曾凤鸣，张 冲，陈贤文，韩志刚

（福州北环环保技术开发有限公司，福州 350002）

活性污泥法是目前国内外广泛采用的一种污水处理工艺，发展至今已有近百年的历史，并且发展潜力巨大。但采用活性污泥法的污水处理厂在运行中，由于水量水质变化、环境因素变化、工艺参数控制不当等，普遍存在泡沫问题。泡沫的存在，不仅影响了环境的美观，还会给污水处理厂的操作、运行和出水水质的控制带来一定的困难。在工艺调试初期，大量泡沫会带走初期接种的污泥，致使调试难度增大，调试时间延长；大量的泡沫会污染池壁和过道，引起一系列的安全问题；增加出水的BOD和SS浓缩， 影响出水水质。

1 活性污泥工艺中泡沫的产生

选择性浮选理论能较好地对活性污泥过程中的发泡现象进行解释。进水中带入的或者微生物自身所产生的生物表面活性剂的存在，能降低液体的表面张力， 使得气泡具有一定的弹性而不易破灭。另外，气泡上升过程中还会对液体中的固体颗粒进行浮选，在这过程中一些具有疏水表面的固体颗粒就会在气泡间产生架桥作用，减小各个原本分散的气泡间的距离，因此这些固体颗粒就会与气泡结合， 产生更为稳定的泡沫。

活性污泥法过程中产生的泡沫可以分成如下4种形式。

1.1 启动泡沫

（1）曝气池启动初期，曝气池中的污泥对污水的水质并不适应，对生长环境的不适应，容易形成泡沫。随着污泥对水质的适应，泡沫会减少。

（2）曝气池启动初期，污泥相对较少，污泥负荷较高，容易产生泡沫。污泥量增加后，泡沫会逐渐消失。

（3）活性污泥工艺运行启动初期，由于污水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。但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。

1.2 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会降低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很稳定。

1.3 表面活性剂泡沫

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，而极性基团选择性地被亲水物质所吸附，使亲水性物质的表面转化成疏水性物质而黏附在气泡水膜上，随气泡一起上浮至水面。

1.4 生物泡沫

（1）与泡沫有关的微生物大都含有脂类物质，这类微生物比水轻， 易漂浮到水面。

（2）与泡沫有关的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，泡沫就更稳定。

（3）曝气气泡产生的气浮作用常常是泡沫形成的主要动力。颗粒利用气泡气浮，必须是形小、质轻和具有疏水性的物质。所以，当水中存在油、脂类物质和含脂微生物时，则易产生表面泡沫现象。

2 影响泡沫产生的因素

泡沫的形成可以归结为水体的黏度增高所致，导致黏度增高的原因主要有：水体有机物含量过高、曝气池混合液活性污泥老化、进流水富含洗涤剂或表面活性剂丝状菌膨胀等。在以往的研究中，人们往往只注意这些泡沫产生的原因，而忽略了泡沫能够稳定存在的其他因素。其中，水体中的各种悬浮杂质、无机盐类和胶体物质[1]，这些物质单独存在几乎不发泡，但是有助于形成的泡沫的稳定性。

影响泡沫产生的因素有以下几种。

2.1 污泥停留时间

产生泡沫的微生物的生长速率普遍较低，生长周期长，其中Nocardia amarae的生长周期在4～7天，Nocardia pinesis在6～10天，而Microthrix parvicella可长达10～21天。所以长的污泥停留时间有利于这些微生物的生长。因此，采用延时曝气方式的活性污泥法更易产生泡沫现象。另外，一旦泡沫形成，泡沫层的生物停留时间就会独立于曝气池内的污泥停留时间，易形成稳定持久的泡沫。

2.2 pH值

不同的丝状微生物对pH的要求不一样，Nocardia amarae的生长对pH值极敏感， 最适宜的pH值为7.8，Microthrix parvicella最适宜pH值为7.7～8.0[2]。据文献报道，当pH值从7.0下降到5.0～5.6时，能有效地减少泡沫的形成。这主要是因为低的pH值超过了产生泡沫的微生物群落对pH的极限。因此当pH值为5.0时，就能有效控制其生长。但是pH值的变化也会引起活性污泥的不适应，从而产生泡沫现象。

