Система біологічної очистки є основною одиницею очисної станції, а ненормальне піноутворення є однією з найпоширеніших проблем під час експлуатації. Надмірна кількість піни не тільки знижує ефективність аерації, призводить до втрати мулу та погіршує якість стоків, але також переливається в резервуар, роз’їдаючи обладнання та створюючи запахи, які впливають на навколишнє середовище. По суті, утворення піни є результатом взаємодії трьох факторів: «поверхнево-активні речовини у воді + достатнє джерело повітря + стабільна структура бульбашок». Причини піноутворення суттєво відрізняються на різних етапах, що вимагає цілеспрямованих заходів.
I. Основні етапи утворення піни та основні причини в системах біологічної обробки
(I) Стадія попередньої обробки (насосна станція вхідного підйому, випуск первинного відстійника)
На цьому етапі в системі вперше з’являється піна. Здебільшого це не-біохімічна піна, яка характеризується тим, що вона біла, пухка, легко ламається та не має явної липкості.
Основною причиною є наявність екзогенних поверхнево-активних речовин у стічних водах: по-перше, у побутових стічних водах є велика кількість синтетичних поверхнево-активних речовин, таких як миючі засоби, гелі для душу та рідини для прання. Ці речовини мають один гідрофільний кінець і один гідрофобний кінець, що значно знижує поверхневий натяг води. По-друге, це тваринні та рослинні олії зі стічних вод громадського харчування та емульгатори та диспергатори з промислових стічних вод. По-третє, існують природні поверхнево-активні речовини, такі як масляні плями, відкладення вихлопних газів транспортних засобів і гумінові речовини, накопичені на поверхні початковим стоком дощової води. Коли ці речовини потрапляють у систему разом із потоком, під дією крильчатки підкачувального насоса та турбулентного потоку на вході первинного відстійника повітря втягується у воду, утворюючи велику кількість стабільних бульбашок, які збираються, утворюючи піну. Якщо промислові стічні води скидаються різко, піна швидко збільшуватиметься за короткий проміжок часу, навіть покриваючи всю поверхню первинного відстійника.
(II) Аеротенк (аеробна секція, зона з найбільшою концентрацією та стійкою піною)
Аеротенк є ядром біохімічної реакції, а також найбільш складною зоною для проблем з піною. Він містить як не-біохімічну, так і біологічну піну, причому біологічною піною найважче керувати.
1. Не-біохімічна піна
Причини такі ж, як і на етапі попередньої обробки, але безперервна і рясна аерація, що забезпечується системою аерації, призводить до більшого об’єму піни та довшої тривалості. Окрім поверхнево-активних речовин, що переносяться потоком, є два специфічних чинники: по-перше, надмірна інтенсивність аерації призводить до надто маленьких і численних бульбашок, які важко піднятися та розірвати; по-друге, раптове збільшення концентрації органічних речовин у воді, що припливає, призводить до того, що проміжні продукти мікробного метаболізму (такі як жирні кислоти та полісахариди) збільшують поверхневу активність води, посилюючи утворення піни. Цей тип піни зазвичай розсіюється самостійно після стабілізації якості води, що надходить.
2. Біологічна піна (на неї припадає понад 70% проблем з піною в резервуарах для біологічної обробки)
Це викликано надмірним розмноженням специфічних ниткоподібних мікроорганізмів. Він характеризується коричнево-червоною, в’язкою, кремовою консистенцією, яку важко розбити та може накопичуватися до товщини в десятки сантиметрів, навіть переповнюючи резервуар. Основною причиною є домінування нитчастих бактерій (переважно Nocardia, Microfilamenta та Sulfothermia) у конкуренції. Їхні міцелії відходять від поверхні пластівців, переплітаються між собою, утворюючи стабільний скелет бульбашки та міцно фіксуючи бульбашки на місці.
