一、生物泡沫的形成与影响因数

1.泡沫一般分为三种形式：

(1)启动泡沫

活性污泥工艺运行启动初期，由于废水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。但随着活性污泥的成熟，这些表面活性物质经生物降解，泡沫现象会逐渐消失。

(2)反硝化泡沫

如果废水厂进行硝化反应，则在沉淀池或曝气不足的地方会发生硝化作用，产生氮气等气泡而带动部分污泥上浮，出现泡沫现象。

(3)生物泡沫

由于丝状微生物的异常生长，与气泡、絮体颗粒混合而成的泡沫具有稳定、持续、较难控制的特点。生物泡沫对废水厂的运行是非常不利的：在曝气池或二沉池中出现大量丝状微生物，水面上漂浮、积聚大量泡沫；造成出水有机物浓度和悬浮固体升高；产生恶臭或不良有害气体；降低机械曝气方式的氧转移效率；可能造成后期污泥消化时产生大量表面泡沫。

2.生物泡沫的形成机理

(1)与泡沫有关的微生物大都含有脂类物质，如M.parvicella 的脂类含量达干重的35%，因此这类微生物比水轻，易漂浮到水面。

(2)与泡沫有关的微生物大都呈丝状或枝状，易形成网，能捕捞微粒和气泡等，并浮到水面。被丝状网包围的气泡，增加了其表面的张力，使气泡不易破碎，泡沫就更稳定。

(3)曝气气泡产生的气浮作用常常是泡沫形成的主要动力。颗粒利用气泡气浮，必须是形小、质轻和具有疏水性的物质。所以，当水中存在油、脂类物质和含脂微生物时，则易产生表面泡沫现象。

3.影响泡沫稳定性的因素

泡沫是一种亚稳态体系，影响其稳定性的因素是比较复杂的。溶液的表面张力、表面黏度、液相黏度等都是用来表征泡沫稳定性的常用参数。

当泡沫液膜受到冲击变薄时，存在两种机制可使受冲击的泡沫修复。一种是由于泡沫界面膜面积增大而造成表面张力上升，形成表面张力梯度使膜有收缩，称为 Gibbs 弹性；另一种是在表面张力梯度的作用下，表面吸附的分子从低表面张力区向高表面张力区迁移，称为 Marangoni 效应。

(1)内部因数

泡沫的衰变主要决定于液体从薄液膜上的流失（排液）和气体透过液膜的扩散两个步骤。因而，液膜的稳定性直接决定着泡沫的稳定性。

从液膜性质的方面考虑影响泡沫稳定性的因素包括：起泡溶液的表面张力、表面黏度、液相黏度、Gibbs 表面弹性和 Marangoni 效应；表面活性剂分子结构、液膜的表面电荷（分离压力）等。

现有技术提高泡沫稳定性的方法一般是以上述理论为指导，向溶液体系中添加不同的稳泡物质：如利用无机盐改变溶液体系的电性，增强泡沫稳定性；提高基液黏度来减缓泡沫的排液速度，从而提高泡沫的稳定性；增加液膜的弹性，减少泡沫的透气性。高分子表面活性剂，如烷基甲酰纤维素的衍生物、乙基（羟乙基）纤维素、黄原胶、蛋白质、聚合物非离子表面活性剂和离子型表面活性剂复配可以增加表面膜的黏弹性，减慢排液速度，从而大大增加泡沫的稳定性。总之，使泡沫增强稳定性的方法就是增强泡沫液膜的稳定性。

(2)外部因素

①　泡沫的直径

因为形成的泡沫大小不一样，根据拉普拉斯公式（△p=2y/r），泡沫中的小泡内的压力比大泡内的压力大。因此小泡内的气体会通过液膜向大气泡扩散，使小气泡变小直至消失，大气泡变大使液膜变薄，后破裂。因此泡沫中的气泡直径越均匀，气泡间越不易发生气体扩散，则气泡的寿命越长，泡沫越稳定。

②　表面电荷

吸附了离子型表面活性剂的泡沫，界面膜上形成两层离子吸附的双电层结构。当泡沫界面膜变薄至一定厚度时，双电层的静电斥力就发挥作用，阻碍泡沫的双电层相互接近，减少排液速度，即表面电荷越强的活性剂，形成的泡沫也越稳定。

