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EPS 非丝状菌 生物泡沫 已有3人参与
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生物泡沫的产生主要是丝状菌过度增殖导致的，那非丝状菌过度增殖是不是也会引起泡沫的产生呢？EPS过高是否也会导致泡沫的产生？急求解答呀 |
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y_hao
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y_hao
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ymnh: 金币+2, 辛苦了 2012-06-13 21:23:00
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没听说过非丝状菌、EPS会导致生物泡沫产生； 但EPS在曝气池大量积累，会引起污泥絮凝和沉降性能变差，导致非丝状菌污泥膨胀 关于活性污泥法泡沫问题，共享两篇文献 活性污泥法中泡沫问题的产生与控制技术 丁峰 彭永臻 董文艺 王淑莹 高春娣 周利 摘 要：对国内外活性污泥法中产生泡沫的危害、机理及影响因素的研究结果表明：诺卡氏菌群(Nocardia amarae,Nocardia pinensis)，微丝菌(Microthrix parvicella)，放线菌(Actinomycetes)的过量增殖是泡沫产生的主要原因。它与温度、pH值、F/M值及底物种类，工艺运行条件密切相关；结合活性污泥动力学、污泥膨胀理论和工程实践，综合控制泡沫的技术措施有：控制MCRT与选择器技术、SFW技术、分类选择器技术和喷洒各种药剂等。 关键词：活性污泥法 泡沫控制 细胞平均停留时间(MCRT) 选择器 Formation and Control of Foam in Activated Sludge Process Ding Feng et al Abstract：The researches on the formation mechanism,influence factor and hazards of foam problem in activated sludge process have shown,that it is mainly caused by excess growth of Nocardia amarae,Nocardia pinensis,Microthrix parvicella and Actinomycetes and intently related to the circumstance factors such as the temperature,pH value,F/M ratio,the kinds of benthonic substances and the operating conditions of the activated sludge system.The foam control measures like the MCRT control and bio-selection,SFW technology,classified selector and chemical dosage have been developed on the basis of kinetic of activated sludge and the theory and practice of sludge bulking.▲ 0 引言 采用活性污泥法处理污水过程中，在反应器(曝气池)与沉淀池内出现的泡沫问题很早就引起人们的关注［1～3］。多年的研究表明：泡沫的产生不仅直接与起沫微生物的类群相关，而且与废水性质(pH、温度、BOD等)、活性污泥状况(MLSS、SVI)、工艺运行条件(如细胞平均停留时间，反应器构型，机械应力，DO，F/M)等有关，产生机理非常复杂。本文在大量查阅中外文献基础上对泡沫产生的普遍性、危害性，特别是其产生的机理和影响因素分别进行了探讨，并给出了较成功的泡沫控制技术措施。 