Systém biologického čistenia je základnou jednotkou čistiarne odpadových vôd a abnormálne penenie je jedným z najčastejších problémov počas prevádzky. Nadmerná pena nielenže znižuje účinnosť prevzdušňovania, vedie k stratám kalu a zhoršuje kvalitu odpadovej vody, ale tiež preteká do nádrže, koroduje zariadenie a vydáva zápach, ktorý ovplyvňuje okolité prostredie. Tvorba peny je v podstate výsledkom spojenia troch faktorov: "povrchovo aktívne látky vo vode + dostatočný zdroj vzduchu + stabilná bublinková štruktúra." Príčiny penenia sa v rôznych štádiách výrazne líšia, čo si vyžaduje cielené opatrenia.
I. Hlavné štádiá tvorby peny a základné príčiny v systémoch biologického čistenia
(I) Fáza predbežnej úpravy (prítoková zdvíhacia čerpacia stanica, výstup primárnej sedimentačnej nádrže)
Toto je fáza, keď sa v systéme prvýkrát objaví pena. Väčšinou ide o ne-biochemickú penu, ktorá sa vyznačuje tým, že je biela, sypká, ľahko sa láme a nemá zjavnú lepivosť.
Hlavnou príčinou je prítomnosť exogénnych povrchovo aktívnych látok v prítoku: Po prvé, v domácich odpadových vodách sú veľké množstvá syntetických povrchovo aktívnych látok, ako sú detergenty, sprchové gély a pracie kvapaliny. Tieto látky majú jeden hydrofilný koniec a jeden hydrofóbny koniec, čím sa výrazne znižuje povrchové napätie vody. Po druhé, sú to živočíšne a rastlinné oleje z odpadových vôd zo stravovacích zariadení a emulgátory a dispergátory z priemyselných odpadových vôd. Po tretie, existujú prírodné povrchovo aktívne látky, ako sú olejové škvrny, usadeniny výfukových plynov vozidiel a humínové látky nahromadené na povrchu prvotným odtokom dažďovej vody. Keď tieto látky vstupujú do systému s prítokom, za miešania obežného kolesa pomocného čerpadla a turbulentného prúdenia na vstupe do primárnej sedimentačnej nádrže, vzduch je nasávaný do vody, vytvárajúc veľké množstvo stabilných bublín, ktoré sa agregujú a vytvárajú penu. Ak sa priemyselná odpadová voda vypustí nárazovo, pena sa v krátkom čase rýchlo zvýši, dokonca pokryje celý povrch primárnej sedimentačnej nádrže.
(II) Prevzdušňovacia nádrž (aeróbna časť, oblasť s najkoncentrovanejšou a najodolnejšou penou)
Prevzdušňovacia nádrž je jadrom biochemickej reakcie a tiež najkomplexnejšou oblasťou pre problémy s penou. Obsahuje ne-biochemickú penu aj biologickú penu, pričom biologická pena sa spravuje najťažšie.
1. Ne-biochemická pena
Príčiny sú podobné ako v štádiu predúpravy, ale kontinuálne a hojné prevzdušňovanie zabezpečované prevzdušňovacím systémom má za následok väčší objem peny a dlhšie trvanie. Okrem povrchovo aktívnych látok prenášaných prítokom sú dva špecifické prispievajúce faktory: po prvé, nadmerná intenzita prevzdušňovania vedie k nadmerne malým a početným bublinám, ktoré sa ťažko dvíhajú a lámu; po druhé, náhle zvýšenie koncentrácie organickej hmoty v prítoku spôsobí, že medziprodukty mikrobiálneho metabolizmu (ako sú mastné kyseliny a polysacharidy) zvýšia povrchovú aktivitu vody, čím sa zhorší tvorba peny. Tento typ peny sa zvyčajne sám rozplynie po ustálení kvality pritekajúcej vody.
2. Biologická pena (ktorá predstavuje viac ako 70 % problémov s penou v nádržiach na biologické čistenie)
Je to spôsobené nadmerným množením špecifických vláknitých mikroorganizmov. Vyznačuje sa hnedasto-červenou, viskóznou, krémovou konzistenciou, ktorá sa ťažko láme a môže sa nahromadiť v hrúbke desiatok centimetrov, dokonca aj pretečením nádrže. Hlavnou príčinou je dominancia vláknitých baktérií (hlavne Nocardia, Microfilamenta a Sulfothermia) v konkurencii. Ich mycéliá siahajú od povrchu vločiek, prepletajú sa, aby vytvorili stabilnú kostru bublín, a pevne fixujú bubliny na mieste.
