殖而選擇性發展其他微生物的儀器。在缺氧或厭氧生物選擇器中，創造污泥負荷高、DO低或厭氧的條件，菌膠團細菌由于對溶解性有機物的吸附能力遠高于發泡微生物，在高基質濃度條件下具有優勢成為優勢種，在細胞內不斷積累底物，在進入曝氣池后可利用這部分底物繼續生長繁殖，而發泡微生物因為賴以生存的營養源被菌膠團微生物奪走，生產受到限制，故而無法形成生物泡沫。好氧生物選擇器原理與前者相似，不同的是創造了一個好氧的環境，兩種選擇器對發泡微生物的抑制作用亦有不同。Paolo等在研究中用缺氧生物選擇器有效控制了污泥中的Nocardia等放線菌，卻無法有效控制Microthrix parvicell等絲狀菌，當采用好氧生物選擇器時，則較好地控制了這類絲狀菌。

2.5 投加消泡劑

氯、臭氧和過氧化物等強氧化性的殺菌劑可以殺死異常繁殖的絲狀菌來抑制泡沫的產生，聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺等絮凝藥劑等可以通過絮凝降低活性污泥SVI、提高沉淀性能來減少泡沫。但是，此類消泡劑只是減少泡沫的形成，不能消除泡沫的產生，且殺菌劑如果使用不當也存在副作用，會同時抑制菌膠團的生長，降低活性污泥的活性。

3 現場實例

豫西某中外合資銀鉛礦業企業，年產銀鉛鋅礦石25萬t，采礦區緊鄰黃河一級支流洛河中游所建大型水庫故縣水庫，建有較為完善的生產和生活污水處理設施，2015年11月驗收通過正式成為國家級綠色礦山。采礦區生活污水處理采用“接觸氧化法+人工濕地+消毒處理”工藝，每天處理生活污水150t，處理污水達到綜合排放標準一級標準后回用于礦區綠化澆水和道路噴淋灑水。

通過2013—2018年的觀察，總結出每年春夏秋冬換季時間曝氣池規律性出現泡沫的現象。此段時間，氣溫、水溫和氣壓的變化使微生物的生長環境發生了變化，而污水中適應性比菌膠團強的絲狀菌會從菌膠團中伸展出來，以增加其攝取營養的表面積，絲狀菌短期成為優勢種大量繁殖產生生物泡沫。從過去的操作運行發現，不改變其他條件，泡沫現象在經歷一段時間后（一般20d左右）會逐漸消失。由于曝氣池自動修復時間較長，礦區采取了投加消泡劑的辦法來控制泡沫的產生，分別在秋冬換季（2017年11月10日—2017年11月16日）和春夏換季（2018年3月20日—3月26日）曝氣池泡沫大量產生時段做了消泡劑投加試驗，每次連續7d投加10L（0.5mg/L）的cPAM（陽離子聚丙烯酰胺），統計泡沫覆蓋曝氣池的百分率變化，如圖1、圖2所示。未投加時，泡沫覆蓋率基本在85%以上，5d以后泡沫覆蓋率下降至25%以下，隨后穩定在15%以下。

4 結語

接觸氧化池工藝中泡沫產生的機理與傳統活性污泥法相似，而最難消除的生物泡沫主要是由于氣溫、水溫變化時環境適應性更強的發泡微生物異常繁殖造成。通過噴灑水、投加消泡劑等物理化學方法可以在短期內快速消除泡沫現象，操作簡單，成本較低，是實踐中常采用的消泡方法，但消泡劑投加不當會影響活性污泥的活性。而通過減少污泥齡、生物選擇器等生物化學方法則可以從根本上解決生物泡沫問題，但成本較高，具體實踐操作也相對較為復雜。

參考文獻：

[1]環境保護部.生物接觸氧化法污水處理工程技術規范：HJ 2009—2011[S].北京：中國環境科學出版社，2011.

[2]Wanner J. Stable Foams and Sludge Bulking： The Largest Remaining Problems （Abridged）[J]. Water & Environment Journal，2010（5）：368-374.

[3]李探徽，彭永臻，陳志根，等.活性污泥法的生物泡沫形成和控制[J].中國給水排水，2000（4）：73-76.

[4]楚廣詣，溫成林.淺談污水處理中的泡沫問題[J].山東環境，1998（4）：29.

[5]Soddell J A，Seviour R J. Microbiology of Foaming in Activated Sludge Plants[J]. Journal of Applied Microbiology，2010（2）：145-176.

[6]P. J TIPPING MIBiol CBiol. Foaming in ActivatedSludge Processes： An Operator's Overview[J]. Water & Environment Journal，2010（3）：281-289.

[7]楊寶林.活性污泥膨脹的特性研究[J].中國給水排水，1993（5）：32-34.