1 泡沫产生的普遍性和危害性 据1988年对澳大利亚采用活性污泥法的污水处理厂调查后发现：在维多利亚、新南威尔士地区65%的污水厂有泡沫问题［4］；在昆士兰地区92%的污水厂受到泡沫的严重影响，这其中60%又受到污泥膨胀的影响［5］；美国的108家采用活性污泥法的污水厂中，56%的污水厂受泡沫困扰［6］；法国约62%的污水厂产生泡沫；香港5个污水厂有2个由于不良运行产生了泡沫［7］；据不完全统计，在我国采用活性污泥法的城市污水处理厂近50%出现过不同程度的泡沫问题，特别在南方地区，还经常与活性污泥法异常运行状态(如丝状菌膨胀，粘性物质积聚成浮渣等)同时发生［8］。 泡沫一般具有粘滞性，它会使大量固体陷入曝气池的漂浮泡沫层，并产生漂浮层的翻转，降低曝气池的充氧效率(特别是机械曝气情况)；在纯氧密封活性污泥系统，泡沫会进入氧压机引起火灾；当流入沉淀池时，在沉淀池挡板下会增加出水悬浮固体引起出水水质恶化；泡沫积累还能产生腐败，且在寒冷天气会结冰，影响正常运行；含有泡沫的剩余污泥在厌氧消化中引起严重的起泡现象，损坏厌氧污泥处理工艺。 2 活性污泥性状及泡沫产生机理 2.1 泡沫的微生物类群组成 根据澳大利亚维多利亚、新南威尔士及昆士兰地区活性污泥污水厂产生的泡沫问题进行的调查，结果发现，Microthrix parvicella(微丝菌)，Nocardia amarae,Nocardia pinensis(诺卡氏菌群)是最常见的泡沫微生物，其次是0092型，0914型，0041型；而美国［9］和香港［10］起泡微生物由多到少的出现频率为Nocardia pinensis,Nocardia amarae,Microthrix parvicella。以上表明，不同地区产生泡沫的微生物类群和数量有差别，但几乎所有地区的泡沫中都检出了占优势的Nocardia菌群；同时还报道［1］，在南非、美国、德国、日本膨胀的污泥中发现Nocardia菌群分别占优势丝状菌出现频率的第6、1、14、5位。可见，Nocardia菌群是活性污泥异常运行(膨胀，泡沫)时常出现的微生物。 2.2 泡沫组成微生物性质及其形成机理 在活性污泥中经常能观察到的Nocardia菌群是有分支的，直径为0.5μm、革兰氏阳性、产生棕色粘性泡沫的丝状微生物，与其它丝状菌相比，它们虽不直接引起污泥膨胀，但在它们的菌丝中存有气泡，易上浮成泡沫，在反应器或沉淀池表面积存。当混合液中Nocardia≥106 intersections/gVSS时，有害的泡沫就会出现［11］。 研究表明，对含有Nocardia菌群的混合液曝气，75%～90%以上Nocardia丝状菌会上浮形成泡沫，其在泡沫中的浓度极高，要比在混合液中多10～50倍。 泡沫中的微生物需要MCRT较长，N.amarae在完全混合活性污泥中是一个弱竞争者，在缺氧状态下(存在NO-2或NO-3)不生长，N.amarae脱氮作用只能从NO-3和NO-2中进行，且其速度要比许多絮凝体形成细菌低。在严格的厌氧条件下不能生长，也不能吸收含碳物质。 2.3 影响泡沫形成因素 2.3.1 温度 据研究［6］，混合液温度从13℃升至20℃，在给定MCRT下能提高Nocardia菌群数量；从20℃升到25℃之间，其影响不显著；在低温下的泡沫主要由Rhodococcus(红微菌属)引起，N.pinensis则生长于相对窄的温度区间，并且许多生长于40℃或更高的热污水或周围空气高温的环境中产生泡沫［12］。而对于引起污泥膨胀和泡沫的其它放线菌，从10升至20℃，其生长速率加快1/2倍；低温及无论有无选择器的完全混合系统有利于M.parvicella的生长［13］。 2.3.2 pH值 通过对单一底物的研究认为，Nocardia与Rhodococcus菌种的最佳pH值为7.0～8.5；空气曝气活性污泥混合液最优pH为7.0，氧气曝气的为6.5(因为混合液接触的气相含有较高的CO2)。也有人指出，pH值降低(如硝化作用)不利于Nocardia菌的生长，能引起泡沫的明显减少。 2.3.3 F/M值与底物种类 通过对丝状菌的研究表明：在较高的F/M下一般可控制丝状菌引起的污泥膨胀，但Nocardia菌所占的数量上升约6%，几乎在丝状菌中占绝对优势，并且泡沫也迅速出现；其它放线菌在(微环境中)高底物浓度(如为液相中的100倍以上)下也会大量增殖(亦即μmax增长规律和高的Ks值)，产生泡沫。这样高的底物浓度可能存在于如下微环境中： ①在污泥絮体与水之间的界面上，其上吸附了进水的有机负荷并予以蓄积； ②在污泥絮体中存在死的细胞，它能使其它种细菌进行腐生增殖； ③在不溶性的底物与水之间的界面上，如同跟水中的疏水物质那样； ④在水与气的界面上(表面和气泡)，在其上底物可通过表面活性物质而积累。 此外，底物的种类与泡沫的产生也有许多相关关系。