Il sistema di trattamento biologico è l'unità principale di un impianto di trattamento delle acque reflue e la formazione di schiuma anomala è uno dei problemi più comuni durante il funzionamento. Una schiuma eccessiva non solo riduce l'efficienza di aerazione, porta alla perdita di fanghi e deteriora la qualità degli effluenti, ma trabocca anche nel serbatoio, corrodendo le apparecchiature ed emettendo odori che influiscono sull'ambiente circostante. La formazione della schiuma è essenzialmente il risultato dell'accoppiamento di tre fattori: "sostanze tensioattive presenti nell'acqua + fonte d'aria sufficiente + struttura stabile delle bolle". Le cause della formazione di schiuma differiscono notevolmente nelle diverse fasi e richiedono misure mirate.
I. Principali fasi della formazione della schiuma e cause sottostanti nei sistemi di trattamento biologico
(I) Fase di pretrattamento (stazione di pompaggio degli affluenti, uscita del serbatoio di sedimentazione primaria)
Questa è la fase in cui la schiuma appare per la prima volta nel sistema. Si tratta per lo più di schiuma non-biochimica, caratterizzata dal fatto di essere bianca, sciolta, facilmente spezzabile e priva di evidente appiccicosità.
La causa principale è la presenza di tensioattivi esogeni negli affluenti: in primo luogo, nelle acque reflue domestiche sono presenti grandi quantità di tensioattivi sintetici come detersivi, gel doccia e liquidi per il bucato. Queste sostanze hanno un'estremità idrofila e un'estremità idrofoba, riducendo significativamente la tensione superficiale dell'acqua. In secondo luogo, ci sono gli oli animali e vegetali provenienti dalle acque reflue della ristorazione e gli emulsionanti e disperdenti provenienti dalle acque reflue industriali. In terzo luogo, ci sono tensioattivi naturali come macchie d’olio, depositi di gas di scarico dei veicoli e sostanze umiche accumulate sulla superficie dal deflusso iniziale dell’acqua piovana. Quando queste sostanze entrano nell'impianto con l'affluente, sotto l'agitazione della girante della pompa booster e il flusso turbolento all'ingresso del sedimentatore primario, l'aria viene aspirata nell'acqua formando un gran numero di bolle stabili, che si aggregano formando schiuma. Se le acque reflue industriali vengono scaricate in piena, la schiuma aumenterà rapidamente in un breve periodo di tempo, coprendo anche l'intera superficie del sedimentatore primario.
(II) Serbatoio di Aerazione (Sezione Aerobica, la zona della schiuma più concentrata e ostinata)
Il serbatoio di aerazione è il cuore della reazione biochimica e anche l'area più complessa per i problemi di schiuma. Contiene sia schiuma non-biochimica che schiuma biologica, di cui la schiuma biologica è la più difficile da gestire.
1. Schiuma non-biochimica
Le cause sono simili a quelle della fase di pretrattamento, ma l'aerazione continua e abbondante fornita dal sistema di aerazione determina un volume di schiuma maggiore e una durata più lunga. Oltre ai tensioattivi trasportati dall'affluente, due fattori specifici che contribuiscono sono: in primo luogo, un'eccessiva intensità di aerazione porta a bolle eccessivamente piccole e numerose che sono difficili da sollevare e rompere; in secondo luogo, un improvviso aumento della concentrazione di materia organica nell’affluente fa sì che i prodotti intermedi del metabolismo microbico (come acidi grassi e polisaccaridi) aumentino l’attività superficiale dell’acqua, esacerbando la formazione di schiuma. Questo tipo di schiuma solitamente si dissipa da solo dopo che la qualità dell'acqua affluente si è stabilizzata.
2. Schiuma biologica (che rappresenta oltre il 70% dei problemi di schiuma nelle vasche di trattamento biologico)
Ciò è causato dall’eccessiva proliferazione di specifici microrganismi filamentosi. È caratterizzato da una consistenza bruno-rossa, viscosa, cremosa, difficile da frantumare e che può accumularsi fino a raggiungere uno spessore di decine di centimetri, traboccando anche dalla vasca. La causa principale è la predominanza di batteri filamentosi (principalmente Nocardia, Microfilamenta e Sulfothermia) in competizione. I loro miceli si estendono dalla superficie del fiocco, si intrecciano per formare uno scheletro stabile di bolle e fissano saldamente le bolle in posizione.
