System oczyszczania biologicznego jest podstawową jednostką oczyszczalni ścieków, a nadmierne pienienie jest jednym z najczęstszych problemów podczas pracy. Nadmierna piana nie tylko zmniejsza skuteczność napowietrzania, prowadzi do utraty osadu i pogarsza jakość ścieków, ale także przedostaje się do zbiornika, powodując korozję sprzętu i wydzielając zapachy, które wpływają na otaczające środowisko. Tworzenie się piany jest zasadniczo wynikiem połączenia trzech czynników: „substancji powierzchniowo czynnych w wodzie + wystarczającego źródła powietrza + stabilnej struktury pęcherzyków”. Przyczyny pienienia różnią się znacznie na różnych etapach i wymagają ukierunkowanych działań.
I. Główne etapy wytwarzania piany i przyczyny leżące u ich podstaw w biologicznych systemach oczyszczania
(I) Etap oczyszczania wstępnego (stacja pomp podnoszących dopływ, wylot głównego zbiornika sedymentacyjnego)
Jest to etap, w którym w układzie pojawia się pierwsza piana. Jest to przeważnie pianka nie-biochemiczna, charakteryzująca się białą, sypką, łatwo pękającą i pozbawioną widocznej lepkości.
Główną przyczyną jest obecność egzogennych środków powierzchniowo czynnych we ściekach: Po pierwsze, w ściekach domowych znajdują się duże ilości syntetycznych środków powierzchniowo czynnych, takich jak detergenty, żele pod prysznic i płyny do prania. Substancje te posiadają jeden koniec hydrofilowy i jeden koniec hydrofobowy, co znacznie zmniejsza napięcie powierzchniowe wody. Po drugie, istnieją oleje zwierzęce i roślinne ze ścieków gastronomicznych oraz emulgatory i dyspergatory ze ścieków przemysłowych. Po trzecie, istnieją naturalne środki powierzchniowo czynne, takie jak plamy oleju, osady ze spalin samochodowych i substancje humusowe gromadzące się na powierzchni podczas początkowego spływu wody deszczowej. Gdy substancje te dostają się do układu wraz z dopływem, pod wpływem mieszania wirnika pompy wspomagającej i turbulentnego przepływu na wlocie osadnika pierwotnego, powietrze jest zasysane do wody, tworząc dużą liczbę stabilnych pęcherzyków, które agregują, tworząc pianę. W przypadku gwałtownego odprowadzania ścieków przemysłowych, w krótkim czasie nastąpi gwałtowny wzrost piany, pokrywając nawet całą powierzchnię osadnika wstępnego.
(II) Zbiornik napowietrzający (sekcja aerobowa, obszar o najbardziej skoncentrowanej i uporczywej pianie)
Zbiornik napowietrzający jest rdzeniem reakcji biochemicznej, a także najbardziej złożonym obszarem problemów z pianą. Zawiera zarówno piankę nie-biochemiczną, jak i piankę biologiczną, przy czym pianka biologiczna jest najtrudniejsza w zarządzaniu.
1. Pianka nie-biochemiczna
Przyczyny są podobne jak na etapie obróbki wstępnej, ale ciągłe i obfite napowietrzanie zapewniane przez system napowietrzania powoduje większą objętość piany i dłuższy czas jej trwania. Oprócz środków powierzchniowo czynnych przenoszonych przez dopływ, istnieją dwa szczególne czynniki: po pierwsze, nadmierna intensywność napowietrzania prowadzi do powstawania zbyt małych i licznych pęcherzyków, które trudno unosić się i pękać; po drugie, nagły wzrost stężenia materii organicznej w dopływie powoduje, że pośrednie produkty metabolizmu drobnoustrojów (takie jak kwasy tłuszczowe i polisacharydy) zwiększają aktywność powierzchniową wody, nasilając tworzenie się piany. Ten rodzaj piany zwykle zanika samoistnie po ustabilizowaniu się jakości wpływającej wody.