经过对香港Vitro污水厂产生泡沫的调查发现：分支丝状菌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的增长［7］。 跟相似于Nocardia菌的放线菌不同，M.Parvicella丝状菌具有很高的比营养需求量，这种微生物喜欢长链脂肪酸如油酸做为其碳源。因此，在含有高负荷脂、油和皂类的情况下，有优先繁殖M.Parvicella菌的危险［13］；特定不生物降解或仅缓慢生物降解的表面剂浓度和疏水性底物会导致放线菌Actinomycetes的过量增殖［14］。 非离子表面活性剂广泛应用于工业、商业、日常生活等领域，如美国的城市排水中其浓度为1～20mg/L，美国研究者对Igepa1C-620和Neodo125-7两种表面活性剂的研究结果表明，缓慢可生物降解的表面活性剂能显著增加含Nocardia菌群污泥中的泡沫。且泡沫呈典型的褐色，包含和吸收较高的悬浮固体(SS)，并增加了混合液高度。其他人也证实，表面活性剂，类脂化合物，几种疏水难降解颗粒底物能引起放线菌的增殖，导致反应器和沉淀池表层产生泡沫浮渣。 2.3.4 运行条件 观察发现，离心循环泵产生的机械应力损坏密实的活性污泥絮状体，从破损的细胞中释放出来的表面活性蛋白质、类脂化合物(有限长链脂肪酸)的增多，能导致放线菌、微丝菌的增殖，产生过量泡沫［2］；在瑞典的大斯德哥尔摩(Great Stockholm)地区的3个污水厂出现了严重的厌氧消化泡沫，显微镜观察的结果是泡沫污泥表现出网状丝状菌M.Parvicella结构，形态上长的圈状丝状菌因厌氧条件变成了短和细的丝状菌［15］。 3 泡沫控制技术 3.1 控制MCRT与选择器技术 根据组成，泡沫微生物性质和成泡机理，使采用调节MCRT和选择器相结合的技术控制泡沫成为可能。首先，对Nocardia的控制方面，根据N.amarae菌群在完全混合活性污泥中是一个弱竞争者，且反硝化很慢的特点，提出在适当的MCRT值时，用好氧选择器可有效控制Nocardia泡沫［16］；减少MCRT是一种成功的控制泡沫方法［17］；也有人研究报道，可通过降低MCRT去除N.amarae泡沫，他们对一个采用活性污泥法的污水厂采用MCRT＜6d，同时回流活性污泥加氯成功地控制了Nocardia泡沫。在文献［9］中的研究结果是：从MCRT由1.5d到15d范围内，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，用好氧选择器控制Nocardia菌泡沫有效；MCRT=10d，用好氧选择器控制Nocardia菌泡沫无效；MCRT=12d，用缺氧选择器可控制硝化污泥中的Nocardia菌泡沫。 另外，MCRT的采用还与温度(气候)及试验规模等因素有关，他们的试验结果见表1，由表1可见，不论是小试或生产性试验规模，温度升高，采用的MCRT值降低。 表1 控制Nocardia泡沫时MCRT与温度关系 试验规模 小试 小试 生产性试验(夏季) 生产性试验(冬季) 温度/℃ 16 24 22 18 MCRT/d 2.2 1.6 1.8 2.2 注：地点Sacramento,Calif. 在美国，根据Nocardia菌产生泡沫的具体情况，采用不同MCRT控制泡沫的污水厂数目统计结果见图1。 图1 美国控制Nocardia泡沫时采用不同MCRT值的 污水厂数目统计(部分) 同时，以上泡沫控制技术还可与控制污泥膨胀等活性污泥异常运行情况相结合，综合调节活性污泥运行工艺。如针对Phonenix活性污泥污水厂一直存在着在连续的膨胀污泥环境下，相当低的MLSS和SRT较短的情况下运行状况，采用DO为0～0.3mg/L的缺氧选择器，结果：当总氮还原约75%时，曝气的缺氧选择器可以对污泥的膨胀全部控制；Nocardia泡沫可以初步控制，在泡沫表面直接喷洒高浓度的氯(2 000～3 000mg/L)很容易消除泡沫［18］。 在类脂化合物、疏水难降解的颗粒底物以及机械应力、接种等条件时易引起放线菌的污泥膨胀和泡沫上浮。一些人认为，任一MCRT下的放线菌及0092型均能引起低负荷膨胀和上浮；而另一些人则证实，低的MCRT(＜6d)、用缺氧选择器成功地抑制了放线菌的上浮和低负荷膨胀与泡沫上浮；还有人的研究结果是，用缺氧选择器或厌氧选择器不能有效控制M.Parvicella的生长［13］；也有人用好氧选择器在低的固体停留时间(SRT)和缺氧选择器在任何SRT条件下都可以控制放线菌的过量增长［19］。 3.2 选择性泡沫浮选或淘汰(SFW) SFW法是将载有Nocardia等起沫微生物泡沫溢流至系统外以得以去除。