06
2023
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01
生物泡沫要怎麽控製?很多人都錯用了(le)消泡劑
作者:
為什麽會出現生物泡沫?
當氣體被(bèi)引入液體中,液體膨脹並包圍氣體時,就會產生泡沫。
其形成和穩定需要有(yǒu)3點必要條件(jiàn):氣泡、表(biǎo)麵活性物質、疏水性顆粒。
氣泡(pào)主要由好氧曝氣產生,表麵活性劑來源於進水以及活性汙(wū)泥中微生物的合成(chéng),而生物池中的疏水顆粒則(zé)來自活性汙泥中具有疏水(shuǐ)性細胞表麵的微生物。
1、最簡單的判(pàn)斷生物(wù)泡沫(mò)生成潛勢和穩(wěn)定能力(lì)的是(shì)對一定體積量筒內的活性汙泥進(jìn)行模擬標準速率的曝氣,通過泡沫的體積以及穩定時間進行分級。
2、反(fǎn)複浮選,通過測定曝氣後(hòu)和曝氣前懸浮固體質量的比例進行分級。
這兩種(zhǒng)方法能在短時間內得到結果,但是往(wǎng)往並不能代表曝氣池的實際狀態。
3、細胞表麵(miàn)疏水性實驗,將混合溶液中的微生物在水相和疏水相進行分配,通過對處理前後水相(xiàng)吸光度(dù)的測定,判斷活性汙泥的發泡能力(lì)。這種方法在實驗室純菌的培養實驗(yàn)中效果較好,實際活性汙泥樣品很容易受到汙水(shuǐ)中複雜物質的影響。
4、表麵張力(lì)法則是利(lì)用導致生物泡沫的細(xì)菌使溶液表(biǎo)麵張力下降的特(tè)性,可以同時在實際汙泥混合液(yè)和純培養溶液中應用(yòng)。
遺憾的是,
這兩種方法都易受到汙水(shuǐ)中複雜物質的影響。
5、通過對泡沫樣本(běn)進行革蘭氏、奈瑟染色等不同(tóng)染色方法,在相差顯微鏡下記錄計數網(wǎng)格內的菌絲數目或者(zhě)通過靶向rRNA的特異性熒光探針標記鑒定泡沫中的絲狀細菌類(lèi)型 和數量是目前最(zuì)流行的方法,可以較好地還原實際汙泥和模擬菌液中的微(wēi)生物狀態。
這類(lèi)方法需要嫻熟的技術以及完備的實驗(yàn)室(shì)支持,同時需要一定的時間才能得(dé)到準確結果。
6、通過泡沫浮渣指數來(lái)評估活性汙泥生物泡沫的特性,包括泡沫顏色、氣泡大小、穩定性、覆蓋麵積、絲狀細菌、起泡潛勢以及(jí)總懸浮固體(tǐ)含量等7個維度,通過路(lù)徑分析和(hé)結構方程模型賦予不同維度特征以不同的權重,得到最終的泡沫浮渣指數。
泡沫浮渣指數與生物泡沫(mò)嚴重程度有較好的線性相關關係。
生物泡(pào)沫與正常的活性汙泥相比具有非常黏膩(nì)的外觀,其中富集了大量絲狀微生物。
雖然從市(shì)政汙水廠中識別(bié)到的(de)不同類型絲狀細菌(jun1)多達(dá)30多(duō)種(zhǒng),但
隻有(yǒu)2種絲(sī)狀細菌類型可以造成生物泡(pào)沫
,分別是諾卡氏型絲狀細菌、微絲菌。
1、諾(nuò)卡氏型(xíng)絲狀細菌
過去很長一段時間,諾卡氏型絲狀細菌被認為 是造成生物泡沫現象的唯一絲狀細菌,然而一係(xì)列 研(yán)究表明,另外一種已被證明可以引起嚴重汙泥膨脹的革蘭氏陽性絲狀細菌也會(huì)在泡沫中選擇性富集。
諾卡氏型是對(duì)可以(yǐ)通過顯微鏡看到的具有放線狀外觀的絲狀細菌的習(xí)慣性稱呼,是一類異養好氧、具(jù)有(yǒu)明顯真分枝的革(gé)蘭氏陽性細菌。
其絲狀(zhuàng)體在活性汙泥(ní)絮體和(hé)外部液體中存在(zài),常5.0~30um、寬1.0um,單個細胞的形狀不(bú)規則、缺少細(xì)胞外鞘和附著生長(zhǎng)、無(wú)運動性。
研究表明,
諾卡氏型絲狀細菌具有非常高的儲存營養物質的能力
,這(zhè)也(yě)是他們能夠在(zài)泡沫這種營養限製環(huán)境中生存或(huò)者富集(jí)在泡沫中的主(zhǔ)要原因。
諾卡(kǎ)氏型絲狀細菌可以(yǐ)利用多(duō)種形(xíng)態(tài)的碳源、氮源和(hé)磷源。特別是當汙水中含有豐富的疏(shū)水性營養物質時(shí),這種競爭優勢更為明顯。
