Sistem biološkog tretmana je osnovna jedinica postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, a neuobičajeno pjenjenje je jedan od najčešćih problema tokom rada. Prekomjerna pjena ne samo da smanjuje efikasnost aeracije, dovodi do gubitka mulja i pogoršava kvalitet efluenta, već se i prelijeva u rezervoar, korodira opremu i emituje mirise koji utiču na okolinu. Stvaranje pjene je u suštini rezultat spajanja tri faktora: "površinsko aktivne tvari u vodi + dovoljan izvor zraka + stabilna struktura mehurića". Uzroci stvaranja pjene značajno se razlikuju u različitim fazama, što zahtijeva ciljane mjere.
I. Glavne faze stvaranja pjene i osnovni uzroci u sistemima biološkog tretmana
(I) Faza prethodnog tretmana (utočna pumpna stanica, izlaz primarne taložnice)
Ovo je faza u kojoj se pjena prvi put pojavljuje u sistemu. To je uglavnom ne-biohemijska pjena, koju karakteriše bijela, labava, lako lomljena i nema očiglednu ljepljivost.
Osnovni uzrok je prisustvo egzogenih tenzida u influentu: Prvo, postoje velike količine sintetičkih tenzida kao što su deterdženti, gelovi za tuširanje i tečnosti za pranje veša u kućnoj kanalizaciji. Ove supstance imaju jedan hidrofilni i jedan hidrofobni kraj, značajno smanjujući površinski napon vode. Drugo, tu su životinjska i biljna ulja iz ugostiteljskih otpadnih voda te emulgatori i disperzanti iz industrijskih otpadnih voda. Treće, tu su prirodni surfaktanti kao što su mrlje od ulja, naslage izduvnih gasova vozila i humusne supstance akumulirane na površini početnim oticanjem kišnice. Kada ove supstance sa dovodom uđu u sistem, uz mešanje rotora pumpe za povišenje pritiska i turbulentnog strujanja na ulazu u primarni taložnik, vazduh se uvlači u vodu, formirajući veliki broj stabilnih mehurića, koji se agregiraju i formiraju penu. Ako se industrijska otpadna voda ispušta naglo, pjena će se brzo povećati u kratkom vremenskom periodu, čak i prekriti cijelu površinu primarnog taložnika.
(II) Spremnik za prozračivanje (aerobna sekcija, najkoncentriranija i najtvrdokornija pjenasta oblast)
Aeracioni rezervoar je srž biohemijske reakcije i ujedno najsloženije područje za probleme sa penom. Sadrži i ne-biohemijsku pjenu i biološku pjenu, pri čemu je biološkom pjenom najteže upravljati.
1. Ne-biohemijska pjena
Uzroci su slični onima u fazi prethodnog tretmana, ali kontinuirana i obilna aeracija koju obezbjeđuje sistem za aeraciju rezultira većom zapreminom pjene i dužim trajanjem. Pored tenzida koje nosi influent, dva specifična faktora doprinosa su: prvo, preveliki intenzitet aeracije dovodi do pretjerano malih i brojnih mjehurića koji se teško podižu i razbijaju; drugo, naglo povećanje koncentracije organske materije u influentu uzrokuje međuproizvode mikrobnog metabolizma (kao što su masne kiseline i polisaharidi) da povećaju površinsku aktivnost vode, pogoršavajući stvaranje pjene. Ova vrsta pjene se obično sama raspršuje nakon što se stabilizira kvalitet vode koja dolazi.
2. Biološka pjena (koja predstavlja preko 70% problema s pjenom u rezervoarima za biološki tretman)
Ovo je uzrokovano prekomjernom proliferacijom specifičnih filamentoznih mikroorganizama. Odlikuje se smeđkasto-crvenom, viskoznom, kremastom konzistencijom koju je teško razbiti i može se akumulirati u debljini od desetine centimetara, čak i kada prelije rezervoar. Osnovni uzrok je dominacija filamentoznih bakterija (uglavnom Nocardia, Microfilamenta i Sulfothermia) u konkurenciji. Njihova micelija se proteže od površine floka, isprepliće se kako bi formirala stabilan skelet mehurića i čvrsto fiksira mehuriće na mestu.