用带有自由液面的40L曝气池和设挡板的二沉池进行试验的结果是［20］：20d后，Nocardia丝状菌达到11×106 intersections/gVSS；以后15d内，其值在9×106～11×106之间波动，去除二沉池挡渣板23d后，Nocardia菌数量降至1×106～2.5×106之间，重装消泡装置72d后，Nocardia数量又增加到6×106。他们认为，这主要是由于延长了MCRT，使之高于混合液中其它微生物的原因。后者在亚特兰大Utoy Greet的WPCP污水厂研究表明，使用增加曝气量，控制MCRT，以从混合液中去除起泡微生物，允许载有Nocardia的泡沫从曝气池中溢流到相邻池子里去除，得到很好的泡沫去除效果［21］。1987年在南非通过选择性浮选，泡沫(浮渣)形成微生物可在24h内大量从活性污泥中去除掉［22］。泡沫去除后，生物相中的丝状菌明显减少，而去除的泡沫中几乎都是丝状菌，大于95%的泡沫微生物能在最初的约4h内去除；去除速度不取决于Nocardia泡沫微生物种类，但依赖于初始泡沫中的微生物浓度。在一些文献中报告的其它经验也肯定了这种措施是成功的。 3.3 其它方法 添加化学药剂(如Cl2，H2O2，O3，聚合Al盐等)和上部搅拌［15］也是控制泡沫的常用方法。有报道，通过在曝气池中添加O3(2～6mg/L)成功地抑制了Nocardia菌不正常增殖产生的泡沫。并且还发现［23］：污泥沉降性能好转了，在去除COD，TOC，SS，PO3-4 －P，TN方面无不同，硝化作用增强了，出水水质变好。 向出现严重Nocardia泡沫的terminal污水厂反应器中投加阳离子聚合物，3d后泡沫根除，其机理是：投加的阳离子聚合物与废水表面存在的稳定泡沫的接触作用和聚合物絮凝使Nocardia丝状菌分散进入活性污泥絮体中［24］。 采用去除表层泡沫的分类选择器，可减少Nocardia的含量；向选择器中添加可降解的非离子表面活性剂可进一步降低混合液中的Nocardia水平。 4 结论 活性污泥工艺中产生泡沫的机理和影响因素是复杂的，并且经常与污泥膨胀等异常情况同时出现［25～26］。因此，应该根据具体情况采用相应不同的控制技术。美国部分活性污泥污水厂控制Nocardia泡沫的策略及其成功率［6］如表2所示。有趣的是，其中58家污水厂直接用水喷洒泡沫，收到了很高的成功率(88%)，当然，若停止喷洒水，泡沫又会重新出现。 表2 美国活性污泥污水厂控制泡沫的策略及成功率(部分) 泡沫控制策略 策略使用污水厂数目 成功率/% 降低MCRT 44 73 投加氯气 48 58 用水喷洒 58 88 用消泡剂 35 20 降低曝气时间 5 60 综合上述，控制活性污泥法中产生的泡沫问题，应根据活性污泥运行理论，结合工程实践全面分析其产生的机理，并考虑控制措施的经济性、技术性、可行性等因素来采用相应措施(一种或多种)，才能经济、合理、彻底地解决活性污泥工艺中的泡沫问题。■ 基金项目：国家自然科学基金(编号59778024)和黑龙江省自然科学基金资助项目。 作者单位：董文艺(深圳市规划国土局罗湖分局 518000) 参考文献： ［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］王凯军.活性污泥膨胀的机理与控制.北京：中国环境科学出版社，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］杨宝林.活性污泥膨胀的特性研究.中国给水排水，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.丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制.环境科学进展，1999，7(2)：88～93 ［26］崔和平，彭永臻，等.关于污泥膨胀研究的现状与展望.哈尔滨建筑大学学报，1997，30(3)：113～116 收稿日期：1999-09-02 活性污泥污水处理工艺中泡沫的形成与控制研究 摘要：活性污泥曝气池中严重的泡沫现象是一种常见问题，主要是由于Nocardioform actinomycetes和Microthrix parvicella菌属的异样生长造成的。微生物细胞表面的疏水性(CSH)、污泥停留时间(SRT)、pH值、溶解氧(DO)等是丝状菌生长的重要因素。控制泡沫的方法主要有喷洒水、投加化学药剂、降低细胞平均停留时间、调节污水pH值、增设生物选择器、采用连续填料反应器等。 