Le principali condizioni operative che innescano un'eccessiva proliferazione di batteri filamentosi includono: 1) Età dei fanghi eccessivamente lunga: i batteri filamentosi come Nocardia hanno un tempo di generazione di 5-7 giorni, molto più lungo dei normali batteri floc{6}}formanti. Quando l'età dei fanghi supera i 10 giorni, i batteri filamentosi si accumulano in grandi quantità. 2) Carico organico insufficiente: i batteri filamentosi hanno un'ampia superficie specifica e possono ottenere cibo più facilmente in condizioni di nutrienti bassi. 3) Temperatura dell'acqua adatta: 15-25 gradi è la temperatura di riproduzione ottimale per Nocardia e batteri microfilamentosi; pertanto, primavera e autunno sono periodi di punta per la formazione di schiuma biologica. 4) Nutrienti azoto e fosforo insufficienti: quando il rapporto-a-azoto o carbonio-a-fosforo è troppo alto, la crescita dei batteri floc{17}}viene inibita, mentre i batteri filamentosi hanno una minore richiesta di azoto e fosforo e ne trarranno vantaggio per proliferare. 5) Basso ossigeno disciolto: i batteri filamentosi come i batteri microfilamentosi possono sopravvivere in ambienti a basso contenuto di ossigeno, mentre i batteri flocculanti richiedono una maggiore quantità di ossigeno disciolto. 6) Fluttuazioni eccessive del pH: ambienti acidi o fortemente alcalini inibiscono la crescita dei fiocchi e promuovono la proliferazione di batteri filamentosi.
(III) Vasca di decantazione secondaria
La schiuma nel serbatoio di decantazione secondaria è per lo più "schiuma secondaria", proveniente da tre fonti principali: in primo luogo, la schiuma generata nel serbatoio di aerazione scorre nel serbatoio di decantazione secondaria con il liquido miscelato e si accumula sulla superficie. In secondo luogo, la schiuma di denitrificazione, un tipo unico di schiuma nel serbatoio di decantazione secondaria, è caratterizzata dal colore grigio e dalle particelle fini di fango, che spesso si formano in estate o durante i processi di denitrificazione. Quando i fanghi sul fondo della vasca di decantazione secondaria rimangono troppo a lungo e l'ossigeno disciolto è insufficiente, i batteri denitrificanti riducono i nitrati in azoto gassoso. Piccole bolle di azoto aderiscono ai fiocchi di fango, facendoli galleggiare e formando schiuma. In terzo luogo, la schiuma putrefatta dei fanghi si verifica quando i fanghi non vengono scaricati dalla vasca di decantazione secondaria in modo tempestivo, portando alla putrefazione anaerobica dei fanghi di fondo, producendo gas come idrogeno solforato e metano, che trasportano i fanghi in superficie, formando schiuma nera accompagnata da un cattivo odore.
(IV) Sistema di ritorno dei fanghi e dei fanghi di eccesso
La schiuma in questa fase è per lo più "schiuma circolante", causata da: 1) fanghi di ritorno che trasportano la schiuma generata nella vasca di aerazione nella vasca di trattamento biologico, creando un circolo vizioso; 2) Scarico insufficiente dei fanghi in eccesso, che porta ad un'invecchiamento eccessivamente lungo dei fanghi nell'impianto, aggravando ulteriormente la proliferazione di batteri filamentosi; 3) Schiuma generata nella vasca di ispessimento fanghi e nella vasca di digestione che ritorna alla vasca di trattamento biologico con il surnatante, introducendo grandi quantità di tensioattivi e spore filamentose.
II. Contromisure precise per diversi tipi di schiuma
(I) Contromisure per la schiuma non-biochimica
Il nucleo è "controllo della fonte + eliminazione fisica", riducendo al minimo l'uso di antischiuma chimici.
1. Controllo della fonte: rafforzare la supervisione dell'accesso alle acque reflue industriali, richiedendo alle imprese che scaricano di pre-trattare le acque reflue contenenti tensioattivi e grassi; realizzare vasche di intercettazione delle acque di prima pioggia per evitare che le acque di prima pioggia entrino direttamente nel sistema di trattamento biologico; aggiungere separatori d'olio e vasche di flottazione nella fase di pretrattamento per rimuovere la maggior parte del grasso e dei tensioattivi in sospensione.
2. Antischiuma fisico: installare getti d'acqua ad alta-pressione nell'area di generazione della schiuma-per rompere la schiuma utilizzando la forza di impatto del flusso d'acqua; installare dei diaframmi ai bordi della vasca per evitare il traboccamento della schiuma; ridurre opportunamente l'intensità dell'aerazione per diminuire la quantità di bolle generate, aumentando al contempo l'intensità dell'agitazione per favorire la fusione e lo scoppio delle bolle.
3. Assistenza chimica: se la quantità di schiuma è estremamente elevata, è possibile aggiungere una piccola quantità di antischiuma organosilicico. È necessario prestare attenzione nel controllare il dosaggio per evitare un'aggiunta eccessiva che influisca sull'attività microbica e non si dovrebbe fare affidamento sugli antischiuma per un lungo periodo.
(II) Contromisure per la schiuma biologica (il nucleo deve inibire la crescita dominante dei batteri filamentosi)
La schiuma biologica non può essere eliminata esclusivamente con metodi fisici o chimici; è necessario iniziare modificando i parametri operativi per distruggere radicalmente l'ambiente di vita dei batteri filamentosi.