③　表面活性剂的浓度

蛋白质、磷脂等助泡剂在吸水后可以形成水凝胶性质的表面膜，其具有高表面黏度，可缓解对泡沫的冲击，泡沫界面膜弹性也随之增加，进而增强了泡沫的自修复能力，可以提高泡沫的稳定性。

④　溶液的pH 值

溶液的 pH 值对泡沫稳定性的影响主要是在表面活性剂的溶解性和表面层吸附状态的两个方面起作用。

⑤　体系的温度

温度升高，泡沫界面膜的表面张力、黏度降低，排液速度加快，使得泡沫界面膜变薄，导致泡膜的稳定性降低。

⑥　冲击

轻微的冲击，可由泡膜的“Marangoni 效应”来弥补。但是若冲击过强，就可以直接击碎泡沫界面膜，达到消泡的目的。

此外，污泥的停留时间，憎水性物质和曝气方式、曝气时间以及油脂类物质更容易产生泡沫。

二、生物泡沫的控制方法

消除泡沫的目的是使泡沫中的气泡及时破裂，即隔开气体的液膜由厚变薄，直至破裂使气相和液相分开。

根据泡沫形成的机理及其影响因素，消除泡沫可以采用物理、化学、机械和生物的方法，具体方法如下所示。

（1）喷洒水

这是一种常用的物理方法。通过喷洒水流或水珠以打碎浮在水面的气泡，来减少泡沫。打散的污泥颗粒部分重新恢复沉降性能，但丝状细菌仍然存在于混合液中，所以，不能根本消除泡沫现象。

（2）投加消泡剂

可以采用具有强氧化性的杀菌剂，如氯、臭氧和过氧化物等。还有利用聚乙二醇、硅酮生产的市售药剂，以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等。药剂的作用仅仅能降低泡沫的增长，却不能消除泡沫的形成。而广泛应用的杀菌剂普遍存在副作用，因为过量或投加位置不当，会大量降低反应池中絮成菌的数量及生物总量。

（3）降低污泥龄

一般采用降低曝气池中污泥的停留时间，以抑制有较长生长期的放线菌的生长。有实践证明，当污泥停留时间在5～6d 时，能有效控制 Nocardia 菌属的生长，以避免由其产生的泡沫问题。

但降低污泥龄也有许多不适用的方面：当需要硝化时，则污泥停留时间在寒冷季节至少需要6d，这与采用此法矛盾；另外，microthrixparvicella 和一些丝状菌却不受污泥龄变化的影响。

（4）回流厌氧消化池上清液

采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，能控制曝气池表面的气泡形成。厌氧消化池上清液的主要作用是能抑制Rhodococcus 菌，但利用此法在几个污水处理 厂进行实际操作时，并没有取得像实验室那样的成功。由于厌氧消化池上清液中含有高浓度好氧底物和氨氮，它们都会影响后的出水质量，应慎重采用。

（5）投加特别微生物

有研究提出，一部分特殊菌种可以消除Nocardia  菌的活力，其中包括原生动物肾形虫等。另外，增加捕食性和拮抗性的微生物，对部分泡沫细菌有控制作用。

（6）选择器

选择器是通过创造各种反应环境（氧、有机负荷或污泥浓度等），以选择优先生长的微生物，淘汰其他微生物。

（7）机械消泡

机械消泡是借助机械力引起剧烈振动或压力变化起到消泡作用，利用机械能量破坏泡沫的稳定性，降低泡沫界面膜的强度，达到破碎气泡的目的。

机械消泡的优点在于消泡过程中，很少甚至不需要加入消泡剂。可减少不必要的污染问题，并且机械消泡装置便于消毒，可重复使用，耗能低。

机械消泡的不足之处是机械消泡装置的效果有时并不是很理想，不能从根本上达到消除泡沫的目的。当泡沫大量生成时，机械消泡不能像消泡剂那样及时有效地把泡沫消除。

三、应用分析与对策

通过总结泡沫控制实例分析，虽然各种实例表明泡沫控制问题具有共同性，但引起泡沫现象的因素很多，因此控制方法自然各异。各种方法的选择都应慎重研究找出泡沫形成的主要原因，而后再选择符合实际可能解决的方法。（来源：土木在线）