Kľúčové prevádzkové podmienky, ktoré spúšťajú nadmerné množenie vláknitých baktérií, zahŕňajú: 1) Príliš dlhý vek kalu: Vláknité baktérie, ako je Nocardia, majú generačný čas 5-7 dní, oveľa dlhšie ako bežné vločkotvorné- baktérie. Keď vek kalu presiahne 10 dní, vláknité baktérie sa hromadia vo veľkých množstvách. 2) Nedostatočná organická záťaž: Vláknité baktérie majú veľký špecifický povrch a môžu ľahšie získať potravu za nízkych-živín. 3) Vhodná teplota vody: 15-25 stupňov je optimálna reprodukčná teplota pre baktérie Nocardia a mikrofilamentózne baktérie; jar a jeseň sú preto vrcholnými obdobiami biologického penenia. 4) Nedostatok dusíkatých a fosforových živín: Keď je pomer uhlíka-k{13}}dusíku alebo pomer uhlíka-k{16}}fosforu príliš vysoký, rast vločkovotvorných{17}}baktérií je inhibovaný, zatiaľ čo pre baktérie dusíka a fosforu sa zníži spotreba dusíka a fosforu množiť sa. 5) Málo rozpusteného kyslíka: Vláknité baktérie, ako sú mikrovláknové baktérie, môžu prežiť v prostredí s nízkym obsahom kyslíka, zatiaľ čo vločkotvorné baktérie vyžadujú vyšší obsah rozpusteného kyslíka. 6) Nadmerné kolísanie pH: Kyslé alebo silne zásadité prostredie inhibuje rast vločiek a podporuje množenie vláknitých baktérií.
(III) Sekundárna usadzovacia nádrž
Pena v sekundárnej usadzovacej nádrži je väčšinou "sekundárna pena", pochádzajúca z troch hlavných zdrojov: Po prvé, pena vytvorená v prevzdušňovacej nádrži prúdi do sekundárnej usadzovacej nádrže so zmiešaným lúhom a hromadí sa na povrchu. Po druhé, denitrifikačná pena, jedinečný typ peny v sekundárnej usadzovacej nádrži, sa vyznačuje sivou farbou a jemnými časticami kalu, ktoré sa často vyskytujú v lete alebo počas denitrifikačných procesov. Keď kal na dne sekundárnej usadzovacej nádrže zostáva príliš dlho a rozpustený kyslík je nedostatočný, denitrifikačné baktérie redukujú dusičnany na plynný dusík. Drobné bublinky dusíkového plynu priľnú k vločkám kalu, čo spôsobí, že plávajú a tvoria penu. Po tretie, pena z hniloby kalu nastáva vtedy, keď kal nie je vypustený zo sekundárnej usadzovacej nádrže včas, čo vedie k anaeróbnemu rozkladu spodného kalu, pričom vznikajú plyny ako sírovodík a metán, ktoré vynášajú kal na povrch a vytvárajú čiernu penu sprevádzanú nepríjemným zápachom.
(IV) Systém vracania a prebytočného kalu
Pena v tomto štádiu je väčšinou "cirkulujúca pena" spôsobená: 1) vráteným kalom, ktorý prenáša penu vytvorenú v prevzdušňovacej nádrži späť do nádrže na biologické čistenie, čím sa vytvára začarovaný kruh; 2) Nedostatočné vypúšťanie prebytočného kalu, čo vedie k príliš dlhému veku kalu v systéme, čo ďalej zhoršuje množenie vláknitých baktérií; 3) Pena vytvorená v nádrži na zahusťovanie kalu a vyhnívacej nádrži prúdiaca späť do nádrže na biologické čistenie so supernatantom, pričom sa do nej vnášajú veľké množstvá povrchovo aktívnych látok a vláknitých spór.
II. Presné protiopatrenia pre rôzne typy peny
(I) Protiopatrenia pre ne-biochemickú penu
Jadrom je „kontrola zdroja + fyzikálna eliminácia“, čím sa minimalizuje použitie chemických odpeňovačov.
1. Kontrola zdroja: Posilniť dohľad nad prístupom k priemyselnej odpadovej vode, čo vyžaduje, aby vypúšťajúce podniky pred-upravovali odpadovú vodu obsahujúcu povrchovo aktívne látky a mastnotu; vybudovať počiatočné nádrže na zachytávanie dažďovej vody, aby sa zabránilo vstupu počiatočnej dažďovej vody priamo do systému biologického čistenia; pridajte odlučovače oleja a flotačné nádrže v štádiu predúpravy, aby ste odstránili väčšinu mastnoty a suspendovaných povrchovo aktívnych látok.
2. Fyzické odpeňovanie: Nainštalujte vysokotlakové trysky vody do oblasti vytvárania peny-, aby sa pena rozbila pomocou nárazovej sily prúdu vody; na okraje nádrže nainštalujte priehradky, aby ste zabránili pretečeniu peny; vhodne znížte intenzitu prevzdušňovania, aby sa znížilo množstvo vytváraných bublín, a zároveň zvýšte intenzitu miešania, aby sa podporilo splývanie a praskanie bublín.
3. Chemická pomoc: Ak je množstvo peny extrémne veľké, možno pridať malé množstvo organokremičitého odpeňovača. Je potrebné dbať na kontrolu dávkovania, aby sa predišlo nadmernému pridávaniu ovplyvňujúcemu mikrobiálnu aktivitu a na odpeňovače by sa nemalo dlho spoliehať.
(II) Protiopatrenia pre biologickú penu (jadrom je inhibovať dominantný rast vláknitých baktérií)
Biologická pena sa nedá odstrániť iba fyzikálnymi alebo chemickými metódami; je potrebné začať úpravou prevádzkových parametrov na zásadné zničenie životného prostredia vláknitých baktérií.