2、微絲菌(jun1)
過去很長一段(duàn)時(shí)間,諾卡氏型絲(sī)狀細菌被認為是造成生物泡沫現象的唯一絲狀細菌,然而一係列研究表明,另外一種(zhǒng)已被證明可(kě)以引起嚴重汙泥膨脹的革蘭氏陽性絲(sī)狀細菌也會在泡沫中選擇性富集。
微絲菌M.parvicella屬於放線菌門放線菌綱中一個分枝很長、進(jìn)化較獨立的類群。
呈不規則的卷曲(qǔ)狀,在活性汙(wū)泥絮體內部(bù)、表麵環繞。其寬度在0.6~0.8um,長度50~200um。
絲狀體內部不能看到單個細胞(bāo),缺少細(xì)胞外鞘。絲狀體無分枝(zhī)、無運(yùn)動性。相關分(fèn)析也表明,
其(qí)對(duì)高氧濃度(dù)脅(xié)迫(pò)敏感,更適合在微(wēi)氧環境(jìng)下生長
1、溫度
泡(pào)沫問題隨著季節變化而循環往複或輕重變換,溫度無疑是其中最重要(yào)的因素。有文獻表明,在水(shuǐ)溫較高時,引起汙泥發泡主(zhǔ)要是Gordonia amarae,在水溫(wēn)較低時,引起汙泥發泡主要是M.parvicella。
其中,M.parvicella生長的最佳溫度是12~15℃,十分貼(tiē)合汙水廠每年泡沫產生的(de)水溫階段。
需要說明(míng)的(de)是,
發泡可能不受溫度主導,但卻由溫(wēn)度的變化觸發
,因為溫度會同時影響氧氣、脂質在水中的溶解度等其他因素(sù)。
2、汙(wū)泥齡
引起生物泡沫的絲狀細菌是一類生長速率較慢、周期較長的微生物(wù)
,延長的汙泥(ní)齡有利於微生物的生(shēng)長。
一些負荷低的汙水處理(lǐ)廠,水力停留時間較長,出現延(yán)時曝氣方式就易產生泡(pào)沫現象,同時(shí)一(yī)旦泡沫形成,泡沫層的生物停留時間(jiān)就完全獨立於曝氣池內的汙泥(ní)停留時間,從而形成持久而穩定的泡沫。
有研究表明(míng),當(dāng)汙泥齡在9d以(yǐ)內(nèi)時,泡沫問題就不會出現。當然汙泥齡與溫(wēn)度(dù)有關,絲狀(zhuàng)細菌的生長速率隨溫度變化,因此
在(zài)不同季節形(xíng)成生物泡沫的汙泥(ní)齡閾(yù)值是(shì)不同的。
3、pH
一般來說,市政汙水的pH多穩定在6.0–8.0範(fàn)圍內。而
將pH從7.0降到5.0~5.6時,可有效減少泡沫形成。
研究表明,pH在6.5時(shí)諾卡氏型(xíng)絲狀細(xì)菌生長最好(hǎo)。而對於微絲菌來說,其生長(zhǎng)的pH範(fàn)圍在7.1~8.0。
這就解釋了為什麽用純氧曝氣的汙水廠(chǎng)比(bǐ)用空氣曝氣的汙水廠更容易產生生物泡沫,是因為空氣曝氣的汙泥混合液pH均值為7.0,而純氧(yǎng)曝氣的汙泥混合液pH均值為6.5。
4、溶解氧
諾卡氏型絲狀細(xì)菌是(shì)嚴格好氧細菌
。其在厭(yàn)氧條件下 (無硝酸鹽(yán)、無氧氣)或缺氧條件下(含硝酸鹽、無 氧氣)不能生長或者(zhě)攝取乙酸鹽。而
微絲菌M.parvicella則可以在較(jiào)廣的氧濃度範圍內生長,但是其最適(shì)生長條件是微氧狀態
由此表明,在低溶氧狀態下微絲菌易在活性汙泥微(wēi)生物中具有代謝優勢從而過度(dù)增殖,而高溶解氧濃度(>6 mg/L)對微絲菌是(shì)有害的,會抑製其生長。
5、營養物質
對於諾卡氏型絲狀細菌和微絲菌來說,其碳源利用(yòng)最大的(de)特征是對疏水性底物(wù)例如油、酯等緩慢降解底物(wù)的吸收利用。
有研(yán)究證明,紅球菌和戈登氏菌容易吸附長鏈烷(wán)烴和脂肪酸,當這類底物在汙水中
處於(yú)高負荷水平時便會造成諾卡氏型絲狀細菌的迅速增殖,在低濃度負(fù)荷下則會造成微絲菌(jun1)的增殖(zhí)。
1、物理化學法(fǎ)
物理(lǐ)方法主要包括噴灑水及人工或機械清理。噴灑(sǎ)水是一種簡單的物理方法,但是被水噴散的泡沫仍然存在於混合液中,所以不能根本消(xiāo)除泡沫現(xiàn)象(xiàng)。
通過人工或機械將泡沫打撈清除,會增加生產(chǎn)成本,後續如何處置(zhì)這些生物泡沫仍是很大的難(nán)題。