2. Piana biologiczna (odpowiada za ponad 70% problemów z pianą w zbiornikach oczyszczania biologicznego)
Jest to spowodowane nadmierną proliferacją specyficznych mikroorganizmów nitkowatych. Charakteryzuje się brązowawą-czerwoną, lepką, kremową konsystencją, która jest trudna do rozbicia i może gromadzić się do grubości kilkudziesięciu centymetrów, a nawet przelewać się przez zbiornik. Podstawową przyczyną jest dominacja bakterii nitkowatych (głównie Nocardia, Microfilamenta i Sulfotermia) w konkurencji. Ich grzybnie wystają z powierzchni kłaczków, przeplatają się, tworząc stabilny szkielet pęcherzyków i mocno mocują pęcherzyki na miejscu.
Kluczowe warunki działania, które powodują nadmierną proliferację bakterii nitkowatych, obejmują: 1) Zbyt długi wiek osadu: Czas generacji bakterii nitkowatych, takich jak Nocardia, wynosi 5-7 dni, czyli znacznie dłużej niż zwykłe bakterie tworzące kłaczki. Kiedy wiek osadu przekracza 10 dni, bakterie nitkowate gromadzą się w dużych ilościach. 2) Niewystarczający ładunek organiczny: bakterie nitkowate mają dużą powierzchnię właściwą i mogą łatwiej zdobywać pożywienie w-warunkach o niskiej zawartości składników odżywczych. 3) Odpowiednia temperatura wody: 15-25 stopni to optymalna temperatura rozmnażania się Nocardia i bakterii mikrofilamentowych; dlatego wiosna i jesień to okresy szczytowego spieniania biologicznego. 4) Niewystarczająca ilość składników odżywczych azotu i fosforu: gdy stosunek węgla-do{{13}azotu lub stosunek węgla-do-fosforu jest zbyt wysoki, rozwój bakterii kłaczkowatych-jest hamowany, podczas gdy bakterie nitkowate mają mniejsze zapotrzebowanie na azot i fosfor i wykorzystują to do proliferate. 5) Niska zawartość rozpuszczonego tlenu: bakterie nitkowate, takie jak bakterie mikrofilamentowe, mogą przetrwać w środowiskach o niskiej zawartości tlenu, podczas gdy bakterie tworzące kłaczki wymagają większej ilości rozpuszczonego tlenu. 6) Nadmierne wahania pH: środowiska kwaśne lub silnie zasadowe hamują wzrost kłaczków i sprzyjają proliferacji bakterii nitkowatych.
(III) Osadnik wtórny
Piana w osadniku wtórnym to w większości „piana wtórna” pochodząca z trzech głównych źródeł: Po pierwsze, piana powstająca w osadniku wtórnym wpływa do osadnika wtórnego wraz z zmieszaną cieczą i gromadzi się na powierzchni. Po drugie, pianka denitryfikacyjna, unikalny rodzaj piany w osadniku wtórnym, charakteryzuje się szarym kolorem i drobnymi cząsteczkami osadu, często występującymi latem lub podczas procesów denitryfikacji. Kiedy osad na dnie osadnika wtórnego pozostaje zbyt długo, a rozpuszczony tlen jest niewystarczający, bakterie denitryfikacyjne redukują azotany do gazowego azotu. Drobne pęcherzyki azotu przylegają do kłaczków osadu, powodując ich unoszenie się i tworzenie piany. Po trzecie, piana gnilna osadu występuje, gdy osad nie jest odprowadzany z osadnika wtórnego w odpowiednim czasie, co prowadzi do beztlenowego rozkładu osadu dennego i wytwarzania gazów, takich jak siarkowodór i metan, które wynoszą osad na powierzchnię, tworząc czarną pianę, której towarzyszy nieprzyjemny zapach.
