В аеротенках або вторинних відстійниках можлива поява великої кількості ниткоподібних мікроорганізмів, через що піна спливає і накопичується на поверхні води. Це може призвести до підвищення концентрації органічних речовин і зважених твердих речовин у стічних водах, створювати неприємні запахи або шкідливі гази, знижувати ефективність передачі кисню в механічних системах аерації та спричиняти надмірне утворення піни на поверхні під час подальшого зброджування осаду.
Проте слід уникати невибіркового використання хімічних піногасників, намагаючись контролювати біологічну піну.
Чому виникає біологічна піна?
Коли газ вводиться в рідину, рідина розширюється і оточує газ, утворюючи піну.
Утворення та стабільність піни вимагають трьох основних умов: повітряних бульбашок, поверхнево-активних речовин та гідрофобних частинок.
Бульбашки повітря в основному утворюються під час аеробної аерації.
Поверхнево-активні речовини походять із потоку, а також синтезуються мікроорганізмами в активному мулі.
Гідрофобні частинки в біологічному резервуарі походять від мікроорганізмів з гідрофобною поверхнею клітин, присутніх в активному мулі.
Як визначити піноутворювальну здатність
Найпростішим методом є імітація стандартної швидкості аерації в градуйованому циліндрі, що містить певний об’єм активного мулу, а потім класифікація піни на основі її об’єму та стабільності в часі.
Повторну флотацію також можна використовувати шляхом вимірювання співвідношення маси зважених твердих речовин до і після аерації.
Обидва методи дають швидкі результати, але можуть не точно відображати фактичні умови аеротенку.
Тести на гідрофобність клітинної поверхні включають розподіл мікроорганізмів між водною та гідрофобною фазами в змішаному розчині. Піноутворююча здатність визначається шляхом вимірювання абсорбції водної фази до і після обробки. Цей метод добре працює для чистих культур, але на нього легко впливають складні речовини в справжніх стічних водах.
Метод поверхневого натягу використовує той факт, що бактерії,-що утворюють піну, зменшують поверхневий натяг розчину. Цей метод можна застосовувати як до власне змішаного розчину, так і до чистих культур, але на результати також впливає склад стічних вод.
Індекс піни-накипу оцінює біологічні характеристики піни за допомогою семи параметрів: колір піни, розмір бульбашок, стабільність, площа покриття, присутність ниткоподібних бактерій, потенціал піноутворення та загальний вміст завислих речовин. Для розрахунку остаточного індексу кожному параметру призначаються різні ваги за допомогою аналізу шляху та моделювання структурних рівнянь.
Індекс піно-накипу демонструє сильну лінійну кореляцію з інтенсивністю біологічного піноутворення.
Типи біологічної піни,-які викликають мікроорганізми
1. Нокардіоїдні нитчасті бактерії
Довгий час основною причиною біологічної піни вважали нокардіоїдні нитчасті бактерії. Інші грампозитивні ниткоподібні бактерії також сприяють значному утворенню осаду та накопиченню піни.
«Нокардіоїд» відноситься до ниткоподібних бактерій, які під мікроскопом-схожі на актиноміцети. Це гетеротрофні, аеробні, грам-позитивні бактерії зі справжнім розгалуженням.
Довжина нитки: зазвичай 5,0–30 мкм
Ширина: близько 1,0 мкм
Клітини: неправильної форми, без արտաքին оболонки
Зростання: прикріплений ріст, не-рухливий
Ці бактерії мають потужну здатність накопичувати поживні речовини, що дозволяє їм виживати й накопичуватися в -пінистих середовищах з обмеженим вмістом поживних речовин.
Вони можуть використовувати широкий спектр джерел вуглецю, азоту та фосфору, що дає їм конкурентну перевагу,-особливо у стічних водах, які містять велику кількість гідрофобних субстратів.
2. Мікрониткоподібні бактерії
Ці бактерії оточують внутрішню частину та поверхню пластів активного мулу.