1. Ottimizzazione dei parametri operativi (le misure più fondamentali) - Riduzione dell'età dei fanghi: controllare l'età dei fanghi a 5-8 giorni aumentando lo scarico dei fanghi in eccesso per eliminare batteri filamentosi a lungo-generazione come la Nocardia;
- Aumentare il carico organico: ridurre opportunamente la portata di ritorno e aumentare la concentrazione di materia organica nell'affluente al serbatoio di trattamento biologico, consentendo ai batteri floc-formanti di ottenere un vantaggio nella competizione dei nutrienti;
- Regola l'ossigeno disciolto: aumenta l'ossigeno disciolto all'uscita del serbatoio di aerazione a 2-3 mg/l per inibire la proliferazione di batteri filamentosi ipossici (come i microfilamenti);
- Integrazione di nutrienti con azoto e fosforo: se l'azoto e il fosforo in ingresso sono insufficienti, aggiungere urea e potassio fosfato monobasico con un rapporto carbonio-azoto-fosforo di 100:5:1 per soddisfare i requisiti di crescita dei batteri floc{6}}formanti.
2. Misure di miglioramento fisico - Scrematura del troppo pieno: installare una vasca di troppo pieno della schiuma all'estremità del serbatoio di aerazione per eliminare la schiuma biologica superficiale dal sistema per un trattamento separato, impedendo il riflusso.
- Aggiunta di vettori: aggiungi vettori come carbone attivo, zeolite e schiuma di poliuretano al serbatoio di trattamento biologico per aumentare la densità dei fiocchi e fornire siti di attacco per i batteri nei fiocchi, inibendo la crescita sospesa di batteri filamentosi.
3. Misure di emergenza chimica
Se la schiuma biologica è estremamente intensa, è possibile aggiungere per un breve periodo una bassa concentrazione di ossidante, come ipoclorito di sodio (5-10 mg/L) o acqua ossigenata (10-20 mg/L). Gli ossidanti distruggono selettivamente le ife filamentose che si estendono dai fiocchi, pur avendo un impatto minore sui batteri all'interno dei fiocchi. Controllare rigorosamente il dosaggio e la frequenza dell'aggiunta per evitare di influenzare il sistema di trattamento biologico.
4. Regolazione biologica
Aggiungere agenti flocculanti altamente efficienti per migliorare la capacità competitiva dei flocculanti; oppure inoculare una piccola quantità di fango digerito per introdurre protozoi e metazoi che possono predare batteri filamentosi, inibendo l'eccessiva proliferazione dei batteri filamentosi attraverso la catena alimentare.
(III) Gestione della schiuma nel serbatoio di sedimentazione secondario
Adottare misure differenziate in base a diverse cause: per la schiuma introdotta dal serbatoio di aerazione, concentrarsi sulla risoluzione del problema della schiuma nel serbatoio di aerazione e installare dispositivi di spruzzatura dell'acqua sulla superficie del serbatoio di sedimentazione secondario per eliminare la schiuma; per la schiuma di denitrificazione, aumentare lo scarico dei fanghi in eccesso, ridurre il tempo di ritenzione dei fanghi nel serbatoio di sedimentazione secondario e aumentare il rapporto di ritorno del liquore misto per riportare i nitrati nella zona anossica per la denitrificazione; in caso di schiuma di putrefazione dei fanghi, scaricare tempestivamente i fanghi per evitare l'accumulo di fanghi sul fondo del serbatoio di sedimentazione secondaria e, se necessario, svuotare e dragare il serbatoio di sedimentazione secondaria.
(IV) Risposta alla schiuma circolante
Limitare fortemente il percorso di circolazione della schiuma. Raccogliere separatamente schiuma e surnatante generati dal sistema di recupero fanghi e dall'addensatore, trattarli con agenti antischiuma e sedimentazione prima di reimmetterli nel sistema di trattamento biologico. Allo stesso tempo, ottimizza il sistema di scarico dei fanghi in eccesso per garantire un'età stabile dei fanghi e prevenirne l'accumulo a lungo-termine all'interno del sistema.
III. Raccomandazioni per la prevenzione e il controllo-a lungo termine
Stabilire un meccanismo di allerta precoce sulla schiuma, monitorare regolarmente indicatori come l’età dei fanghi, le concentrazioni di ossigeno disciolto, azoto e fosforo e l’abbondanza di batteri filamentosi nel serbatoio di trattamento biologico per prevedere in anticipo i rischi di schiuma. Per le stagioni di punta della schiuma biologica in primavera e autunno, adeguare preventivamente i parametri operativi, accorciando opportunamente l'età dei fanghi e aumentando l'ossigeno disciolto. Rafforzare il monitoraggio della qualità delle acque affluenti per rilevare tempestivamente gli impatti delle acque reflue industriali e adottare misure di emergenza. Dragare regolarmente i serbatoi e le tubazioni per ridurre l'accumulo di tensioattivi e spore filamentose nei fanghi di fondo.