摘　要：對(duì)國(guó)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(guò)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(guò)程中，在反應(yīng)器(曝氣池)與沉淀池內(nèi)出現(xiàn)的泡沫問(wèn)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(duì)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(duì)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(wèn)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(guó)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(guó)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(guó)采用活性污泥法的城市污水處理廠近50%出現(xiàn)過(guò)不同程度的泡沫問(wèn)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］�！　∨菽�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(wèn)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(jiàn)的泡沫微生物，其次是0092型，0914型，0041型；而美國(guó)［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(shì)的Nocardia菌群；同時(shí)還報(bào)道［1］，在南非、美國(guó)、德國(guó)、日本膨脹的污泥中發(fā)現(xiàn)Nocardia菌群分別占優(yōu)勢(shì)絲狀菌出現(xiàn)頻率的第6、1、14、5位�？梢�(jiàn)，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(yáng)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(duì)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�！　∨菽�中的微生物需要MCRT較長(zhǎng)，N.amarae在完全混合活性污泥中是一個(gè)弱競(jìng)爭(zhēng)者，在缺氧狀態(tài)下(存在NO-2或NO-3)不生長(zhǎng)，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(zhǎng)，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(zhǎng)于相對(duì)窄的溫度區(qū)間，并且許多生長(zhǎng)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(duì)于引起污泥膨脹和泡沫的其它放線菌，從10升至20℃，其生長(zhǎng)速率加快1/2倍；低溫及無(wú)論有無(wú)選擇器的完全混合系統(tǒng)有利于M.parvicella的生長(zhǎng)［13］。
 
2.3.2　pH值　　

通過(guò)對(duì)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(zhǎng)，能引起泡沫的明顯減少。

2.3.3　F/M值與底物種類　　

通過(guò)對(duì)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(duì)優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)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；　�、谠谖勰嘈躞w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；　　④在水與氣的界面上(表面和氣泡)，在其上底物可通過(guò)表面活性物質(zhì)而積累�！　〈送�，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(guò)對(duì)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(zhǎng)［7］�！　「�相似于Nocardia菌的放線菌不同，M.Parvicella絲狀菌具有很高的比營(yíng)養(yǎng)需求量，這種微生物喜歡長(zhǎng)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(guò)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(guó)的城市排水中其濃度為1～20mg/L，美國(guó)研究者對(duì)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(lái)的表面活性蛋白質(zhì)、類脂化合物(有限長(zhǎng)鏈脂肪酸)的增多，能導(dǎo)致放線菌、微絲菌的增殖，產(chǎn)生過(guò)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(zhǎng)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(guò)降低MCRT去除N.amarae泡沫，他們對(duì)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(wú)效；MCRT=12d，用缺氧選擇器可控制硝化污泥中的Nocardia菌泡沫�！　×硗�，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(jiàn)表1，由表1可見(jiàn)，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(guó)，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(jiàn)圖1。

                                          圖1　美國(guó)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(duì)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(duì)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�。欢�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��；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(zhǎng)［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(guò)量增長(zhǎng)［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(zhǎng)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(guò)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(guó)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(guò)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(wú)不同，硝化作用增強(qiáng)了，出水水質(zhì)變好�！　∠虺霈F(xiàn)嚴(yán)重Nocardia泡沫的terminal污水廠反應(yīng)器中投加陽(yáng)離子聚合物，3d后泡沫根除，其機(jī)理是：投加的陽(yáng)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］�！　〔捎萌コ�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(guó)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(guó)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(wèn)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(lái)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(wèn)題。

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 in eastern states of Australia.Wat Res,1990,24(4):493～498

［5］Linda L Blackall,Anne E Harbers,P F Greenfield,A C Hayward.Foaming in activated sludge plants:A survey in Queensland,Australia and an evaluation of some control strategies.Wat Res,1991,25(3):313～317

［6］Paul Pitt,David Jenkins.Causes and control of Nocardia in activated sludge.Res Journal WPCF,1990,62(2):143～150

［7］H Chua,K Y Le.A survey of filamentous foaming in activated sludge plants in Hong Kong.Wat Sci Tech,1994,30(11):251～254

［8］王凱軍.活性污泥膨脹的機(jī)理與控制.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1992

［9］Daniel K Cha,David Jenkins,William P Lewis,Wendell H Kido.Process control factors influencing Nocardia populations in activated sludge.Wat Envir Res,1992,64(1):37～43

［10］Manfred Ziegler,Martina Lange,Wolfgang Dott.Isolation and morphological and cytological characterization of filamentous bacteria from bulking sludge.Wat Res,1990,24(12):1437～1451

［11］David Jenkins.Towards a comprehensive model of activated sludge bulking and foaming.Wat Sci Tech,1992.25

［12］Jacques A Soddell,Robert J Seviour.Relationship between temperature and growth of organisms causing Nocardia foams in activated sludge plants.Wat Res,1995,29(6):1555～1558

［13］D Mamais,A Andreadakis,et al.Causes of,and control strategies for,MICROTHRIX PARVICELLA bulking and foaming in nutrient removal activated sludge systems.Wat Sci Tech,1998.37

［14］Y J Shao,Mark Starr,et al.Polymer addition as a solution to Nocardia foaming problems.Wat Environ Res,1997.69

［15］Asa Dillner Westlund,Eva Hagland.Foaming in anaerobic digesters caused by MICROTHRIX PARVICELLA.Wat Sci Tech,1998.37

［16］Lindal Blackall,Valter Tandoi,David Jenkins.Continuous culture studies with Nocardia amarae from activated sludge and their implications for Nocardia foaming control.Res journal WPCF,1991.63

［17］C Hanson,K Atasi,J Packman,E Singleton,A Glymph.A case study　-relating activated sludge nutrient loakings to the appearance of Nocardia spp.Foaming.Wat Sci Tech,1992.26

［18］O E Albertson,P Hendricks.Bluking and foaming organism control at Phoenix,AZ WWTP.Wat Sci Tech,1992.26

［19］J Kappeler,W Gujer.Scumming due to actinomycetes:Towards a better understanding by modelling.Wat Res,1994.28

［20］D K Cha,et al.Discussion of process control factors Influencing Nocardia populations sludge.Wat Envir Res,1993.65

［21］Tyler Richards,Phil Nungesser,Carl Jones.Solution of Nocardia foaming problems.Res Journal WPCF,1990.62

［22］楊寶林.活性污泥膨脹的特性研究.中國(guó)給水排水，1993，9(5)：32～34

［23］M Goi,T Nishimura,S Kuribayashi,T Okouchi,T Murakami.An experimental study to suppress scum formation accompanying the abnormal growth of Nocardia by adding ozone in the aeration tank.Wat Sci Tech,1994.30

［24］Chu-Fei Ho,David Jenkins.The effect of surfactants on Nocardia foaming in activated sluge.Wat Sci Tech,1991.23

［25］周利，彭永臻，等.絲狀菌污泥膨脹的影響因素與控制.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1999，7(2)：88～93

［26］崔和平，彭永臻，等.關(guān)于污泥膨脹研究的現(xiàn)狀與展望.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，30(3)：113～116 來(lái)源：谷騰水網(wǎng) 作者: 丁峰　彭永臻　董文藝等