為什么會(huì)出現(xiàn)生物泡沫？
當(dāng)氣體被引入液體中，液體膨脹并包圍氣體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生泡沫。
其形成和穩(wěn)定需要有3點(diǎn)必要條件：氣泡、表面活性物質(zhì)、疏水性顆粒。
氣泡主要由好氧曝氣產(chǎn)生，表面活性劑來(lái)源于進(jìn)水以及活性污泥中微生物的合成，而生物池中的疏水顆粒則來(lái)自活性污泥中具有疏水性細(xì)胞表面的微生物。
1、最簡(jiǎn)單的判斷生物泡沫生成潛勢(shì)和穩(wěn)定能力的是對(duì)一定體積量筒內(nèi)的活性污泥進(jìn)行模擬標(biāo)準(zhǔn)速率的曝氣，通過(guò)泡沫的體積以及穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行分級(jí)。
2、反復(fù)浮選，通過(guò)測(cè)定曝氣后和曝氣前懸浮固體質(zhì)量的比例進(jìn)行分級(jí)。
這兩種方法能在短時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果，但是往往并不能代表曝氣池的實(shí)際狀態(tài)。
3、細(xì)胞表面疏水性實(shí)驗(yàn)，將混合溶液中的微生物在水相和疏水相進(jìn)行分配，通過(guò)對(duì)處理前后水相吸光度的測(cè)定，判斷活性污泥的發(fā)泡能力。這種方法在實(shí)驗(yàn)室純菌的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中效果較好，實(shí)際活性污泥樣品很容易受到污水中復(fù)雜物質(zhì)的影響。
4、表面張力法則是利用導(dǎo)致生物泡沫的細(xì)菌使溶液表面張力下降的特性，可以同時(shí)在實(shí)際污泥混合液和純培養(yǎng)溶液中應(yīng)用。
遺憾的是，
這兩種方法都易受到污水中復(fù)雜物質(zhì)的影響。
5、通過(guò)對(duì)泡沫樣本進(jìn)行革蘭氏、奈瑟染色等不同染色方法，在相差顯微鏡下記錄計(jì)數(shù)網(wǎng)格內(nèi)的菌絲數(shù)目或者通過(guò)靶向rRNA的特異性熒光探針標(biāo)記鑒定泡沫中的絲狀細(xì)菌類(lèi)型 和數(shù)量是目前最流行的方法，可以較好地還原實(shí)際污泥和模擬菌液中的微生物狀態(tài)。
這類(lèi)方法需要嫻熟的技術(shù)以及完備的實(shí)驗(yàn)室支持，同時(shí)需要一定的時(shí)間才能得到準(zhǔn)確結(jié)果。
6、通過(guò)泡沫浮渣指數(shù)來(lái)評(píng)估活性污泥生物泡沫的特性，包括泡沫顏色、氣泡大小、穩(wěn)定性、覆蓋面積、絲狀細(xì)菌、起泡潛勢(shì)以及總懸浮固體含量等7個(gè)維度，通過(guò)路徑分析和結(jié)構(gòu)方程模型賦予不同維度特征以不同的權(quán)重，得到最終的泡沫浮渣指數(shù)。
泡沫浮渣指數(shù)與生物泡沫嚴(yán)重程度有較好的線性相關(guān)關(guān)系。
生物泡沫與正常的活性污泥相比具有非常黏膩的外觀，其中富集了大量絲狀微生物。
雖然從市政污水廠中識(shí)別到的不同類(lèi)型絲狀細(xì)菌多達(dá)30多種，但
只有2種絲狀細(xì)菌類(lèi)型可以造成生物泡沫
，分別是諾卡氏型絲狀細(xì)菌、微絲菌。
1、諾卡氏型絲狀細(xì)菌
過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，諾卡氏型絲狀細(xì)菌被認(rèn)為 是造成生物泡沫現(xiàn)象的唯一絲狀細(xì)菌，然而一系列 研究表明，另外一種已被證明可以引起嚴(yán)重污泥膨脹的革蘭氏陽(yáng)性絲狀細(xì)菌也會(huì)在泡沫中選擇性富集。
諾卡氏型是對(duì)可以通過(guò)顯微鏡看到的具有放線狀外觀的絲狀細(xì)菌的習(xí)慣性稱(chēng)呼，是一類(lèi)異養(yǎng)好氧、具有明顯真分枝的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌。
其絲狀體在活性污泥絮體和外部液體中存在，常5.0~30um、寬1.0um，單個(gè)細(xì)胞的形狀不規(guī)則、缺少細(xì)胞外鞘和附著生長(zhǎng)、無(wú)運(yùn)動(dòng)性。
研究表明，
諾卡氏型絲狀細(xì)菌具有非常高的儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力
，這也是他們能夠在泡沫這種營(yíng)養(yǎng)限制環(huán)境中生存或者富集在泡沫中的主要原因。
