污水处理中泡沫的形成、危害及控制方法

陈斌，马洁晨，杨明，汪军

（安徽省通源环境节能股份有限公司，安徽 合肥 230009）

随着工业化和城市化迅速发展，采矿制造等活动产生的工业废水、养殖耕地等产生的农业污水及生活污水大量排放。污水含有大量的有毒有害物质，会对环境及人类健康造成很大威胁[1]。因此，在污水排放前一定要采取相应的净化措施对其进行处理，这不仅可以解决水污染问题，还可以保护大自然的环境，保证可再生和不可再生资源的持续利用[2]。

污水处理的方法有很多，主要有离心分离、反渗透、气浮等物理法；活性污泥和生物膜等生物法；混凝沉淀、氧化还原及离子交换等化学法[3]。其中活性污泥法因其具备脱氮除磷效果好、工艺简单、使用成本低等优点被广泛应用于污水处理中。而污水处理厂在使用活性污泥法时，生化池中常伴随着大量浓稠状的黏性泡沫出现，这在一定程度上阻碍了污水处理的速度和效率[4]。当泡沫覆盖在生化池表面时，会抑制生化池与氧气的接触效率以及污泥的沉降，严重时还会散发出臭味，污染大气环境[5]。因此，本文对污水处理中泡沫的产生原因、危害以及治理办法进行探讨，为解决污水处理中的泡沫问题及降低污水厂运营成本提供参考。

1 污水处理中泡沫的形成

1.1 泡沫形成的原因

活性污泥法处理污水的过程中产生的泡沫一般分为以下四种：第一，在曝气池启动初期，由于污泥不适应污水环境，生长较慢，进而使得池中污泥的含量相对较少，污水处理量较大，相对地污泥负荷就较高，所以容易产生泡沫，即启动期泡沫，该阶段的泡沫随着污泥含量的增加会逐渐减少；第二，在缺氧和厌氧的环境下，污水处理进行反硝化脱氮阶段，将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮通过反硝化菌的作用转化成氮气，氮气等气泡会携带部分活性污泥上浮产生泡沫，即反硝化泡沫；第三，洗涤废水、厨房废水等常含有磺酸类和脂肪酸类表面活性物质，这类物质具有独特的两亲性，一端为亲水的极性基团，另一端为疏水的非极性基团。在曝气的作用下，疏水的非极性基团插入曝气气泡中，亲水的极性基团则吸附在亲水物质表面，使亲水物质表面转化成疏水物质，并吸附在曝气气泡的水膜表面，和污泥一起通过曝气气泡的气浮作用上浮至水面产生泡沫，即表面活性泡沫，此外，这些表面活性物质还可以起到稳定泡沫的作用，使泡沫更不易去除；第四，污泥中含有丝状和枝状等脂类微生物，这类微生物结构中含有约12%的脂类化合物，密度比水小且与水互斥，可漂浮在水面上，并且已有研究表明，放线菌和丝状菌是产生泡沫的主要菌种[6]，当放线菌和丝状菌的生长速度大于菌胶团异样生长时，其丝状形态可交错形成网状结构覆盖于曝气气泡表面，保护气泡使其稳定不易破损，进而产生稳定的泡沫，即生物泡沫。

1.2 泡沫形成的条件

污水处理过程中泡沫的产生，极大降低了水处理效果。而水处理过程的工艺、进水水质及环境等条件都会影响泡沫的形成。其主要因素如下：

（1）适宜的水温环境是影响泡沫中微生物生长的重要因素。当环境温度达到了这些微生物生长繁殖的条件，就会有生物泡沫产生；其次，活性污泥中的微生物也会随着温度的变化而变化，也会促使产生生物泡沫，例如Rhodococcus sp（放线菌，枝状菌丝）的最适生长温度为20℃～30℃，Nocardia amarae（放线菌，枝状菌丝）的最适温度在28℃，Nocaridia pinesis（放线菌，松枝状）的最适温度在18℃～25℃，在夏季，温度较高时，放线菌是导致生物泡沫的主要微生物。Microthrix parvicella（丝状菌，丝状）的最适温度在12℃～15℃，在冬季，温度低于15℃时，丝状菌是引起生物泡沫产生的主要菌体[7]。

（2）丝状菌等微生物的存活率与污水pH有很大关系。研究表明，当污水pH 值为7～9 时，丝状菌、放线菌等菌体会迅速繁殖，产生生物泡沫；而当污水的pH低于6时，导致生物泡沫产生的菌种会因pH不耐受而死亡，生物泡沫也会大面积减少。因此，调节污水pH 可有效减少生物泡沫的产生。

（3）污水中溶解氧含量会影响泡沫中菌种的生长。在好氧曝气阶段，溶解氧含量较高时，Nocaridia好氧菌会大量繁殖产生泡沫；而在缺氧或厌氧阶段，Microthrix parvicella等丝状菌种可利用污水好氧阶段产生的硝酸盐为电子受体进行生长繁殖，为生物泡沫的产生提供条件。

（4）与泡沫产生相关的微生物具有生长周期长、生长缓慢的特点。因此，活性污泥的停留时间对生物泡沫的产生也有着重要的影响，活性污泥在生化池中停留得越久，放线菌和丝状菌生长繁殖的时间就越长，进而生物泡沫产生得就越多，所以很多污水厂在提高曝气时间时，会发现生物泡沫量增加。而当大量的生物泡沫形成后，活性污泥的停留时间就不再影响生物泡沫上微生物的存活，这会使生物泡沫量不断增长且长期存在于生化池中。因此，控制好活性污泥的停留时间至关重要。

