实战：污水厂污泥泡沫控制
以生物处理法为主的污水处理厂，一般在运行过程中总是会存在泡沫的，正常的泡沫一般占池面的10~20%，并且不会聚集成层，很快随水流会破灭。在一些四季气候分明的气温条件下的地区，水温在四季会出现由低到高，再由高降低的过程。在这个过程中，在一定的水温阶段，生物反应池会出现大量的泡沫，出现泡沫的不良工况的情况，这些泡沫堆积在曝气区上，形成一个5~7CM的泡沫层，在A2O工艺中，这些泡沫还会扩散到厌氧区和缺氧区上形成一层污泥层。在泡沫爆发期间生物池的表观很差，严重的泡沫甚至会从曝气池池面溢出到池外，造成厂区环境的污染。部分泡沫也会随着混合液带入到二沉池，在二沉池表面形成细碎的活性污泥碎片，从三角堰随水流出，造成出水的SS和COD的升高。在一个运行的污水厂产生的泡沫根据产生的原因不同，又分为几个种类，由活性污泥法过程中产生的泡沫可以分成如下4种形式：
(1)启动泡沫。活性污泥法运行启动初期，由于污水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。泡沫呈白色且质轻，稳定性较差。随着活性污泥的成熟，这些表面活性物质经生物降解，泡沫现象会逐渐消失。
(2)反硝化泡沫。活性污泥处理系统以低负荷运转时，在沉淀池或曝气不足的地方会发生反硝化作用而产生氮气，氮气的释放在一定程度上减小污泥密度并带动部分污泥上浮，从而出现泡沫现象，产生的悬浮泡沫通常不是很稳定。
(3)表面活性剂泡沫。能生物降解的洗涤剂的大量使用，或胶体有机质以及各烃类的大量流入都易于引起处理池表面产生泡沫。如果这种进水偶尔存在，发泡过程仅在短时内造成影响，若持续存在,长时间地运行会发展成稳定的生物泡沫。
(4)生物泡沫。由于活性污泥中某些微生物的异常生长，曝气过程中气泡会通过选择性浮选与微生物机体结合生成稳定的泡沫。这种现象可用3种组分的系统来描述: 微生物+气泡+絮粒=稳定的生物泡沫。生物泡沫粘度大、呈褐色、稳定性强、悬浮颗粒可达50g/L，泡沫层相对密度大约是0.7，一般情况下很难将其吹走。
一个运行稳定的生活污水处理厂在运行中出现的泡沫，一般会形成稳定的泡沫层，呈褐色，非常难以被风或者阳光照射消散。同时生活污水中的表面活性剂的含量是很低的，所以我们可以看出，在运行稳定的生活污水厂中的泡沫，不会是第一种培养阶段泡沫。反硝化泡沫由于不稳定，也不是令我们运行人员头疼的泡沫。表面活性剂泡沫一般没有特殊的化工企业进水，是不会在生活污水厂中存在的。所以运行稳定的污水厂中主要存在的泡沫是生物泡沫。今天讨论的是生活污水厂常见的生物泡沫，其他三种泡沫今天不做重点讨论，今后会根据情况，加以讨论。
既然是生物泡沫，那么这种泡沫最终的成因一定是微生物引起的，国内外的科学家对生物泡沫进行了大量的研究，今天把一些研究的成果罗列出来，理解泡沫的生成机理，有助于污水厂对生物泡沫的管理。
从1980年开始，世界上各个国家对运行中的污水厂产生的生物泡沫进行了研究，得出在生物泡沫中较为常见的两种微生物是：诺卡氏菌（Nocardia）和（M. parvicella），这两种微生物都具有菌丝，能够在絮凝体中形成疏水性表面，是形成泡沫的主要微生物，下面它们的显微照片：
Microthix parvicella
Microthix parvicella是有氧的，不发酵的，可以减少硝酸盐。尽管小叶锈菌可以在宽范围的氧浓度范围内生长，但是它们更喜欢低溶氧条件以获得良好的生长。他们在低DO（<0.4 mg / L）下生产的细丝长而规则，没有在高DO条件下观察到空的或变形的细胞。