諾卡氏型絲狀細(xì)菌可以利用多種形態(tài)的碳源、氮源和磷源。特別是當(dāng)污水中含有豐富的疏水性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更為明顯。
2、微絲菌
過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，諾卡氏型絲狀細(xì)菌被認(rèn)為是造成生物泡沫現(xiàn)象的唯一絲狀細(xì)菌，然而一系列研究表明，另外一種已被證明可以引起嚴(yán)重污泥膨脹的革蘭氏陽(yáng)性絲狀細(xì)菌也會(huì)在泡沫中選擇性富集。
微絲菌M.parvicella屬于放線菌門(mén)放線菌綱中一個(gè)分枝很長(zhǎng)、進(jìn)化較獨(dú)立的類(lèi)群。
呈不規(guī)則的卷曲狀，在活性污泥絮體內(nèi)部、表面環(huán)繞。其寬度在0.6~0.8um，長(zhǎng)度50~200um。
絲狀體內(nèi)部不能看到單個(gè)細(xì)胞，缺少細(xì)胞外鞘。絲狀體無(wú)分枝、無(wú)運(yùn)動(dòng)性。相關(guān)分析也表明，
其對(duì)高氧濃度脅迫敏感，更適合在微氧環(huán)境下生長(zhǎng)
1、溫度
泡沫問(wèn)題隨著季節(jié)變化而循環(huán)往復(fù)或輕重變換，溫度無(wú)疑是其中最重要的因素。有文獻(xiàn)表明，在水溫較高時(shí)，引起污泥發(fā)泡主要是Gordonia amarae，在水溫較低時(shí)，引起污泥發(fā)泡主要是M.parvicella。
其中，M.parvicella生長(zhǎng)的最佳溫度是12~15℃，十分貼合污水廠每年泡沫產(chǎn)生的水溫階段。
需要說(shuō)明的是，
發(fā)泡可能不受溫度主導(dǎo)，但卻由溫度的變化觸發(fā)
，因?yàn)闇囟葧?huì)同時(shí)影響氧氣、脂質(zhì)在水中的溶解度等其他因素。
2、污泥齡
引起生物泡沫的絲狀細(xì)菌是一類(lèi)生長(zhǎng)速率較慢、周期較長(zhǎng)的微生物
，延長(zhǎng)的污泥齡有利于微生物的生長(zhǎng)。
一些負(fù)荷低的污水處理廠，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)延時(shí)曝氣方式就易產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象，同時(shí)一旦泡沫形成，泡沫層的生物停留時(shí)間就完全獨(dú)立于曝氣池內(nèi)的污泥停留時(shí)間，從而形成持久而穩(wěn)定的泡沫。
有研究表明，當(dāng)污泥齡在9d以?xún)?nèi)時(shí)，泡沫問(wèn)題就不會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)然污泥齡與溫度有關(guān)，絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)速率隨溫度變化，因此
在不同季節(jié)形成生物泡沫的污泥齡閾值是不同的。
3、pH
一般來(lái)說(shuō)，市政污水的pH多穩(wěn)定在6.0–8.0范圍內(nèi)。而
將pH從7.0降到5.0~5.6時(shí)，可有效減少泡沫形成。
研究表明，pH在6.5時(shí)諾卡氏型絲狀細(xì)菌生長(zhǎng)最好。而對(duì)于微絲菌來(lái)說(shuō)，其生長(zhǎng)的pH范圍在7.1~8.0。
這就解釋了為什么用純氧曝氣的污水廠比用空氣曝氣的污水廠更容易產(chǎn)生生物泡沫，是因?yàn)榭諝馄貧獾奈勰嗷旌弦簆H均值為7.0，而純氧曝氣的污泥混合液pH均值為6.5。
4、溶解氧
諾卡氏型絲狀細(xì)菌是嚴(yán)格好氧細(xì)菌
。其在厭氧條件下 (無(wú)硝酸鹽、無(wú)氧氣)或缺氧條件下(含硝酸鹽、無(wú) 氧氣)不能生長(zhǎng)或者攝取乙酸鹽。而
微絲菌M.parvicella則可以在較廣的氧濃度范圍內(nèi)生長(zhǎng)，但是其最適生長(zhǎng)條件是微氧狀態(tài)
由此表明，在低溶氧狀態(tài)下微絲菌易在活性污泥微生物中具有代謝優(yōu)勢(shì)從而過(guò)度增殖，而高溶解氧濃度(>6 mg/L)對(duì)微絲菌是有害的，會(huì)抑制其生長(zhǎng)。
5、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
對(duì)于諾卡氏型絲狀細(xì)菌和微絲菌來(lái)說(shuō)，其碳源利用最大的特征是對(duì)疏水性底物例如油、酯等緩慢降解底物的吸收利用。
有研究證明，紅球菌和戈登氏菌容易吸附長(zhǎng)鏈烷烴和脂肪酸，當(dāng)這類(lèi)底物在污水中
處于高負(fù)荷水平時(shí)便會(huì)造成諾卡氏型絲狀細(xì)菌的迅速增殖，在低濃度負(fù)荷下則會(huì)造成微絲菌的增殖。