（5）曝气池中机械曝气方式不同，使曝气产生的气泡不同，主要有微气泡、小气泡和大气泡。研究表明，气泡越小，越易产生泡沫，且曝气强度越低的区域，泡沫越多[8]。

（6）进水负荷高低也是影响泡沫产生的因素之一。进水负荷不同，引起泡沫产生的微生物菌种也不同。Microthrix parvicella等丝状菌不管在负荷高还是低的情况下，只要温度低，就会生长繁殖，为产生泡沫提供条件；而放线菌在进水高负荷的情况下，才会大量繁殖产生泡沫。此外，进水负荷较高的污水厂产生泡沫的概率是进水负荷低的污水厂的两倍[9]。

（7）工艺运行处理污水的速度也会影响泡沫的产生。当污水厂处理污水速度较慢时，活性污泥会大量繁殖形成菌胶团，而污水的进水量仍较小，这有利于生长周期较长的放线菌和丝状菌的生长，进而导致生物泡沫的产生。所以在污水处理过程中，进水水量的大小及污水厂工艺运行的快慢要加以控制，这对抑制泡沫的产生有很大的帮助。

2 污水处理中泡沫产生的危害

污水处理中泡沫的产生主要会对以下三个方面产生危害：第一，泡沫会对设备产生不利影响。泡沫的产生会使设备系统发出错误的指令，影响其正常的使用和维修，从而影响污水处理的效果；第二，泡沫会对周边环境产生危害。在夏天，由于气温高，一部分泡沫会产生刺鼻的恶臭，随风飘荡，对环境造成严重的破坏。此外，生物泡沫在冬天时很容易结冰，且结冰后的清理极为困难；第三，泡沫会影响污水中污染物的去除效果。在使用曝气设备时，因为泡沫本身具有粘稠性，会降低生化池中氧的传质速率及含量。二沉池中污染物也会因生物泡沫的进入而升高，进而使出水污染物浓度升高，从而降低污染物的处理效率。

3 泡沫的控制方法

3.1 喷洒水

通过高速喷洒水等物理方法将漂浮在水面上的气泡打碎，而附着在气泡上的活性污泥则被打散重新沉降在生化池中，从而消除部分泡沫。将喷洒水用于好氧池中，可以起到持续消除泡沫的效果。尽管喷洒水不能从根本上消泡，却因其操作简单、经济而经常被用来消除泡沫。

3.2 缩短污泥停留时间

考虑到放线菌、丝状菌等产生泡沫的微生物的生长繁殖周期较长的特点，采用生物筛选策略。通过减少活性污泥在生化池中的停留时间、降低微生物的平均停留时间等方式将其排出池外，阻止产生泡沫的菌种在生化池中过量增殖，可有效抑制污水处理过程中的生物泡沫，从而达到控制生物泡沫产生的目的。

3.3 向曝气反应器内投加载体

在曝气池中投加悬浮载体填料或固定载体填料，使活性污泥可附着在填料上生长繁殖。这不仅可有效地抑制泡沫的产生，还可以防止污泥膨胀，增加曝气系统中活性污泥量，进而提高活性污泥法的去除效率。

3.4 一体化除泡沫装置

泡沫是污水处理厂运行管理中常会遇到的问题之一，目前仍没有寻求出最佳处理泡沫的方法。结合污水厂的实际运行情况，提供了集泡沫储存、加药、去除功能于一体的移动式一体化泡沫去除装置，并可在曝气罐中进行生物泡沫的吸入和清洗。可移动的集成消泡机由吸入装置、泡沫存贮罐、加药装置和脱水装置组成。设备运行时，将吸入装置放在产生生物泡沫的曝气池中，用浮球吊在泡沫上，再用泵将泡沫吸入储存罐，并将其与加药装置中的PAM 混凝沉淀，进入脱水装置脱水形成泥饼，从而去除泡沫。通过参数调试，在PAM的加药量为0.6%时，生物泡沫脱水后的泥饼含水量可控制在80%以内，脱水后的泥饼可采用污泥处置方式进一步处理。这种一体化的消除泡沫装置经济有效，可为污水处理厂每年节约20万的人工救援费用。

4 结束语

综上所述，采用活性污泥法的城市污水厂基本都存在泡沫问题。泡沫的产生主要由活性污泥中放线菌及丝状菌的过量繁殖引起，而进水负荷、水质水量及温度、pH值等微生物生长繁殖的条件均是影响泡沫产生的因素。产生泡沫的原因和影响泡沫产生的因素不同，控制泡沫产生的手段也不同。想彻底解决泡沫问题，减少泡沫的产生量，首先要因地制宜地找出污水处理过程中泡沫产生的原因，分析原因并找出与其产生有关的影响因素，再讨论找出合适的解决或控制泡沫的措施。例如，针对污泥停留时间过长引起的生物泡沫，可通过缩短活性污泥的停留时间来抑制生物泡沫上微生物的生长，从而减少泡沫的产生。所以在实际解决泡沫问题时，要结合污水厂的实际情况，弄清泡沫产生的机制后，采取合适且经济有效的措施控制泡沫，这对降低污水厂运营管理费用具有重要的现实意义。