Jak kontrolować pianę biologiczną

W zbiornikach napowietrzających lub osadnikach wtórnych może pojawić się duża liczba mikroorganizmów nitkowatych, które powodują unoszenie się piany i gromadzenie się na powierzchni wody. Może to prowadzić do zwiększonego stężenia materii organicznej i zawiesin w ściekach, generowania nieprzyjemnych zapachów lub szkodliwych gazów, zmniejszania wydajności przenoszenia tlenu w systemach napowietrzania mechanicznego i powodowania nadmiernej piany powierzchniowej podczas późniejszej fermentacji osadu.

Próbując kontrolować pianę biologiczną, należy jednak unikać masowego stosowania chemicznych środków przeciwpieniących.

Kiedy gaz wprowadza się do cieczy, ciecz rozszerza się i otacza gaz, tworząc pianę.

Tworzenie się i stabilność piany wymaga trzech podstawowych warunków: pęcherzyków powietrza, środków powierzchniowo czynnych i cząstek hydrofobowych.

Pęcherzyki powietrza powstają głównie podczas napowietrzania tlenowego.

Środki powierzchniowo czynne pochodzą z dopływu i są również syntetyzowane przez mikroorganizmy w osadzie czynnym.

Cząsteczki hydrofobowe w zbiorniku biologicznym pochodzą od mikroorganizmów o hydrofobowych powierzchniach komórkowych obecnych w osadzie czynnym.

Najprostszą metodą jest symulacja standardowych szybkości napowietrzania w cylindrze miarowym zawierającym określoną objętość osadu czynnego, a następnie klasyfikacja piany na podstawie jej objętości i stabilności w czasie.

Można również zastosować flotację wielokrotną, mierząc stosunek masy zawiesiny przed i po napowietrzaniu.

Obie metody zapewniają szybkie wyniki, ale mogą nie odzwierciedlać dokładnie rzeczywistych warunków w zbiorniku napowietrzającym.

Badania hydrofobowości powierzchni komórek polegają na rozmieszczeniu mikroorganizmów pomiędzy fazą wodną i hydrofobową w mieszanym roztworze. Zdolność do pienienia określa się poprzez pomiar absorbancji fazy wodnej przed i po obróbce. Metoda ta sprawdza się dobrze w przypadku czystych kultur, ale łatwo na nią wpływają złożone substancje obecne w prawdziwych ściekach.

Metoda napięcia powierzchniowego wykorzystuje fakt, że bakterie-powodujące powstawanie piany zmniejszają napięcie powierzchniowe roztworu. Metodę tę można zastosować zarówno do rzeczywistego zmieszanego ługu osadowego, jak i czystych kultur, ale na wyniki wpływa również skład ścieków.

Wskaźnik piany-ocenia właściwości piany biologicznej na podstawie siedmiu parametrów: koloru piany, wielkości pęcherzyków, stabilności, obszaru pokrycia, obecności bakterii nitkowatych, potencjału pienienia i całkowitej zawartości zawiesin. Każdemu parametrowi przypisuje się różne wagi przy użyciu analizy ścieżki i modelowania równań strukturalnych w celu obliczenia końcowego indeksu.

Wskaźnik piany-wykazuje silną korelację liniową z intensywnością piany biologicznej.

1. Nokardioidalne bakterie nitkowate

Przez długi czas za główną przyczynę piany biologicznej uważano bakterie nitkowate Nocardioid. Stwierdzono również, że inne Gram-dodatnie bakterie nitkowate również przyczyniają się do poważnego pęcznienia osadu i gromadzenia się piany.

„Nokardioid” odnosi się do bakterii nitkowatych, które pod mikroskopem wyglądają-podobnie do promieniowców. Są to bakterie heterotroficzne, tlenowe, Gram-dodatnie z prawdziwym rozgałęzieniem.

Długość włókna: typowo 5,0–30 µm

Szerokość: około 1,0 µm

Komórki: o nieregularnym kształcie, bez osłonki

Wzrost: wzrost przyczepiony,-nieruchliwy

Bakterie te mają dużą zdolność do przechowywania składników odżywczych, co pozwala im przetrwać i gromadzić się w środowiskach piankowych-o ograniczonej zawartości składników odżywczych.

Mogą wykorzystywać szeroką gamę źródeł węgla, azotu i fosforu, co zapewnia im przewagę konkurencyjną-zwłaszcza w ściekach zawierających duże ilości substratów hydrofobowych.

2. Bakterie mikrofilamentowe

Bakterie te otaczają wnętrze i powierzchnię kłaczków osadu czynnego.