1、物理化學(xué)法
物理方法主要包括噴灑水及人工或機(jī)械清理。噴灑水是一種簡(jiǎn)單的物理方法，但是被水噴散的泡沫仍然存在于混合液中，所以不能根本消除泡沫現(xiàn)象。
通過(guò)人工或機(jī)械將泡沫打撈清除，會(huì)增加生產(chǎn)成本，后續(xù)如何處置這些生物泡沫仍是很大的難題。
化學(xué)方法主要包括投加氧化劑和消毒劑 (氯、次氯酸、過(guò)氧化氫、臭氧、季銨鹽等)或者混凝劑（聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、氯化亞鐵、氯化鐵等）。
這些化學(xué)方法雖然可以在一定程度上消除生物泡沫現(xiàn)象，但是由于其他導(dǎo)致生物泡沫發(fā)生的因素并沒(méi)有消除，這種效果只是暫時(shí)性的。同時(shí)，
利用消毒劑滅殺是無(wú)選擇性的，對(duì)這個(gè)活性污泥系統(tǒng)的破壞性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)生物泡沫的有效去除
值得一提的是，當(dāng)出現(xiàn)生物泡沫時(shí)，
胡亂投加消泡劑，不僅不會(huì)起到明顯效果，反而會(huì)造成運(yùn)營(yíng)成本的增加。
這是因?yàn)橄輨┲饕槍?duì)的是化學(xué)泡沫，而生物泡沫相較于化學(xué)泡沫更加穩(wěn)定，很難起到消除作用。
2、調(diào)控污泥齡
對(duì)于生物泡沫最有效的措施是降低污泥齡。
大量研究表明，
降低曝氣池的污泥停留時(shí)間，能有效控制活性污泥過(guò)程中的生物泡沫。
降低污泥停留時(shí)間，實(shí)質(zhì)上是種生物篩選策略，即利用發(fā)泡微生物平均世代時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，抑制發(fā)泡微生物在曝氣池中的過(guò)度增殖或?qū)⑵渑懦鋈ィ_(dá)到控制生物泡沫的目的。
有實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道, 在低溫下，污泥齡控制在小于8~10天，可以逐步抑制諾卡氏菌的生長(zhǎng)，但是在溫度升高以后，污泥齡要控制到3天才可以達(dá)到相應(yīng)的效果。
但降低泥齡也有許多不適用的方面: 當(dāng)曝氣池中需要有硝化作用發(fā)生時(shí)，則需要相對(duì)較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間，與采用此法是個(gè)矛盾。
另外，其他一些絲狀菌的生長(zhǎng)受泥齡變化的影響相對(duì)較小，如果生物泡沫主要由這些微生物引起，采用此法效果不大。
3、生態(tài)調(diào)控
活性污泥中的原核生物、真核生物、噬菌體等相互依存、相互競(jìng)爭(zhēng)，是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，物理化學(xué)調(diào)控往往不能達(dá)到運(yùn)營(yíng)管理人員的預(yù)期的效果，因此對(duì)活性污泥生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)及使用便顯得極為重要。
噬菌體能夠入侵并裂解他們的宿主，因此成為一個(gè)有力的生物工具。
在活性污泥中分離新的裂解泡沫中絲狀細(xì)菌的噬菌體成為一個(gè)非常熱門(mén)的研究方向。
但要注意的是，任何誘導(dǎo)絲狀細(xì)菌體內(nèi)溫和噬菌體進(jìn)入裂解周期的藥劑都可能同時(shí)誘導(dǎo)其他有益細(xì)菌體內(nèi)的溫和噬菌體。
4、選擇器技術(shù)
除了上述控制手段，生物泡沫控制技術(shù)還可與控制污泥膨脹等活性污泥異常運(yùn)行情況相結(jié)合, 綜合調(diào)節(jié)活性污泥運(yùn)行工藝。
在生物曝氣池的前端設(shè)置厭氧和好氧的選擇器, 可以抑制和淘汰某些絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)
, 從而降低污泥膨脹和生物泡沫的發(fā)生幾率。
選擇器是指一個(gè)混合池或通道，讓回流污泥進(jìn)入曝氣池前先流經(jīng)這里，具有較高的可快速生物降解有機(jī)物去除率，在選擇器中幾乎所有的易降解有機(jī)物都在這里去除。
生物選擇器根據(jù)其供氧條件通常有3種類(lèi)型：好氧、缺氧和厭氧。選擇器可以選擇性促進(jìn)形成污泥絮體的微生物生長(zhǎng)、抑制引起泡沫的絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)，或者將絲狀細(xì)菌選擇性富集到一定位置后清除，以控制它們?cè)谖勰?混合液中的種群數(shù)量。