诺卡氏菌
诺卡氏菌属于直角分支霉菌，是发泡过程中发现的最常见的丝状细菌之一。诺卡氏菌可以利用大量的亲水和疏水的有机底物，发现在有氧，厌氧和缺氧条件下能够吸收一些底物，具有非常疏水的表面，并且它们可以在宽范围的底物浓度下生产出生物表面活性剂。
了解了这两种微生物以后，我们来看看它们是怎么形成泡沫的。
生物泡沫的成因：早期的细胞是单个游动的，随着生物稳定运行以后，进水中的油脂类物质，会在水中形成疏水性的气泡，这些生物池的单个的细胞被粘附到油脂类形成疏水表面，这个疏水表面在生物池中形成了空气-水界面（例如气泡），这些曝气气泡由于比重原因会上升到生物池表面，形成了生物池表面的泡沫。同时诺卡氏菌会从生物池的混合液中浓缩在泡沫中。随着温度的升高，诺卡氏菌生长出分支细丝，与絮凝体结合后，形成一个可以捕获油滴和气泡的浮网。这样就通过形成更厚的相互交织的疏水性颗粒层来阻止疏水层的破坏和后续的泡沫破裂，从而形成了更为稳定的泡沫层。同时细胞也会分泌一种降低污泥表面张力的生物表面活性剂（表面活性物质），有助于形成泡沫和持久的泡沫。这种由细胞排泄的脂质物质，以及由气泡传送的油脂等营养物质，聚集在泡沫层中的气泡表面时，会使泡沫呈棕色外观。
泡沫微生物的生长周期与生长温度
菌 类
生长周期( d)
生长温度(℃)
最佳温度(℃)
诺卡氏菌Nocardia
10~ 21
15~ 31
18~ 25
Microthrix parvicella
6~ 10
8~ 35
12～ 15
根据国内外的相关研究，我们可以总结出污水厂生物泡沫形成的一些因素：
1、污泥停留时间。由于产生泡沫的微生物普遍生长速率较低、生长周期长(见表)，所以长污泥停留时间( SRT)会有利于这些微生物的生长。一些污水处理厂的负荷低，水力停留时间长，产生了延时曝气方式就易产生泡沫现象，而且一旦泡沫形成，泡沫层的生物停留时间就独立于曝气池内的污泥停留时间，易形成稳定持久的泡沫。
2、pH值。有一些相关论文指出：pH从7.0下降到5.0~ 5.6时，能有效地减少泡沫的形成。诺卡氏菌的生长对pH值极敏感，最适宜的pH值为7~8，当pH值为5. 0时,就能有效控制其生长。而Microthrixparvicella 最适宜pH值为7.7~8.0。
3、溶解氧(DO)。诺卡氏菌Nocardia 是严格的好氧菌，在缺氧或厌氧条件下，不易生长，但也不死亡。Microthrix parvicella 却能忍受缺氧状态。
4、环境温度。与生物泡沫形成有关的菌类都有各自适宜的生长温度和最佳温度 (见表)，当环境或水温有利于它们生长时，就可能产生泡沫现象。我们特别要注意Microthrix parvicella这种细菌，它的最佳温度是12~15℃，特别适合我们污水厂每年泡沫产生的水温阶段，因此可以大致判定，Microthrix parvicella是污水厂季节性泡沫产生的主要微生物。
5、疏水性物质。虽然原理不很清楚，但有试验说明，不溶性或疏水性物质 (如油、脂类等)有利于这些放线菌的生长。
6、曝气方式。据观察，不同曝气方式产生的气泡不同，微气泡或小气泡比大气泡更有利于产生生物泡沫，并且泡沫层易集中于曝气强度低的区域。
对于污水处理厂来说，了解了生物泡沫的成因，还远远不够，对于每一个污水厂来说，需要的是对生物泡沫的控制，减少，或者消除。今天我们从几个方面来了解下生物泡沫的控制措施。