Szerokość: 0,6–0,8 μm

Długość: 50–200 µm

Nie zawierają widocznych pojedynczych komórek we włóknach i nie mają osłonki licowej. Włókna są nierozgałęzione i-nieruchliwe.

Bakterie te są wrażliwe na wysokie stężenia tlenu i najlepiej rozwijają się w warunkach mikrotlenowych.

1. Temperatura

Pienienie często wykazuje zmienność sezonową, a kluczowym czynnikiem wpływającym jest temperatura. Chociaż temperatura może nie powodować bezpośrednio pienienia, wpływa ona na inne zmienne, takie jak rozpuszczalność w tlenie i rozpuszczalność w tłuszczach w wodzie.

2. Wiek osadu

Bakterie wywołujące pianę-to wolno-rosnące mikroorganizmy o długich cyklach życiowych. Wydłużony wiek osadów sprzyja ich wzrostowi.

W oczyszczalniach ścieków o niskim-obciążeniu i długich czasach retencji hydraulicznej rozbudowane systemy napowietrzania są bardziej podatne na pienienie. Po utworzeniu się piany czas jej retencji staje się niezależny od czasu retencji osadu w zbiorniku napowietrzającym, co skutkuje trwałą i stabilną pianą.

3. pH

Ścieki komunalne mają zazwyczaj pH pomiędzy 6,0 a 8,0. Obniżenie pH do 5,0–5,6 może pomóc w ograniczeniu tworzenia się piany.

Bakterie nokardioidalne: optymalne pH ≈ 6,5

Bakterie mikrofilamentowe: optymalne pH 7,1–8,0

To wyjaśnia, dlaczego systemy napowietrzania czystym tlenem są bardziej podatne na pienienie niż systemy napowietrzania powietrzem. Średnie pH w napowietrzaniu powietrza wynosi około 7,0, natomiast w instalacjach czystych tlenu jest bliższe 6,5.

4. Rozpuszczony tlen (DO)

Bakterie nokardioidalne są ściśle tlenowe i nie mogą rosnąć w warunkach beztlenowych ani beztlenowych.

Bakterie mikrofilamentowe tolerują szerszy zakres poziomów tlenu, ale najlepiej rosną w warunkach niskiego-tlenu (mikroaerobowego).

Niski poziom DO: sprzyja wzrostowi bakterii mikrowłókienkowych

High DO (>6 mg/L): hamuje rozwój bakterii mikrowłókienkowych

1. Metody fizykochemiczne

Metody fizyczne:

Zraszanie wodą: proste, ale nieskuteczne-na dłuższą metę, ponieważ rozproszona piana pozostaje w systemie

Usuwanie ręczne lub mechaniczne: zwiększa koszty operacyjne i stwarza wyzwania związane z utylizacją

Metody chemiczne:

Utleniacze/środki dezynfekujące: chlor, kwas podchlorawy, nadtlenek wodoru, ozon, czwartorzędowe sole amoniowe

Koagulanty: poliakryloamid, chlorek poliglinu, chlorek żelaza, chlorek żelaza

Metody te przynoszą jedynie chwilową ulgę, ponieważ nie eliminują pierwotnych przyczyn. Środki dezynfekcyjne mogą również uszkodzić system osadu czynnego, zabijając pożyteczne mikroorganizmy.

Nie zaleca się masowego stosowania środków przeciwpieniących, ponieważ są one skuteczne głównie w przypadku pianek chemicznych, a nie bardziej stabilnych pianek biologicznych.

2. Kontrolowanie wieku osadów

Skrócenie czasu retencji osadu (SRT) jest najskuteczniejszą metodą kontrolowania piany biologicznej.

Podejście to działa jak mechanizm selekcji biologicznej, wykorzystujący dłuższy cykl wzrostu piany,-powodujący, że mikroorganizmy tłumią je lub eliminują z systemu.

3. Technologia selektora

Zainstalowanie selektora (beztlenowego, beztlenowego lub tlenowego) przed zbiornikiem napowietrzającym może skutecznie kontrolować bakterie nitkowate.

Selektor to strefa mieszania, w której osad zwrotny wchodzi w interakcję z dopływającymi ściekami przed wejściem do zbiornika napowietrzającego. Sprzyja szybkiemu pobieraniu łatwo biodegradowalnej materii organicznej.

Funkcje selektorów:

Promuj bakterie-tworzące kłaczki

Hamują rozwój bakterii nitkowatych

Zmniejsza pęcznienie osadu i pianę biologiczną

Kontroluj rozmieszczenie populacji drobnoustrojów

Selektory można podzielić na:

Aerobik

Beztlenowy

Beztlenowy