关键词：活性污泥工艺 泡沫 Nocardioform actinomycetes；Microthrix parvicella 形成和控制 0 引言 目前，世界范围内大多数城市污水处理厂采用活性污泥法处理工艺。普遍存在的问题之一就是曝气池表面常常会产生严重的泡沫，大量的泡沫使曝气池表面被覆盖,若从池中溢出会引起外部设备及外部池壁的污染,严重影响了周围的环境，给污水处理厂的运行和管理带来了困难，同时也使出水水质恶化。根据对国内外污水处理厂的调查，大多数都不同程度地受到泡沫问题的影响，特别是采用延时曝气工艺的污水厂更是如此。 1 泡沫的形成 活性污泥工艺中，泡沫的形成一般有以下几种形式，主要包括工艺运行初始时期形成泡沫、反硝化作用起泡、表面活性剂起泡以及生物泡沫等[1]。生物泡沫粘度大，呈黄褐色，具有稳定、持续、较难控制的特点。 1.1 工艺运行初期形成泡沫 曝气池开始运转时，特定表面活性剂对有机物的部分降解作用形成泡沫，并使泡沫迅速增长。这些泡沫一般呈白色且质轻，当活性污泥达到成熟时消失。 1.2 反硝化作用起泡 由于在二沉池或曝气不足的地方会发生反硝化作用，使微小的氮气气泡释放出来，从而使污泥的密度减小，有利于其上浮，产生泡沫现象。这种现象在二次沉淀池中表现明显，且产生的悬浮泡沫通常不稳定。 1.3表面活性剂起泡 污水中的表面活性剂和淀粉、蛋白质、油脂等表面活性物质在分子结构上都表现为含有极性－非极性基团即所谓双亲分子，在曝气的条件下，非极性基团一端伸入气泡内，而极性基团选择地被亲水物质所吸附，这样亲水性物质的表面被转化成疏水性物质而粘附在气泡水膜上，随气泡一起上浮至水面。 各种悬浮物质若混入表面活性剂等产生的泡中，这些物质单独存在并不能发泡,但是可使泡沫稳定。如造纸工业中的微细纸浆，食品工业中的纤维质等。另外，如氯化钠、硫酸钠、硫酸铝等盐类的水溶液,单独存在几乎不产生泡沫,但也有助于泡沫的稳定，使泡沫难以消失，如图1、2、3所示[2]。 图1 纯水中的气泡 图2 水中混入表面 图3 水中混入表面活性剂 活性剂的气泡 和悬浮物质的气泡 Figure 1. A foam in Figure 2. A foam in water with Figure 3. A foam in water with surface pure water surface active agents active agents and suspended substances 1.4 生物泡沫 目前，普遍认为生物泡沫形成的主要原因是：在各种因素影响下，造成丝状菌和放线菌等微生物的异样生长，丝状菌的比生长速率高于了菌胶团细菌，又由于丝状菌的比表面积较大，因此，丝状菌在取得污水中BOD5物质和氧化BOD5物质所需要的氧气方面都比菌胶团细菌有利得多，结果曝气池中丝状菌成为优势菌种而大量增值，导致生物泡沫的产生。再加上这些微生物大都呈丝状或枝状,易形成网,能捕扫微粒和气泡等,并浮到水面。被丝网包围的气泡,增加了其表面的张力,使气泡不易破碎,泡沫更加稳定。另外，曝气气泡产生的气浮作用是泡沫形成的主要动力因素。 研究发现，与生物泡沫有关的菌属主要有Nocardioform actinomycetes(放线菌)和Microthrix parvicella(丝状菌)等，如图4所示，前者多出现于夏季，后者多出现于冬季[3]。Linda L.Blackall等通过测定Microthrix parvicella等丝状菌的16S rDNA序列，对引起生物泡沫的主要丝状菌进行了分离鉴定和分类[4]，如表1所示。 Microthrix parvicella是生成生物泡沫的最重要菌种，其16S rDNA序列信息证实Microthrix parvicell也是一种放线菌，通过电子显微镜观察，其细胞壁上有革兰氏阳性细菌所具有的典型表面，呈单一均质层；Eikelboom Type0092、Eikelboom Type0411 和Eikelboom Type1863丝状菌革兰氏染色均呈阴性，16S rDNA序列信息表明三者都属于Flexibacter-Cytophaga-Bacteroides；Eikelboom Type0803是一种 类Proteobacteria，Williams and Unz认为根据形态学准则很难区别Microthrix parvicell和Eikelboom Type0803，但序列信息表明事实上二者没有任何关系，Eikelboom Type0803与上述各丝状菌都不太相似。 