化學方法主要包括投加氧化劑和消毒劑 (氯、次氯酸、過氧化氫、臭氧、季銨鹽等)或(huò)者混凝劑(聚丙烯酰胺、聚合(hé)氯化鋁、氯化亞鐵、氯化(huà)鐵等)。
這些(xiē)化學方(fāng)法雖然可以在(zài)一定(dìng)程度上消除生物泡沫現象,但是由於其他導致生物泡沫發(fā)生的因素並沒(méi)有消(xiāo)除,這種效果隻是暫時性的。同時,
利用消毒劑滅殺是無選擇性的(de),對這個活性汙泥係統的破壞性遠遠大於對生物泡沫的有(yǒu)效去除
值得一提的是,當出現生物泡沫時,
胡亂投加消泡劑,不僅不會起(qǐ)到明顯效果(guǒ),反而會造成運營成本的增加。
這是因為消泡劑(jì)主要針對的是化學(xué)泡沫,而生物泡沫相較於化學(xué)泡沫更加穩定,很難起(qǐ)到消除作(zuò)用。
2、調(diào)控汙(wū)泥齡
對於(yú)生物(wù)泡沫最(zuì)有效的措施(shī)是降低(dī)汙泥齡。
大量研究(jiū)表明,
降低曝氣池的汙泥停留時間,能有效控製活性汙(wū)泥過程中的生物(wù)泡沫。
降低汙泥停留時間,實質上是種生物篩選策略,即利用發泡微生物平均(jun1)世代時間較長的特點,抑製發泡(pào)微生物在曝氣池(chí)中的過度(dù)增殖或將其排除出去,達到控製生物泡沫的目的。
有實驗研究報道, 在低溫下,汙泥齡控製在(zài)小於(yú)8~10天,可以逐步抑製諾(nuò)卡氏菌的生長,但(dàn)是(shì)在(zài)溫度升高以後(hòu),汙泥齡要控(kòng)製到3天才可以達到相應的(de)效果。
但降低(dī)泥齡也有許多不適用的方麵: 當曝氣池中需要有硝化作用發生(shēng)時,則(zé)需要相對較長的汙泥停留時(shí)間,與采用(yòng)此法是個矛盾。
另外,其他一些(xiē)絲狀菌的生長受泥齡變化的影響相對(duì)較小,如果生物泡(pào)沫主要由這些微生(shēng)物(wù)引起,采(cǎi)用(yòng)此法效果不大。
3、生態調控
活性汙泥中的原核生(shēng)物(wù)、真核生(shēng)物、噬菌體等相互依存、相互競(jìng)爭,是一個複雜的生態網絡(luò)。在實際生產過程中,物理化學調控往往不能達(dá)到運營管理人員(yuán)的預期的效果,因此對活性汙泥生態網絡的認識及(jí)使(shǐ)用(yòng)便顯得極為(wéi)重(chóng)要。
噬菌體能(néng)夠入侵並裂解他們(men)的宿主,因此(cǐ)成(chéng)為一(yī)個有力的生物工具。
在活性汙泥中分離新的裂解泡沫(mò)中絲狀細菌的噬菌體成為一個(gè)非(fēi)常熱門的研究方向。
但(dàn)要(yào)注意的是,任何(hé)誘導絲(sī)狀細菌(jun1)體內溫和(hé)噬菌(jun1)體進入裂解周(zhōu)期的藥劑都可能同時誘導其他有(yǒu)益細菌體(tǐ)內的溫和噬菌體。
4、選擇器技術
除了(le)上述控製手段,生物(wù)泡沫控製技(jì)術還可與控製汙泥膨(péng)脹等活性汙泥(ní)異常(cháng)運(yùn)行情況相結合, 綜合調節(jiē)活性汙泥(ní)運行(háng)工(gōng)藝。
在(zài)生物曝氣池的前端設置(zhì)厭氧和好氧的選擇器, 可以抑製和(hé)淘汰某些絲狀細菌的(de)生長
, 從而降(jiàng)低汙泥膨脹(zhàng)和生物泡沫的發生幾率。
選擇器是指一個(gè)混合池或通道(dào),讓回流汙泥進入曝氣池前先流經這裏,具有較高的可快速生物降解有機(jī)物去除率,在選(xuǎn)擇器中幾乎所有的易降(jiàng)解有機物(wù)都在這裏去除。
生物(wù)選擇器根據其供氧條件通常有3種類(lèi)型:好氧、缺氧和厭氧。選(xuǎn)擇器(qì)可以選擇性促進形成汙泥絮體的微生物生長、抑製引起泡沫的絲狀細菌的生長,或者將(jiāng)絲狀細菌(jun1)選擇性富集到一定位置後清除,以控製(zhì)它們在(zài)汙泥 混合液中的(de)種群數量。
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