生物泡沫的控制措施从性质上有分为三种：1、物理方法。2、化学方法。3、生物方法。
1、物理方法，是指用物理手段进行的泡沫消除，比如用水喷洒打碎表面的泡沫层，采用刮板将泡沫刮走等方式。这些物理方法都是通过外加的措施对表面泡沫进行去除，但是由于对生物泡沫的起因的微生物作用很小，特别是混合液内的丝状菌基本不受影响，因此物理方法只能暂时打碎泡沫，不能根本的消除泡沫现象。
2、化学方法，是指在曝气池中投加消泡剂、杀菌剂等化学物质，对生物泡沫进行消除或者对产生生物泡沫的丝状菌进行灭杀，从而达到消除生物泡沫的目的。利用聚乙二醇、硅酮等消泡剂对生物泡沫进行消除，但是和物理作用相仿，没有灭杀产生生物泡沫的丝状菌，消泡剂只能起到暂时的作用。而杀菌剂氯气、次氯酸钠、双氧水由于无法具有单一的灭杀丝状菌类的功能，因此在使用过程中，对混合液中其他污水处理微生物都进行了灭杀，如果投加量控制不当，会造成生物反应池内的微生物大量减少，污水处理能力下降，导致出水超标。
3、生物方法，是指利用工艺调节的降低污泥龄，减少曝气量，回流污泥消化液，以及投加特殊生物等措施控制生物池内的丝状菌的生长，来控制泡沫的生成。这些生物控制方法，可以从根本上解决丝状菌的问题，但是由于在冬季期间，氨氮去除的硝化菌由于温度不适宜，需要低负荷长泥龄来弥补温度过低的因素，这个正好与诺卡氏菌所需要的环境一致，因此会造成为了保证氨氮的去除只能保持泡沫的存在的情况出现。回流消化液，投加特殊生物由于受到设计的局限，以及地域的问题，在现场实际运行中都存在一定的实施难度。
从上述方法的分析来看，不论那一种消除泡沫的方法都存在着一定的缺陷，在污水厂的管理实践中，那么应该怎么样消除或者改善生物泡沫的影响呢？这次我们从甲、乙两个厂的控制来讨论下生物泡沫的控制措施。
甲厂工艺为卡鲁赛尔2000型氧化沟工艺，共三条沟，两条为传统的卡鲁赛尔2000型氧化沟，一条为改良型的卡鲁赛尔2000型氧化沟，主要是在传统形式上加大的选择区的容积，甲厂在2013年1~3月期间处理水量为30000吨/日，使用两条传统氧化沟运行，污泥浓度在5000mg/L左右，开始出现泡沫，并伴随着活性污泥的膨胀。通过对现场运行工况的分析，认为产生泡沫和膨胀的原因，主要来自于系统的活性污泥MLSS过高，SRT过长，系统剩余污泥排泥不及时，导致丝状菌膨胀造成了这种情况。
在此期间，厂内工作人员采用了多种方式进行泡沫的消除，在氧化沟上架设了喷淋装置，增加曝气浮选，投加化学药剂等措施，但是收效甚微。2013年下半年，厂内利用新建的第三条氧化沟，对1、2#氧化沟进行了强制排泥，污泥浓度MLSS由初始的5000mg/L下降到3000mg/L，并且随着气温的升高，污泥泡沫和污泥膨胀逐渐减少，活性污泥恢复到正常状态，沉降比SV从膨胀期的99%，下降到30%左右，出水水质良好。2013年末到2014年初的冬季，为了保证氧化沟上泡沫不爆发，采取了低污泥浓度运行，冬季的MLSS控制在3500mg/L，泡沫偶又出现，但基本通过控制都能得到消除，但是氨氮的情况不佳。2014年随着水量增加，厂内启动了三条氧化沟运行，3#氧化沟的生物选择区对丝状菌的抑制作用非常明显，同时由于水量在40000~60000m3/d之间，没有达到系统满负荷，污水在生物处理系统内的停留时间延长，为了达到去除泡沫的工况，在2014年底采取了更低的MLSS工艺控制，从三号沟投用后，三条氧化沟一直保持了2500mg/L的MLSS浓度，整个2014年冬季到2015年初，没有出现污泥泡沫，出水氨氮由于停留时间的保证和曝气量的充足，除去特殊进水以外，都保持了稳定达标。从2014年后，甲厂维持低浓度的MLSS，有效的控制了氧化沟上生物泡沫的产生，同时也保证了出水水质的达标。