Ширина: 0,6–0,8 мкм
Довжина: 50–200 мкм
Вони не містять видимих окремих клітин усередині ниток і не мають оболонки արտաքին. Нитки нерозгалужені та не-рухливі.
Ці бактерії чутливі до високих концентрацій кисню і найкраще розвиваються в мікроаеробних умовах.
Фактори, що впливають на біологічне спінювання
1. Температура
Піноутворення часто характеризується сезонними коливаннями, при цьому ключовим фактором впливу є температура. Хоча температура може безпосередньо не спричиняти піноутворення, вона впливає на інші змінні, такі як розчинність кисню та розчинність ліпідів у воді.
2. Муловий вік
Ниткоподібні бактерії,-що утворюють піну, — це повільно{1}}мікроорганізми з тривалим життєвим циклом. Збільшений вік мулу сприяє їх росту.
На очисних спорудах із низьким-навантаженням і тривалим гідравлічним часом утримання системи розширеної аерації більш схильні до піноутворення. Після утворення піни час її утримування стає незалежним від часу утримання осаду в аеротенку, в результаті чого утворюється стійка та стабільна піна.
3. pH
Міські стічні води зазвичай мають pH від 6,0 до 8,0. Зниження рН до 5,0–5,6 може допомогти зменшити утворення піни.
Нокардіоїдні бактерії: оптимальний pH ≈ 6,5
Мікрофіламентні бактерії: оптимальний pH 7,1–8,0
Це пояснює, чому системи аерації чистим киснем більш схильні до піноутворення, ніж системи аерації повітрям. Середній рН у повітряній аерації становить близько 7,0, тоді як у чистих кисневих системах він ближче до 6,5.
4. Розчинений кисень (DO)
Нокардіоїдні бактерії суто аеробні і не можуть рости в анаеробних або безкисневих умовах.
Мікрофіламентні бактерії можуть витримувати ширший діапазон рівнів кисню, але найкраще розвиваються за низьких{0}}кисневих (мікроаеробних) умов.
Низький DO: сприяє росту мікрофіламентних бактерій
High DO (>6 мг/л): пригнічує мікрофіламентні бактерії
Як контролювати біологічну піну
1. Фізико-хімічні методи
Фізичні методи:
Розпилення води: просте, але неефективне-довгостроково, оскільки дисперсна піна залишається в системі
Ручне або механічне видалення: збільшує експлуатаційні витрати та створює проблеми з утилізацією
Хімічні методи:
Окисники/дезінфікуючі засоби: хлор, хлорноватиста кислота, перекис водню, озон, солі четвертинного амонію
Коагулянти: поліакриламід, поліалюміній хлорид, хлорне залізо, хлорне залізо
Ці методи дають лише тимчасове полегшення, оскільки не усувають першопричини. Дезінфікуючі засоби також можуть пошкодити систему активного мулу, знищивши корисні мікроорганізми.
Невибіркове використання піногасників не рекомендується, оскільки вони в основному ефективні для хімічної піни, а не для більш стійкої біологічної піни.
2. Контроль віку осаду
Зменшення часу утримання мулу (SRT) є найефективнішим методом контролю біологічної піни.
Цей підхід діє як механізм біологічного відбору, використовуючи довший цикл росту піни,-що спонукає мікроорганізми пригнічувати або видаляти їх із системи.
3. Селекторна технологія
Встановлення селектора (анаеробного, безкисневого або аеробного) перед аеротенком може ефективно контролювати ниткоподібні бактерії.
Селектор - це зона змішування, де зворотний осад взаємодіє з притокою стічної води перед тим, як потрапити в аеротенк. Це сприяє швидкому поглинанню органічних речовин, які легко розкладаються.
Функції селекторів:
Сприяти утворенню фло{0}}бактерій
Пригнічують ріст нитчастих бактерій
Зменшити утворення мулу та біологічну піну
Контролюйте розподіл мікробної популяції
Селектори можна класифікувати на:
Аеробні
Аноксичний
Анаеробні