D.B.Oerther 等利用低（聚）核苷酸探测技术、杂交培植和抗体着色等方法，对生物泡沫中Gordonia spp.等丝状微生物进行了定量分析。结果表明，Gordonia spp.等菌体的活性和数量水平的增加与整体微生物群落的活性及数量水平有关，在形成生物泡沫过程中，Gordonia spp.等丝状微生物自身的物理性质可能比细胞的代谢活性所起的作用要大[5]。 图4 Nocardia amarae和Microthrix parvicella[6] Figure 4. Nocardia amarae and Microthrix parvicella[6] 研究表明，丝状菌等微生物细胞表面的疏水性或憎水性（cell surface hydrophobicity, CSH）是形成生物泡沫并使之稳定的重要原因。Helen Stratton（1998）等从生物泡沫中分离出nocardiform及Rhodococcus rhodochrous等菌种，对细胞表面霉菌酸成分(mycolic acid content)， 表1 与泡沫形成有关的主要菌属 Table 1. Main bacteria involved in foams forming 序号 菌种名称 革兰氏性 种属和形态 1 Nocardia amarae G+ 放线菌(actinomycete)，枝状菌丝 2 Nocardia pinesis G+ 放线菌,松枝状 3 Rhodococcus sp. G+ 放线菌,枝状菌丝 4 Microthrix parvicella G+ 丝状菌(filament)，无鞘无分枝，丝状 5 Eikelboom Type0092 G- F-C-B门，丝状菌 6 Eikelboom Type0411 G- F-C-B门，丝状菌 7 Eikelboom Type1863 G- F-C-B门, 类Proteobacteria,丝状菌 8 Eikelboom Type0803 G- F-C-B门, 类Proteobacteria,丝状菌 注：F-C-B门表示Flexibacter-Cytophaga-Bacteroides phylum. 以及细胞表面疏水性(CSH)与形成稳定生物泡沫能力之间的关系进行了研究，结果表明：霉酸菌成分并不是形成CSH的唯一原因，CSH也不是生成生物泡沫并使之稳定的唯一因素。CSH随着微生物的培养周期，以及其它条件，如生长温度、碳源等的变化而改变；Rhodococcus rhodochrous中霉酸菌成分也会随着培养周期、温度以及碳源等条件的变化而发生改变；nocardiform细胞表面的霉酸菌成分对其CSH的影响不大[7]。 D.Mamais(1998)等认为，长链脂肪酸（慢速生物降解COD）和低温环境是脱氮活性污泥系统中Microthrix parvicella生长的主要原因，絮凝体形成菌去除易生物降解COD的过程也不会影响Microthrix parvicella的生长，长链脂肪酸被去除的量（吸附去除）与Microthrix parvicella的生长量成反比关系[8]；污泥停留时间(SRT)、pH值也会影响生物泡沫的产生。长污泥停留时间有利于Microthrix parvicella等丝状菌微生物的生长，这也是延时曝气工艺更容易引起生物泡沫的原因。另外，溶解氧(DO)以及曝气方式等也是生成泡沫的重要影响因素。如表2所示。 表2 与优势丝状菌相关的条件[9] Table 2. Conditions being related to predominant filamentous bacteria 产生条件 丝状菌种类 低DO Microthrix parvicella, S. Natans, 1701 低F/M Microthrix parvicella,0041,0092 完全混合式生物反应器 H. Hydrossis, Nocardia spp., 021N, 1851,1701 腐败性废水/硫化物 Beggiatoa, Thiothrix spp., 0914 营养不足 S. Natans, Thiothrix spp., 021N; 可能有H. Hydrossis,0041 低pH值 fungal bacteria 转贴于 中国论文下载中心 http://www.studa.net2 泡沫的控制 根据泡沫形成的机理及其影响因素，可采用物理化学和生物的方法对泡沫进行控制。控制泡沫特别是生物泡沫的实质并非消除Microthrix parvicella等细菌的产生，主要途径就是在曝气系统中建立一个不适宜丝状菌异常生长的环境，抑制其在活性污泥中的过度增殖，使丝状菌与絮凝体形成菌保持平衡的比例生长。 