实战：污水厂污泥泡沫控制 - 环保之家
从甲厂的运行调整来看，甲厂通过降低污泥龄，但是有较长的系统停留时间，可以保持低浓度的常年运行，这样有效的控制了生物泡沫的产生，同时也保证了水质。特别是改良型的卡鲁赛尔2000型氧化沟的生物选择作用，也对丝状菌的产生起到了很好的抑制作用。因此通过这几年的调控和资料积累，甲厂逐步摸索到生物泡沫的有效控制手段，就是低污泥龄和低MLSS，抑制丝状菌的生长繁殖，从而控制生物泡沫。
乙厂为A2O工艺，设计处理能力为10000吨/d，实际进水在7~8000吨/d，接近满负荷。乙厂在多年的运行中，冬春交际期间A2O池上生物泡沫周期性的出现大量堆积，导致二沉池表面漂浮一层污泥层。严重影响了出水水质。2016年底至2017年年初，周期性的生物泡沫再次爆发，大量的褐色的生物泡沫堆积在好氧区，内外回流带的生物泡沫在厌氧区和缺氧区形成污泥壳层，在2017年2月份进行了剩余污泥大量排放，污泥浓度从3500mg/L下降到2000mg/L左右，生物泡沫明显减少，厌氧区和缺氧区污泥壳层逐步消失，好氧区出现混合液液面，但是出水氨氮完全失去处理效果，几乎和进水氨氮40mg/L浓度一致。
为了尽快恢复出水氨氮达标，乙厂加大了曝气量，增加了曝气风机的开启台数，同时减少了剩余污泥排放量，增加A2O池内的活性污泥浓度，使活性污泥浓度重新回到3000mg/L左右，A2O池好氧区面上泡沫重新堆积，厌氧和缺氧区上又会恢复了污泥壳层。乙厂主要对泡沫进行了物理喷水打散泡沫的方式进行消泡处理。每日清晨开启喷淋水泵，人工进行喷洒消泡，但是只能暂时的消除部分泡沫。直到进入三月下旬和四月份后，气温逐步升高到15℃以上，好氧区泡沫颜色开始变白，并开始露出混合液水面，厌氧区和缺氧区的污泥壳层也逐步消除，露出水面。
从乙厂的运行控制来看，对污泥泡沫的控制采取降污泥浓度的方式，会导致出水氨氮的超标，后期为了氨氮达标，进行污泥浓度的人为提高，大幅度增加污泥浓度，直接导致了丝状菌的大量繁殖，造成生物泡沫的堆积，采用人工喷淋的方式，只能暂时缓解，不能从根源上消除生物泡沫的影响。
甲乙两个厂在运行中都遇到了生物泡沫问题，都采取了降低污泥浓度的方式，也都出现了明显的效果，但是甲厂能够保持出水水质的达标，乙厂就出现了氨氮超标。通过对比，可以得到，甲乙厂最大的不同在于停留时间的不同，甲厂的停留时间计算为30小时左右，乙厂停留时间为20小时左右，停留时间的不一致，导致乙厂在降低污泥浓度以后，污染物得不到有效的处理，虽然消除了污泥泡沫，但是出现了氨氮超标。
这两个厂的对比来看，我们可以得出生物泡沫在一定程度上可以控制的，但是在不同的厂内条件下，必须采取不同的控制手段，但是生物泡沫的爆发一定是有一定的诱因的，我们污水处理厂的运行在一年中特别是水温变化在13~15℃期间，一定要保持平稳的过渡，不能人为的造成不必要的工艺异常，诱发丝状菌爆发，导致生物泡沫。这个平稳过渡的运行，需要我们运行人员掌握更多的运行数据资料，在不同时间采用不同的控制参数，才能更好的稳定的保证处理效果和控制工艺异常。
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