Ključni radni uvjeti koji pokreću pretjeranu proliferaciju filamentoznih bakterija uključuju: 1) Prekomjerno dugo starenje mulja: Filamentne bakterije kao što je Nocardia imaju vrijeme generiranja od 5-7 dana, mnogo duže od običnih bakterija koje formiraju flokule-. Kada starost mulja prijeđe 10 dana, filamentne bakterije se akumuliraju u velikim količinama. 2) Nedovoljno organsko opterećenje: Filamentne bakterije imaju veliku specifičnu površinu i mogu lakše dobiti hranu pod niskim-uvjetima hranljivih sastojaka. 3) Pogodna temperatura vode: 15-25 stepeni je optimalna temperatura mikrofila za reprodukciju bez bakterija u automobilu; stoga su proljeće i jesen period vrhunca za biološko pjenjenje. 4) Nedovoljno nutrijenata dušika i fosfora: Kada je omjer ugljika-prema-azota ili omjer ugljika-prema-fosfora previsok, dok je rast bakterija u flokulama17}flokacijama{16} niža potražnja za dušikom i fosforom i iskoristit će to za proliferaciju. 5) Nizak otopljeni kisik: Filamentne bakterije kao što su mikrofilamentne bakterije mogu preživjeti u okruženjima sa niskim sadržajem kisika, dok bakterije koje stvaraju flokule zahtijevaju veći otopljeni kisik. 6) Prekomjerne fluktuacije pH-a ili jake fluktuacije pH-a i fluktuacije pH u okruženju proliferacija filamentoznih bakterija.
(III) Sekundarni taložnik
Pjena u sekundarnom taložniku je uglavnom "sekundarna pjena", koja potiče iz tri glavna izvora: Prvo, pjena stvorena u rezervoaru za aeraciju teče u sekundarni taložnik s miješanom tekućinom i akumulira se na površini. Drugo, pjena za denitrifikaciju, jedinstvena vrsta pjene u sekundarnom taložniku, odlikuje se sivom bojom i sitnim česticama mulja, koje se često javljaju ljeti ili tokom procesa denitrifikacije. Kada mulj na dnu sekundarnog taložnika ostane predugo, a otopljeni kisik je nedovoljan, denitrifikacijske bakterije reduciraju nitrate u plinoviti dušik. Sićušni mjehurići azotnog plina prianjaju za flokule mulja, uzrokujući njihovo plutanje i stvaranje pjene. Treće, pjena truljenja mulja nastaje kada se mulj ne ispušta iz sekundarnog taložnika na vrijeme, što dovodi do anaerobnog truljenja donjeg mulja, stvarajući plinove kao što su sumporovodik i metan, koji nose mulj na površinu, stvarajući crnu pjenu praćenu neugodnim mirisom.
(IV) Sistem povrata mulja i viška mulja
Pena u ovoj fazi je uglavnom „kružeća pena“, uzrokovana: 1) vraćenim muljem koji nosi penu stvorenu u rezervoaru za aeraciju nazad u rezervoar za biološki tretman, stvarajući začarani krug; 2) Nedovoljno ispuštanje viška mulja, što dovodi do preterano dugog starenja mulja u sistemu, što dodatno pogoršava proliferaciju filamentoznih bakterija; 3) Pjena koja se stvara u rezervoaru za zgušnjavanje mulja i rezervoaru za digestiju teče natrag u rezervoar za biološki tretman sa supernatantom, unoseći velike količine surfaktanata i filamentoznih spora.
II. Precizne protumjere za različite vrste pjene
(I) Protumjere za ne-biohemijsku pjenu
Suština je "kontrola izvora + fizička eliminacija", minimiziranje upotrebe hemijskih sredstava protiv pjene.
1. Kontrola izvora: Ojačati nadzor pristupa industrijskim otpadnim vodama, zahtijevajući od preduzeća za ispuštanje da pre-tretiraju otpadne vode koje sadrže površinski aktivne tvari i masti; izgraditi početne rezervoare za presretanje kišnice kako bi se spriječilo da početna kišnica direktno uđe u sistem biološkog tretmana; dodajte separatore ulja i flotacijske rezervoare u fazi predtretmana kako biste uklonili većinu masti i suspendiranih tenzida.
2. Fizičko uklanjanje pjene: Instalirajte vodene mlaznice pod visokim-pritiskom u područje stvaranja pjene-da razbijete pjenu koristeći udarnu silu protoka vode; postavite pregrade na rubovima rezervoara kako biste spriječili prelijevanje pjene; na odgovarajući način smanjite intenzitet aeracije kako biste smanjili količinu generiranih mjehurića, dok povećavate intenzitet miješanja kako biste podstakli spajanje i pucanje mjehurića.
3. Hemijska pomoć: Ako je količina pjene izuzetno velika, može se dodati mala količina organosilicijumskog sredstva protiv pjene. Mora se voditi računa o kontroli doze kako bi se izbjeglo prekomjerno dodavanje koje utječe na mikrobnu aktivnost, a na sredstva protiv pjene se ne treba oslanjati na duži period.
(II) Protumjere za biološku pjenu (suština je inhibiranje dominantnog rasta filamentoznih bakterija)
Biološka pjena se ne može eliminirati samo fizičkim ili kemijskim metodama; potrebno je započeti podešavanjem radnih parametara kako bi se suštinski uništila životna sredina filamentoznih bakterija.