Основні робочі умови, які викликають надмірне розмноження ниткоподібних бактерій, включають: 1) Надмірно довгий вік мулу: ниткоподібні бактерії, такі як Nocardia, мають час генерації 5-7 днів, набагато довше, ніж звичайні фло-утворюючі бактерії. Коли вік мулу перевищує 10 днів, нитчасті бактерії накопичуються у великих кількостях. 2) Недостатнє органічне навантаження: нитчасті бактерії мають велику питому площу поверхні й можуть легше отримувати їжу за низьких-поживних умов. 3) Відповідна температура води: 15-25 градусів є оптимальною температурою для розмноження Nocardia та мікрониткових бактерій; отже, весна й осінь є піковими періодами для біологічного піноутворення. 4) Недостатня кількість азотних і фосфорних поживних речовин: коли співвідношення вуглецю-до-азоту або вуглецю--фосфору є надто високим, ріст фло-утворюючих бактерій пригнічується, тоді як ниткоподібні бактерії мають менший попит на азоту та фосфору та скористаються цим для розмноження. 5) Низький вміст розчиненого кисню: ниткоподібні бактерії, такі як мікрониткоподібні бактерії, можуть виживати в середовищі з низьким вмістом кисню, тоді як бактерії, що утворюють пластівці, потребують більшого розчиненого кисню. 6) Надмірні коливання рН: кислотні або сильно лужні середовища пригнічують ріст пластівців і сприяють поширенню нитчасті бактерії.
(III) Вторинний відстійник
Піна у вторинному відстійнику здебільшого є «вторинною піною», яка походить із трьох основних джерел: по-перше, піна, що утворюється в аеротенку, надходить у вторинний відстійник зі змішаним розчином і накопичується на поверхні. По-друге, піна для денітрифікації, унікальний тип піни у вторинному відстійнику, характеризується своїм сірим кольором і дрібними частинками мулу, які часто виникають влітку або під час процесів денітрифікації. Коли мул на дні вторинного відстійника залишається занадто довго, а розчиненого кисню недостатньо, денітрифікуючі бактерії відновлюють нітрати до газоподібного азоту. Крихітні бульбашки азоту прилипають до пластівців мулу, змушуючи їх плавати та утворювати піну. По-третє, пінний процес гниття осаду виникає, коли осад не своєчасно скидається з вторинного відстійника, що призводить до анаеробного розкладання донного осаду з утворенням таких газів, як сірководень і метан, які виносять осад на поверхню, утворюючи чорну піну, що супроводжується неприємним запахом.
(IV) Система повернення мулу та надлишкового мулу
Піна на цій стадії здебільшого є «циркулюючою піною», спричиненою: 1) поверненням мулу, що переносить піну, що утворюється в аеротенку, назад до резервуара біологічної очистки, створюючи порочне коло; 2) Недостатнє скидання надлишкового мулу, що призводить до надмірно тривалого старіння мулу в системі, що ще більше посилює розмноження ниткоподібних бактерій; 3) Піна, що утворюється в резервуарі для згущення осаду та резервуарі для зброджування, повертається до резервуару біологічної обробки разом із супернатантом, вводячи велику кількість поверхнево-активних речовин і ниткоподібних спор.
II. Точні контрзаходи для різних типів піни
(I) Заходи проти не-біохімічної піни
Основою є «контроль над джерелом + фізичне видалення», мінімізуючи використання хімічних піногасників.
1. Контроль джерела: посилити нагляд за доступом до промислових стічних вод, вимагаючи від скидних підприємств попередньої-очищення стічних вод, що містять поверхнево-активні речовини та жир; побудувати первинні резервуари для збору дощової води, щоб запобігти прямому потраплянню початкової дощової води в систему біологічної очистки; додати масляні сепаратори та флотаційні резервуари на етапі попередньої обробки, щоб видалити більшу частину жиру та зважених поверхнево-активних речовин.
2. Фізичне видалення піни: установіть струмені води під високим-тиском у-зоні утворення піни, щоб розбити піну за допомогою ударної сили потоку води; по краях ємності встановіть перегородки для запобігання переливу піни; належним чином зменшіть інтенсивність аерації, щоб зменшити кількість утворених бульбашок, одночасно збільшуючи інтенсивність перемішування, щоб сприяти злиттю та розриву бульбашок.
3. Хімічна допомога: якщо кількість піни надзвичайно велика, можна додати невелику кількість кремнійорганічного піногасника. Слід уважно стежити за дозуванням, щоб уникнути надмірного додавання, що впливає на мікробну активність, і не слід покладатися на піногасники протягом тривалого періоду.
(II) Контразаходи для біологічної піни (ядро полягає в пригніченні домінуючого росту ниткоподібних бактерій)
Біологічна піна не може бути усунена виключно фізичними або хімічними методами; необхідно почати з налаштування робочих параметрів, щоб фундаментально знищити середовище існування нитчастих бактерій.