2.3 溶解氧

生物泡沫中的诺卡氏菌群是严格好氧的微生物，在缺氧或厌氧的条件下，都不能利用基质生长，但并不会死亡，而丝状菌有所不同，其可以利用硝酸根作为最终的电子受体。因此即使在现有的脱氮除磷系统中的缺氧段或是厌氧段，仍可以顺利生产。

当溶解氧不足，且系统是低负荷运行时，容易产生反硝化泡沫。

2.4 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。如：Nocardia amarae为23℃～27℃，生长范围相对较窄，Microthrix parvicella的适应范围很广，为8℃～35℃，适合的生长环境是低温（≤15℃）。当环境或水温有利于菌类生长时，就可能产生泡沫现象。不仅如此，温度还会对活性污泥系统中的微生物群落产生影响，导致生物泡沫的产生，这可以从许多生物泡沫的产生具有季节性看出。究其原因，主要是因为温度较低时，Microthrix parvicella可以利用长链脂肪酸作为其碳源和能源。此外，气温和水温的变化会影响气泡内的压力和气压之间的压力差，影响气泡的积聚程度。在实际工程中往往会看到夜间泡沫的积累量比白天的积累量大，这不仅与阳光的照射有关，也和气温与水温差有关。

2.5 污泥负荷

研究表明， 在较高的F/M下， Nocardia amarae在放线菌中所占的数量会上升约6%，几乎在放线菌中占绝对优势， 并且泡沫也迅速出现。而Microthrix parvicella却比较适合在较低的污泥负荷下生长， 丝状菌对生长环境要求低，具有增值速率快[3]、吸附能力强以及在低基质浓度条件下生活能力很强的生理特征。

活性污泥处理系统以低负荷率运转时，氨氮可转化为硝酸盐，硝酸盐在沉淀污泥中存在会导致脱氮现象。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。

2.6 曝气方式

不同曝气方式所产生的气泡不同， 而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。

2.7 底物种类

底物的种类与泡沫的产生有很大关系，由于大多数发泡微生物具有疏水性， 因此疏水性底物更易被这些微生物利用而引发泡沫问题。大量研究表明，进水中存在高水平可乳化的脂肪类物质如油或者油脂时极易引起泡沫问题。脂肪酸被认为是 Nocardia amarae的唯一碳源，因此当进水中有脂肪酸存在时，发泡机率就会大大增加。与放线菌不同，Microthrix parvicella 具有很高的营养需求，喜欢长链脂肪酸如油酸作为其碳源，因此在含有高负荷脂、油和皂类的情况下，有优先繁殖Microthrix parvicella的危险。

3 控制措施

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。

近年来，活性污泥过程中泡沫问题的控制技术得到了较大的发展，但是这些技术大都有较强的针对性，在使用时应根据现场的实际情况加以选择。

3.1 喷洒水

高速喷洒的水流或水珠能打碎浮在水面的气泡，被打散的部分污泥颗粒重新恢复沉降性能，可以减少泡沫。通过喷洒水，可以减少泡沫，如果对好氧池做喷淋，则可以达到长期消泡的效果。尽管喷洒水不能从根本上消泡，却是一种最简单、最常用的物理方法。

3.2 缩短污泥停留时间

大量研究表明， 降低曝气池的污泥停留时间，也就是降低细胞平均停留时间，能有效控制活性污泥过程中的生物泡沫。降低污泥停留时间，实质上是种生物筛选策略，即利用发泡微生物平均世代时间较长的特点，抑制发泡微生物在曝气池中的过度增殖或将其排除出去，达到控制生物泡沫的目的。

虽然缩短细胞平均停留时间能将系统中大部分生长缓慢的丝状细菌排出系统之外，减少生物浮沫的量，但同时也会排除世代时间较长的硝化细菌和反硝化细菌，影响生物处理系统的脱氮效果。

3.3 投加化学药剂

投加化学药剂可以在短时间内解决泡沫问题，而且操作简单。但投加化学药剂在解决泡沫问题的同时也会对污泥产生很大的影响，而且使用化学药剂后，对出水水质会产生较大影响和剩余物质的处理也都是问题。