(IV) System powrotu osadu i osadu nadmiernego
Piana na tym etapie to głównie „piana krążąca” spowodowana: 1) Zawrócony osad przenoszący pianę wytworzoną w zbiorniku napowietrzającym z powrotem do zbiornika oczyszczania biologicznego, tworząc błędne koło; 2) Niewystarczający zrzut osadu nadmiernego, prowadzący do zbyt długiego starzenia się osadu w systemie, co dodatkowo nasila namnażanie się bakterii nitkowatych; 3) Piana powstająca w zbiorniku zagęszczania osadu i komorze fermentacyjnej spływa z powrotem do zbiornika oczyszczania biologicznego wraz z supernatantem, wprowadzając duże ilości środków powierzchniowo czynnych i zarodników nitkowatych.
II. Precyzyjne środki zaradcze dla różnych rodzajów pianek
(I) Środki zaradcze dla pianki nie-biochemicznej
Podstawą jest „kontrola źródła + eliminacja fizyczna”, minimalizująca użycie chemicznych środków przeciwpieniących.
1. Kontrola źródła: Wzmocnienie nadzoru nad dostępem do ścieków przemysłowych, nakładając na przedsiębiorstwa odprowadzające obowiązek-wstępnego oczyszczania ścieków zawierających środki powierzchniowo czynne i tłuszcze; zbudować wstępne zbiorniki przechwytujące wodę deszczową, aby zapobiec bezpośredniemu przedostawaniu się początkowej wody deszczowej do systemu biologicznego oczyszczania; dodać separatory oleju i zbiorniki flotacyjne na etapie obróbki wstępnej, aby usunąć większość tłuszczu i zawieszonych środków powierzchniowo czynnych.
2. Fizyczne odpienianie: zainstaluj-strumienie wody pod wysokim ciśnieniem w obszarze wytwarzania piany-, aby rozbić pianę za pomocą siły uderzenia strumienia wody; zamontować przegrody na krawędziach zbiornika zapobiegające przelewaniu się piany; odpowiednio zmniejszyć intensywność napowietrzania, aby zmniejszyć ilość wytwarzanych pęcherzyków, zwiększając jednocześnie intensywność mieszania, aby sprzyjać łączeniu się i pękaniu pęcherzyków.
3. Pomoc chemiczna: Jeśli ilość piany jest bardzo duża, można dodać niewielką ilość krzemoorganicznego środka przeciwpieniącego. Należy zachować ostrożność, aby kontrolować dawkowanie, aby uniknąć nadmiernego dodawania wpływającego na aktywność drobnoustrojów, a na środkach przeciwpieniących nie należy polegać przez dłuższy czas.
(II) Środki zaradcze dla pianki biologicznej (rdzeń ma hamować dominujący wzrost bakterii nitkowatych)
Pianki biologicznej nie można wyeliminować wyłącznie metodami fizycznymi lub chemicznymi; należy zacząć od dostosowania parametrów pracy, aby zasadniczo zniszczyć środowisko życia bakterii nitkowatych.
1. Optymalizacja parametrów operacyjnych (najbardziej podstawowe środki) - Skrócenie wieku osadu: Kontroluj wiek osadu do 5-8 dni poprzez zwiększenie usuwania osadu nadmiernego w celu wyeliminowania bakterii nitkowatych o długim-czasie generowania, takich jak Nocardia;
- Zwiększ ładunek organiczny: odpowiednio zmniejsz natężenie przepływu powrotnego i zwiększ stężenie materii organicznej na dopływie do zbiornika oczyszczania biologicznego, dzięki czemu bakterie-tworzące kłaczki zyskają przewagę w konkurencji w zakresie składników odżywczych;
- Dostosuj rozpuszczony tlen: zwiększ ilość rozpuszczonego tlenu na wylocie zbiornika napowietrzającego do 2-3 mg/l, aby zahamować proliferację niedotlenionych bakterii nitkowatych (takich jak mikrofilamenty);
- Uzupełnij składniki odżywcze azotem i fosforem: Jeśli dopływający azot i fosfor jest niewystarczający, dodaj mocznik i diwodorofosforan potasu w stosunku węgla-azotu-fosforu wynoszącym 100:5:1, aby spełnić wymagania wzrostu bakterii tworzących kłaczki.
