מערכת הטיפול הביולוגי היא יחידת הליבה של מתקן טיהור שפכים, והקצפה חריגה היא אחת הבעיות הנפוצות ביותר במהלך הפעילות. קצף מוגזם לא רק מפחית את יעילות האוורור, מוביל לאובדן בוצה ופוגע באיכות הקולחים, אלא גם עולה על גדותיו לתוך המיכל, משחית ציוד ופולט ריחות המשפיעים על הסביבה הסובבת. יצירת הקצף היא בעצם תוצאה של צימוד של שלושה גורמים: "חומרים פעילים פני השטח במים + מקור אוויר מספיק + מבנה בועות יציב". הגורמים להקצפה שונים באופן משמעותי בשלבים שונים, הדורשים אמצעים ממוקדים.
I. שלבים עיקריים של יצירת קצף וסיבות בסיסיות במערכות טיפול ביולוגיות
(I) שלב הטיפול המקדים (תחנת משאבת הרמת השפע, מוצא מיכל שיקוע ראשוני)
זהו השלב בו מופיע לראשונה קצף במערכת. זהו בעיקר קצף לא-ביוכימי, המאופיין בכך שהוא לבן, רופף, נשבר בקלות וחסר דביקות ברורה.
הסיבה המרכזית היא נוכחות של פעילי שטח אקסוגניים במי השפע: ראשית, ישנן כמויות גדולות של פעילי שטח סינתטיים כגון חומרי ניקוי, ג'ל רחצה ונוזלי כביסה בביוב ביתי. לחומרים אלו קצה הידרופילי אחד וקצה הידרופובי אחד, מה שמפחית משמעותית את מתח הפנים של המים. שנית, ישנם שמנים מן החי והצומח משפכי הסעדה וחומרים מתחלבים ומפזרים משפכים תעשייתיים. שלישית, ישנם חומרים פעילי שטח טבעיים כגון כתמי שמן, משקעי פליטה של כלי רכב וחומרים הומוסיים שהצטברו על פני השטח על ידי נגר ראשוני של מי גשמים. כאשר חומרים אלו נכנסים למערכת עם השטף, תחת תסיסה של אימפלר משאבת הבוסטר והזרימה הסוערת בכניסה של מיכל השקיעה הראשוני, אוויר נשאב לתוך המים, ויוצר מספר רב של בועות יציבות, המתקבצות ליצירת קצף. אם שפכים תעשייתיים נשפכים בנחשול, הקצף יגדל במהירות בפרק זמן קצר, אפילו יכסה את כל פני השטח של מיכל השקיעה הראשוני.
(II) מיכל אוורור (קטע אירובי, אזור הקצף המרוכז והעיקש ביותר)
מיכל האוורור הוא הליבה של התגובה הביוכימית וגם האזור המורכב ביותר לבעיות קצף. הוא מכיל גם קצף לא-ביוכימי וגם קצף ביולוגי, כאשר הקצף הביולוגי הוא הקשה ביותר לניהול.
1. קצף לא-ביוכימי
הסיבות דומות לאלו שבשלב הטיפול המקדים, אך האוורור הרציף והשופע שמספקת מערכת האוורור מביא לנפח קצף גדול יותר ומשך זמן ארוך יותר. מלבד חומרים פעילי שטח הנישאים על ידי השפע, שני גורמים תורמים ספציפיים הם: ראשית, עוצמת אוורור מוגזמת מובילה לבועות קטנות מדי ורבות שקשה לעלות ולשבור; שנית, עלייה פתאומית בריכוז החומר האורגני בשפך גורמת לתוצרי ביניים של חילוף חומרים מיקרוביאליים (כגון חומצות שומן ופוליסכרידים) להגביר את פעילות פני המים, להחמיר את היווצרות הקצף. סוג זה של קצף בדרך כלל מתפוגג מעצמו לאחר שאיכות המים המשפיעים מתייצבת.
2. קצף ביולוגי (מהווה למעלה מ-70% מבעיות הקצף במיכלי טיפול ביולוגי)
זה נגרם על ידי התפשטות מוגזמת של מיקרואורגניזמים חוטים ספציפיים. הוא מאופיין במרקם חום-אדום, צמיג וקרמי, שקשה לשבור ויכול להצטבר לעובי של עשרות סנטימטרים, אפילו לעלות על המיכל. הסיבה המרכזית היא הדומיננטיות של חיידקים חוטיים (בעיקר נוקרדיה, מיקרופילמנטה וסולפותרמיה) בתחרות. התפטיר שלהם משתרע מפני השטח, משתלבים זה בזה כדי ליצור שלד בועות יציב, ומקבעים היטב את הבועות במקומן.