（1）投加氯和氧化剂

在活性污泥中加氯以控制生物泡沫的产生的方法比较常见，在美国和澳大利亚将其作为一种最常见和最有效的方法。

投加低浓度H2O2也可控制污水处理厂生物泡沫产生。数据表明，投加低浓度H2O2能氧化部分生物残渣和消除生物代谢过程产生的毒素，并能改善菌胶团菌生活的微环境，促进菌胶团菌的生长，在泡沫发生的敏感期间，预先投加低浓度的H2O2能较好地防止泡沫产生。

（2）投加混凝剂

投加阳离子聚丙烯酰胺的方法也被证明是有效控制生物浮沫的方法。投加铁盐、铝盐等混凝剂可以通过其凝聚作用提高污泥的压密性来改善污泥的沉降性，减少生物浮沫。

（3）投加消泡剂和植物油

消泡剂可降低水的表面张力，一方面它能在液面铺展开，消泡剂分子取代起泡剂分子，形成强度较差的膜；另一方面它会在铺展过程中带走邻近表层的部分溶液，使泡沫液膜变薄，降低泡沫的稳定性，防止或减少泡沫的形成。但消泡剂可能被加溶，开始加入消泡剂时，其在液面的铺展速度大于加溶速度，表现出较好的消泡效果，但经过一段时间后，随着消泡剂被逐步加溶，其消泡效果相应减弱。喷洒植物油进行消泡处理的效果较好[1]，因为植物油在水面也具有良好的铺展性能。

3.4 提高曝气池的有机负荷率

增加进水的负荷或提高曝气池中有机物的负荷率，可以使得菌胶团细菌竞争超过丝状细菌，优先生长，通常增加污泥的负荷可有效控制泡沫和浮渣的形成。但若增加对起泡丝状菌能优先利用的底物负荷（如烷烃，或者间接的表面活性剂），或者可供Microthrix parvicella优先利用的底物（如脂肪和油）[4]，反而会导致这些泡沫和浮渣形成微生物的增殖。

3.5 回流厌氧消化池上清液

已有试验表明，采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，能控制曝气池表面的气泡形成。但利用此法在几个污水处理厂进行实际操作时，并没有取得像实验室那样的成功。这是由于厌氧消化池上清液中含有高浓度的好氧底物和氨氮，它们都会影响最后的出水质量，因此应慎重采用。

4 结语

污水处理厂活性污泥法中产生的泡沫不仅直接与起沫微生物的类群相关，而且与废水性质、活性污泥状况、工艺运行条件有关。目前已经展开了大量的研究并且也取得了一定的成果。但是活性污泥法中产生泡沫的机理及其影响因素都较为复杂，并且经常会与污泥膨胀等其他异常情况同时出现，在对其控制上缺乏广泛有效的手段，很多方面还有待于进一步的研究。污水处理厂应根据自身工艺特点探索预防和控制方案，主要从以下几个方面加强检测和管理：

（1）加强水质检测，以利于分析产生泡沫的原因，从而采取相应的措施；

（2）认真分析水质化验报告，提早预防；

（3）在洒水消泡、调整运行参数等常规措施失效的情况下，可以投加如次氯酸钠溶液等灭菌剂，但要注意用量，以免污泥全部死亡。

总体来说，控制活性污泥法中产生的泡沫，应根据活性污泥运行理论，结合工程实践全面分析其产生机理，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。

[1]鲁宁，周健.高浓度粪便污水处理厂泡沫成因及控制措施研究[J].中国给水排水，2007，23（12）：45-48.

[2]范举红，周爱姣.A2/O工艺中泡沫的成因分析及控制措施[J].工业用水与废水，2008，39（5）：53-55.

[3]米闯，谢丽.膜生物反应器中污泥膨胀与生物泡沫的形成与控制研究进展[J].水处理技术，2011，37（6）：1-5.

[4]谢冰，徐亚同.活性污泥污水处理厂生物泡沫产生机理及控制[J].净水技术，2006，25（1）：1-6.