2. Środki poprawy fizycznej - Odpienianie przelewowe: Zainstalować rynnę przelewową piany na końcu zbiornika napowietrzającego, aby oczyścić powierzchnię piany biologicznej z systemu w celu oddzielnego oczyszczenia, zapobiegając cofaniu się.
- Dodatek nośnika: dodaj nośniki, takie jak węgiel aktywny, zeolit i pianka poliuretanowa, do zbiornika oczyszczania biologicznego, aby zwiększyć gęstość kłaczków i zapewnić miejsca przyłączania bakterii w kłaczkach, hamując zawieszony wzrost bakterii nitkowatych.
3. Chemiczne środki awaryjne
Jeżeli piana biologiczna jest wyjątkowo silna, można na krótki czas dodać utleniacza w niskim stężeniu, np. podchlorynu sodu (5-10 mg/L) lub nadtlenku wodoru (10-20 mg/L). Utleniacze selektywnie niszczą strzępki nitkowate wystające z kłaczków, mając jednocześnie mniejszy wpływ na bakterie wewnątrz kłaczków. Ściśle kontroluj dawkowanie i częstotliwość dodawania, aby uniknąć wpływu na system oczyszczania biologicznego.
4. Regulacja biologiczna
Dodaj wysoce wydajne środki flokulujące, aby zwiększyć konkurencyjność flokulantów; lub zaszczepić niewielką ilość przefermentowanego osadu, aby wprowadzić pierwotniaki i metazoa, które mogą żerować na bakteriach nitkowatych, hamując nadmierną proliferację bakterii nitkowatych w łańcuchu pokarmowym.
(III) Postępowanie z pianą w osadniku wtórnym
Podejmij zróżnicowane środki w oparciu o różne przyczyny: W przypadku piany wprowadzonej ze zbiornika napowietrzającego skoncentruj się na rozwiązaniu problemu piany w zbiorniku napowietrzającym i zainstaluj urządzenia zraszające wodę na powierzchni osadnika wtórnego, aby wyeliminować pianę; w przypadku pianki denitryfikacyjnej zwiększyć zrzut osadu nadmiernego, skrócić czas retencji osadu w osadniku wtórnym i zwiększyć współczynnik powrotu zmieszanej cieczy, aby zawrócić azotany do strefy beztlenowej w celu denitryfikacji; w przypadku piany gnilnej osadu należy niezwłocznie wypuścić osad, aby uniknąć gromadzenia się osadu na dnie osadnika wtórnego, a w razie potrzeby opróżnić i pogłębić osadnik wtórny.
(IV) Reakcja na krążącą pianę
Poważnie ograniczyć ścieżkę cyrkulacji piany. Zbierać oddzielnie pianę i supernatant powstający w systemie powrotu osadu oraz zagęszczacz, poddać je działaniu środków przeciwpieniących i sedymentacyjnych przed ponownym wprowadzeniem do systemu oczyszczania biologicznego. Jednocześnie zoptymalizuj system odprowadzania osadu nadmiernego, aby zapewnić stabilny wiek osadu i zapobiec-długoterminowemu gromadzeniu się osadu w systemie.
III. Długoterminowe-zalecenia dotyczące zapobiegania i kontroli
Ustanowienie mechanizmu wczesnego ostrzegania dotyczącego piany, regularne monitorowanie wskaźników, takich jak wiek osadu, stężenie rozpuszczonego tlenu, azotu i fosforu oraz liczebność bakterii nitkowatych w zbiorniku oczyszczania biologicznego, aby z wyprzedzeniem przewidzieć ryzyko powstania piany. W szczytowych okresach spieniania biologicznego, przypadających na wiosnę i jesień, należy wcześniej dostosować parametry pracy, odpowiednio skracając wiek osadu i zwiększając ilość rozpuszczonego tlenu. Wzmocnienie monitorowania jakości wody dopływającej, aby szybko wykrywać wpływ ścieków przemysłowych i podejmować środki nadzwyczajne. Regularnie pogłębiaj zbiorniki i rurociągi, aby zmniejszyć gromadzenie się środków powierzchniowo czynnych i zarodników nitkowatych w osadzie dennym.