1. Оптимізація робочих параметрів (найфундаментальніші заходи) - Скоротіть вік осаду: контролюйте вік осаду до 5-8 днів, збільшивши скидання надлишкового осаду, щоб усунути довгий-час генерації ниткоподібних бактерій, таких як Nocardia;
- Збільште органічне завантаження: належним чином зменшіть швидкість зворотного потоку та збільште концентрацію органічної речовини у притоці до резервуару для біологічної очистки, дозволяючи бактеріям,-утворюючим пластівці, отримати перевагу в конкуренції за поживні речовини;
- Відрегулюйте вміст розчиненого кисню: збільште рівень розчиненого кисню на виході з аеротенка до 2-3 мг/л, щоб запобігти розмноженню гіпоксичних ниткоподібних бактерій (таких як мікрофіламенти);
- Додайте поживні речовини азоту та фосфору: якщо надходження азоту та фосфору недостатньо, додайте сечовину та дигідрофосфат калію у співвідношенні вуглець-азот-фосфор 100:5:1, щоб задовольнити потреби росту фло{6}}утворюючих бактерій.
2. Заходи фізичного покращення - Знімання переливу: установіть жолоб для переливу піни в кінці аеротенка, щоб зняти поверхневу біологічну піну з системи для окремої обробки, запобігаючи зворотному потоку.
- Додавання носія: додайте носії, такі як активоване вугілля, цеоліт і поліуретанова піна, до резервуару для біологічної обробки, щоб збільшити щільність пластівців і забезпечити місця прикріплення для бактерій у пластунах, пригнічуючи призупинений ріст ниткоподібних бактерій.
3. Хімічні надзвичайні заходи
Якщо біологічна піна надзвичайно сильна, можна на короткий період додати низьку концентрацію окислювача, наприклад гіпохлорит натрію (5-10 мг/л) або перекис водню (10-20 мг/л). Оксиданти вибірково руйнують ниткоподібні гіфи, що відходять від пластівців, при цьому менш впливаючи на бактерії всередині пластівців. Суворо контролюйте дозування та частоту додавання, щоб уникнути впливу на систему біологічного очищення.
4. Біологічна регуляція
Додайте високоефективні флокулянти для підвищення конкурентоспроможності флокулянтів; або інокулювати невелику кількість перетравленого мулу для введення найпростіших і метазоа, які можуть полювати на нитчасті бактерії, пригнічуючи надмірне розмноження нитчастих бактерій через харчовий ланцюг.
(III) Робота з піною у вторинному відстійнику
Вживайте диференційованих заходів залежно від різних причин: для піни, що надходить з аеротенку, зосередьтеся на вирішенні проблеми піни в аеротенку та встановіть пристрої для розпилення води на поверхні вторинного відстійника для усунення піни; для денітрифікаційної піни збільшити скидання надлишкового мулу, скоротити час утримування мулу у вторинному відстійнику та збільшити коефіцієнт повернення змішаного розчину, щоб повернути нітрати в безкисневу зону для денітрифікації; для піни для гниття осаду негайно скидайте осад, щоб уникнути накопичення осаду на дні вторинного відстійника, а також спорожніть і вичерпайте вторинний відстійник, якщо необхідно.
(IV) Реакція на циркулюючу піну
Суворо обмежте шлях циркуляції піни. Зберіть окремо піну та надосадову рідину, утворену системою повернення осаду та згущувачем, обробіть їх піногасниками та осадженням перед поверненням у систему біологічної очистки. Одночасно оптимізуйте систему скидання надлишкового осаду, щоб забезпечити стабільний вік осаду та запобігти-тривалому накопиченню осаду в системі.
III. Довгострокові-Рекомендації щодо профілактики та контролю
Встановіть механізм раннього попередження про утворення піни, регулярно контролюйте такі показники, як вік осаду, концентрації розчиненого кисню, азоту та фосфору, а також кількість ниткоподібних бактерій у резервуарі для біологічної обробки, щоб заздалегідь передбачити ризики утворення піни. Для пікових сезонів біологічного спінювання навесні та восени налаштуйте робочі параметри заздалегідь, відповідним чином скоротивши вік осаду та збільшивши вміст розчиненого кисню. Посилити моніторинг якості стокової води для оперативного виявлення впливу промислових стічних вод і вжиття екстрених заходів. Регулярно очищайте резервуари та трубопроводи, щоб зменшити накопичення поверхнево-активних речовин і ниткоподібних спор у донному мулі.