1. Optimalizácia prevádzkových parametrov (najzákladnejšie opatrenia) - Skráťte vek kalu: Ovládajte vek kalu na 5-8 dní zvýšením vypúšťania prebytočného kalu, aby ste eliminovali dlho{4}}generačné vláknité baktérie, ako je Nocardia;
- Zvýšte organické zaťaženie: Primerane znížte rýchlosť spätného toku a zvýšte koncentráciu organických látok v prítoku do nádrže na biologické čistenie, čo umožní baktériám tvoriacim vločky- získať výhodu v konkurencii živín;
- Úprava rozpusteného kyslíka: Zvýšte rozpustený kyslík na výstupe prevzdušňovacej nádrže na 2-3 mg/l, aby ste zabránili množeniu hypoxických vláknitých baktérií (ako sú mikrovlákna);
- Doplňte živiny dusíka a fosforu: Ak je prívod dusíka a fosforu nedostatočný, pridajte močovinu a dihydrogenfosforečnan draselný v pomere uhlík-dusík-fosfor 100:5:1, aby ste splnili požiadavky na rast vločkovotvorných-baktérií.
2. Opatrenia na fyzikálne vylepšenie - Zber prepadu: Na koniec prevzdušňovacej nádrže nainštalujte prepadový žľab na penu, aby ste zo systému oddelili povrchovú biologickú penu na samostatné spracovanie, čím sa zabráni spätnému toku.
- Pridanie nosiča: Pridajte nosiče, ako je aktívne uhlie, zeolit a polyuretánová pena do nádrže na biologické čistenie, aby ste zvýšili hustotu vločiek a poskytli miesta na prichytenie baktérií vo vločkách, čím sa zabráni pozastavenému rastu vláknitých baktérií.
3. Chemické núdzové opatrenia
Ak je biologická pena extrémne silná, môže sa na krátku dobu pridať nízka koncentrácia oxidantu, ako je chlórnan sodný (5-10 mg/l) alebo peroxid vodíka (10-20 mg/l). Oxidanty selektívne ničia vláknité hýfy vystupujúce z vločiek, pričom majú menší vplyv na baktérie vo vnútri vločiek. Prísne kontrolujte dávkovanie a frekvenciu pridávania, aby ste predišli ovplyvneniu systému biologickej liečby.
4. Biologická regulácia
Pridajte vysoko účinné flokulanty na zvýšenie konkurenčnej schopnosti flokulantov; alebo naočkujte malé množstvo vyhnitého kalu, aby sa zaviedli prvoky a metazoá, ktoré sa môžu živiť vláknitými baktériami, čím sa inhibuje nadmerné množenie vláknitých baktérií v potravinovom reťazci.
(III) Manipulácia s penou v sekundárnej usadzovacej nádrži
Prijmite diferencované opatrenia založené na rôznych príčinách: V prípade peny zavedenej z prevzdušňovacej nádrže sa zamerajte na vyriešenie problému s penou v prevzdušňovacej nádrži a nainštalujte zariadenia na rozprašovanie vody na povrch sekundárnej usadzovacej nádrže na odstránenie peny; v prípade denitrifikačnej peny zvýšiť vypúšťanie prebytočného kalu, skrátiť čas zdržania kalu v sekundárnej usadzovacej nádrži a zvýšiť pomer návratu zmiešaného lúhu na vrátenie dusičnanov do anoxickej zóny na denitrifikáciu; v prípade peny na hnilobu kalu okamžite vypustite kal, aby ste zabránili hromadeniu kalu na dne sekundárnej usadzovacej nádrže, a v prípade potreby vyprázdnite a vybagrujte sekundárnu usadzovaciu nádrž.
(IV) Reakcia na cirkulujúcu penu
Silne obmedzte cestu cirkulácie peny. Penu a supernatant generované systémom spätného toku kalu a zahusťovadlom zbierajte oddelene, ošetrite ich odpeňovačmi a sedimentujte pred ich vrátením do systému biologického čistenia. Súčasne optimalizujte systém vypúšťania prebytočného kalu, aby ste zabezpečili stabilný vek kalu a zabránili dlhodobému- hromadeniu kalu v systéme.
III. Dlhodobé-odporúčania na prevenciu a kontrolu
Vytvorte mechanizmus včasného varovania pred penou, pravidelne monitorujte ukazovatele, ako je vek kalu, koncentrácie rozpusteného kyslíka, dusíka a fosforu a množstvo vláknitých baktérií v nádrži na biologické čistenie, aby ste vopred predpovedali riziká vzniku peny. Pre vrcholné sezóny biologického penenia na jar a na jeseň vopred upraviť prevádzkové parametre, primerane skrátiť vek kalu a zvýšiť rozpustený kyslík. Posilnite monitorovanie kvality prítokovej vody, aby ste mohli rýchlo odhaliť vplyvy priemyselných odpadových vôd a prijať núdzové opatrenia. Nádrže a potrubia pravidelne bagrujte, aby ste znížili hromadenie povrchovo aktívnych látok a vláknitých spór v spodnom kalu.