1. Optimizacija operativnih parametara (najosnovnije mjere) - Skratite starost mulja: Kontrolišite starost mulja na 5-8 dana povećanjem ispuštanja viška mulja kako bi se eliminisale filamentne bakterije dugog-generacije kao što je Nocardia;
- Povećajte organsko opterećenje: Odgovarajuće smanjite povratni tok i povećajte koncentraciju organske materije u dotoku u rezervoar za biološki tretman, omogućavajući bakterijama koje-formiraju da steknu prednost u konkurenciji nutrijenata;
- Podesite rastvoreni kiseonik: Povećajte rastvoreni kiseonik na izlazu rezervoara za aeraciju na 2-3 mg/L da biste inhibirali proliferaciju hipoksičnih filamentoznih bakterija (kao što su mikrofilamenti);
- Dodatak azotnim i fosfornim nutrijentima: Ako ulazni azot i fosfor nisu dovoljni, dodajte ureu i kalijum dihidrogen fosfat u omjeru ugljika-azota-fosfora od 100:5:1 kako biste ispunili zahtjeve za rast{6} bakterija.
2. Mjere fizičkog poboljšanja - Skidanje preljeva: Instalirajte korito za prelijevanje pjene na kraju rezervoara za aeraciju kako biste skinuli površinsku biološku pjenu iz sistema za odvojeni tretman, sprječavajući povratni protok.
- Dodatak nosača: Dodajte nosače kao što su aktivni ugalj, zeolit i poliuretanska pjena u rezervoar za biološki tretman kako biste povećali gustinu flokula i osigurali mjesta vezivanja za bakterije u flokusima, inhibirajući suspendirani rast filamentoznih bakterija.
3. Hitne hemijske mjere
Ako je biološka pjena izuzetno jaka, može se dodati niska koncentracija oksidansa na kratko vrijeme, kao što je natrijum hipoklorit (5-10 mg/L) ili vodikov peroksid (10-20 mg/L). Oksidanti selektivno uništavaju filamentne hife koje se protežu iz flokula, dok imaju manji utjecaj na bakterije unutar flokula. Strogo kontrolišite dozu i učestalost dodavanja kako biste izbegli uticaj na sistem biološkog tretmana.
4. Biološka regulacija
Dodajte visoko efikasne flokulantne agense kako biste poboljšali konkurentsku sposobnost flokulanta; ili inokulirajte malu količinu probavljenog mulja kako biste uveli protozoe i metazoe koje mogu napasti nitaste bakterije, inhibirajući prekomjernu proliferaciju filamentoznih bakterija kroz lanac ishrane.
(III) Rukovanje penom u sekundarnom rezervoaru za taloženje
Poduzmite različite mjere na osnovu različitih uzroka: Za pjenu koja se unosi iz rezervoara za aeraciju, fokusirajte se na rješavanje problema s pjenom u rezervoaru za aeraciju i instalirajte uređaje za raspršivanje vode na površinu sekundarnog taložnika kako biste eliminisali pjenu; za penu za denitrifikaciju, povećati ispuštanje viška mulja, skratiti vrijeme zadržavanja mulja u sekundarnom taložniku i povećati omjer povrata miješane tekućine kako bi se nitrati vratili u anoksičnu zonu za denitrifikaciju; za pjenu za truljenje mulja, odmah ispraznite mulj kako bi se izbjeglo nakupljanje mulja na dnu sekundarnog taložnika, a po potrebi ispraznite i ispraznite sekundarni tank za taloženje.
(IV) Odgovor na cirkulirajuću pjenu
Strogo ograničite put cirkulacije pjene. Odvojeno prikupiti pjenu i supernatant koji nastaju u sistemu povrata mulja i zgušnjivaču, tretirati ih sredstvima protiv pjene i sedimentacijom prije vraćanja u sistem biološke obrade. Istovremeno, optimizirajte sistem za ispuštanje viška mulja kako biste osigurali stabilnu starost mulja i spriječili dugotrajno-akumulaciju mulja unutar sistema.
III. Dugoročne-Preporuke za prevenciju i kontrolu
Uspostavite mehanizam ranog upozoravanja na pjenu, redovno pratite indikatore kao što su starost mulja, koncentracije rastvorenog kiseonika, azota i fosfora i brojnost filamentnih bakterija u rezervoaru za biološki tretman kako biste unapred predvideli rizik od pene. Za vrhunske sezone biološkog pjenjenje u proljeće i jesen, unaprijed prilagodite radne parametre, na odgovarajući način skraćujući starost mulja i povećavajući otopljeni kisik. Ojačati praćenje kvaliteta vode na uticaju kako bi se blagovremeno otkrili uticaji industrijskih otpadnih voda i preduzele hitne mere. Redovno iskopajte rezervoare i cjevovode kako biste smanjili nakupljanje površinski aktivnih tvari i filamentoznih spora u donjem mulju.