2.1 物化方法控制泡沫 ① 喷洒水 喷洒的水流或水珠能打碎浮在水面的气泡,以减少泡沫。但不能根本消除泡沫现象，是一种最常用最简便的物理方法。 ② 投加化学药剂 阳离子聚丙烯酰胺(acrylamide¬based cationic polymer)是一种常用的消泡剂，工程实例中，把阳离子聚丙烯酰胺投加于二沉池进水管中，其既有抑制Nocardioform actinomycetes生长的作用，又有通过回流污泥进入曝气池消除污水中表面活性剂及表面活性物质极性－非极性特点的作用。由于上述两点的存在，新的稳定泡沫难于大量生成，而在水面上的泡沫层由于水面紊动，泡沫受剪力作用不断破碎，表面泡沫水膜由于水分不断蒸发,泡沫不断破碎,泡沫层也逐渐消失[10]。 低浓度的H2O2也是一种较常用的泡沫消除剂，在活性污泥中投加当投加低浓度H2O2时,其浓度不足以杀死菌胶团表面伸出的丝状菌，只能氧化部分生物残渣和消除代谢过程产生的毒素，净化菌胶团细菌生长的环境，促进了菌胶团细菌优势生长, 使菌胶团菌和丝状菌的生长达到了新的平衡，从而达到控制生物泡沫的目的，而出水水质并未恶化。H2O2应投加于回流污泥中，投加浓度为20～25mg H2O2/(kg•MLSS)[11]。 Yongwoo Hwang等通过污水厂观察、实验室试验以及现场应用，发现污水中的泡沫是典型的季节性出现的，代谢和动力学的调节并不能很成功的抑制Microthrix parvicella的过度生长和泡沫的产生，经过与氯、阳离子聚丙烯酰胺两种化学药剂相比较，发现除丝状菌聚季铵碱(quaternary ammonium¬based anti¬filament polymer, AFP)是一种最有效的物理化学方法来抑制Microthrix parvicella的过度增殖，能有效的控制泡沫，并未给出水水质带来变化[12]。 另外，如氯、臭氧、聚乙二醇以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等均具有较强的氧化性，也可当作消泡剂使用。 2.2 生物方法控制泡沫 ① 降低细胞平均停留时间 降低细胞平均停留时间是很有效的控制泡沫的方法，实质即利用丝状菌平均世代时间较长于絮凝体形成菌的特点，抑制丝状菌的过度增殖，细胞平均停留时间越短，丝状菌越少，泡沫也越少。 ② 调节污水pH值 研究表明，最适宜Nocardia amarae生长的pH值为7.8,最适宜Microthrix parvicella生长的pH值为7.7～8.0，当pH值从7.0降为5.0～5.6时，能有效控制这些微生物的过度生长，减少泡沫的形成[13]。 ③ 降低曝气的空气输入率 降低了曝气的空气输入率，一是能降低曝气池中气提强度，减缓了丝状菌的上浮速度；二是能降低曝气池中的溶解氧浓度，Nocardia amarae是严格的好氧菌,在缺氧或厌氧条件下,不易生长,但 Microthrix parvicella却能忍受缺氧状态。再者，降低曝气池的空气输入量也相应的降低了微气泡的生成量，即减少丝状菌和放线菌机体上浮的载体，从而延缓泡沫的形成。 ④ 回流厌氧消化池上清液 试验表明，厌氧消化池上清液能抑制Rhodococcus rhodochrous菌属的生长，采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，也能控制曝气池表面泡沫的形成。但由于厌氧消化池上清液中含有高浓度好氧底物和氨氮，它们都会影响出水水质，因此应慎用。 ⑤ 增设生物选择器 生物选择器有好氧选择器和缺氧选择器两种，其目的就是使进入曝气池的污水先于回流污泥在其中充分混合，通过调节F/M、DO等因素，选择性的发展絮凝体形成菌，抑制丝状菌等的过度增殖。在设计选择器时，选择器需要分格设置，一般多采用4～6格；尽量提高选择器第一格的F/M值，形成F/M梯度；还要控制选择器的水力停留时间，一般为10～15分钟。另有研究表明：好氧选择器能一定程度地控制Microthrix parvicella，但对Nocardia 菌属无大影响；而缺氧选择器对Nocardia菌属有控制作用，却对Microthrix parvicella无太大作用[14]。 ⑥ 采用连续填料反应器 D.Mamais(1998)等也认为，没有证据表明厌氧和缺氧选择器能够绝对成功的控制Microthrix parvicella的扩散和增殖，连续流和序批实验表明，控制Microthrix parvicella 生长的最佳方式就是采用连续填料流反应器，理由有二：一是利用絮凝体形成菌的高吸附能力能够大量去除慢速生物降解COD；二是能避免胶体物质水解后可溶产物的扩散[8]。 3 现场实例 北京首都机场污水处理厂采用合建式缺氧―好氧活性污泥工艺（A/O）。污水厂的污水主要来源于航空工作区、生活区、宾馆以及周边生活小区，处理能力为20000m3/d,其工艺流程如图3所示。 2004年2月14日至2月17日期间，曝气池表面出现了严重的泡沫，开始采取了向曝气池 表面喷洒清水的措施，但消泡效果不理想。2月18日，采取了降低曝气的空气输入强度的措施，并向二沉池的进水管中投加了约25L(0.5mg/L)的阳离子聚丙烯酰胺溶液，连续投加7天，每天观察并记录了泡沫覆盖曝气池的百分率，如图4所示。开始投加时泡沫覆盖率已经达到90％左右，2月20日泡沫覆盖率下降至70％，到2月24日覆盖率下降至12％，随后稳定在10％以下。 图4 曝气池泡沫覆盖率随投加阳离子聚丙烯酰胺的时间变化关系 Figure 4. Variation relationship between bestrewing rate of foams in aeration pool and adding time of acrylamide¬based cationic polymer 4 结语 活性污泥工艺中泡沫产生的条件和机理尚有争议，但目前的研究认为，主要是由于Nocardia和Microthrix parvicella菌属的异样生长，其比生长速率高于菌胶团絮凝体形成菌的比生长速率造成的，Nocardia和Microthrix parvicella菌属有疏水性极强的细胞表面，迁移并停留在气泡表面，因而使气泡稳定。发泡现象也与气–水界面的疏水性有机化合物的浓度有关。 泡沫的控制主要有物化和生化的方法，通过加入化学药剂来改变细菌细胞表面的化学性质仍是一种控制泡沫产生的常用方法，而广泛应用的杀菌剂普遍存在负作用,因为过量或投加位置不当,会大量降低反应池中絮凝体形成菌的数量及生物总量。 总之，目前常用的投加化学药剂方法只是一种应急措施而非根本解决途径，因此，还应通过更深入更实际的生物方法的研究，来寻找一种更合理有效、更经济适用的方法控制Nocardia和Microthrix parvicella菌属的生长和泡沫的形成，保证活性污泥工艺的正常和高效运行。 参考文献 [1] Warrer J. Activated sludge bulking and foaming control [M]. Technomic publishing Co. Inc. Lancaster, 1994. [2] 楚广诣,等. 浅谈污水处理中的泡沫问题[J].山东环境，1998,4:29. [3] P. Madoni, et al. Testing the control of filamentous microorganisms responsible for foaming in a full-scale activated sludge plant running with initial aerobic or anoxic contact zones [J]. Bioresource Technology, 1997, 60: 43-49. [4] Linda L. Blackall, et al. 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Chae. Recent advances in membrane bioreactors (MBRs): Membrane fouli ng and membrane material. Water Research,2009,43:1489-1512. [2] Masse, A., Sperandio, M., Cabassud, C. Comparison of sludge characteristics and performance of a submerged membrane bioreactor and an activated sludge process at high solids retention time. Water Research, 2006, 40(12): 2405-2415. [ Last edited by ymnh on 2012-6-15 at 20:26 ] |
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