תנאי הפעלה מרכזיים המעוררים שגשוג מופרז של חיידקים חוטים כוללים: 1) גיל בוצה ארוך מדי: לחיידקים חוטיים כגון Nocardia יש זמן יצירה של 5-7 ימים, הרבה יותר מאשר לחיידקים רגילים היוצרים-להקות. כאשר גיל הבוצה עולה על 10 ימים, חיידקים חוטיים מצטברים בכמויות גדולות. 2) עומס אורגני לא מספיק: לחיידקים חוטיים יש שטח פנים ספציפי גדול והם יכולים להשיג מזון בקלות רבה יותר בתנאי-מזון נמוכים. 3) טמפרטורת מים מתאימה: 15{11} טמפרטורת מים מתאימה: 15{11} טמפרטורת הייצור האופטימלית עבור ללא}. חיידקים מיקרופילמנטיים; לכן, האביב והסתיו הם תקופות שיא להקצפה ביולוגית. 4) אין מספיק חומרי הזנה של חנקן וזרחן: כאשר יחס הפחמן-ל-חנקן או יחס הפחמן-ל--זרחן גבוה מדי, הצמיחה של חיידקים{17} מופקת בחיידק{17} יש להם ביקוש נמוך יותר לחנקן וזרחן והם ינצלו את זה כדי להתרבות. 5) חמצן מומס נמוך: חיידקים חוטיים כגון חיידקים מיקרופילמנטיים יכולים לשרוד בסביבות דלת חמצן, בעוד שחיידקים יוצרי פקקים דורשים חמצן מומס גבוה יותר. 6) צמיחה מוגזמת של pH בסביבה אלקלית או תנודות גבוהות ב-pH: התפשטות של חיידקים חוטיים.
(III) מיכל שיקוע משני
הקצף במיכל השקיעה המשני הוא ברובו "קצף משני", שמקורו בשלושה מקורות עיקריים: ראשית, קצף שנוצר במיכל האוורור זורם אל מיכל השקיעה המשני עם המשקאות המעורבים ומצטבר על פני השטח. שנית, קצף דניטריפיקציה, סוג ייחודי של קצף במיכל השקיעה המשני, מאופיין בצבעו האפור ובחלקיקי בוצה עדינים, המתרחשים לרוב בקיץ או במהלך תהליכי דניטריפיקציה. כאשר הבוצה בתחתית מיכל השקיעה המשני נשארת זמן רב מדי וחמצן מומס אינו מספיק, חיידקים דניטריפיונים מפחיתים חנקות לגז חנקן. בועות זעירות של גז חנקן נצמדות לפלגי הבוצה, וגורמות להן לצוף וליצור קצף. שלישית, קצף ריקבון בוצה מתרחש כאשר בוצה לא נשפכת ממיכל השקיעה המשני בזמן, מה שמוביל לריקבון אנאירובי של הבוצה התחתונה, תוך יצירת גזים כגון מימן גופרתי ומתאן, המובילים את הבוצה אל פני השטח, ויוצרים קצף שחור המלווה בריח רע.
(IV) מערכת החזרת בוצה ועודף בוצה
הקצף בשלב זה הוא ברובו "קצף במחזור", הנגרם על ידי: 1) בוצה מוחזרת הנושאת קצף שנוצר במיכל האוורור חזרה למיכל הטיפול הביולוגי, ויוצרות מעגל קסמים; 2) הפרשה לא מספקת של עודפי בוצה, מה שמוביל לגיל בוצה ארוך מדי במערכת, המחמירה עוד יותר את התפשטות החיידקים החוטים; 3) קצף שנוצר במיכל עיבוי הבוצה ובמיכל העיכול הזורם חזרה למיכל הטיפול הביולוגי עם הסופרנטנט, ומכניס כמויות גדולות של חומרים פעילי שטח ונבגים חוטים.
II. אמצעי נגד מדויקים עבור סוגים שונים של קצף
(I) אמצעי נגד לקצף לא-ביוכימי
הליבה היא "בקרת מקור + חיסול פיזי", תוך מזעור השימוש במסירי קצף כימיים.
1. בקרת מקור: לחזק את הפיקוח על גישה לשפכים תעשייתיים, המחייבים מיזמים פורקים לטפל מראש בשפכים המכילים חומרים פעילי שטח ושומן; בניית מיכלי יירוט ראשוניים של מי גשמים למניעת כניסת מי גשמים ראשונית ישירות למערכת הטיפול הביולוגי; הוסף מפרידי שמן ומיכלי ציפה בשלב הטיפול המקדים כדי להסיר את רוב השומן וחומרי השטח המרחפים.
2. הסרת קצף פיזית: התקן סילוני מים-בלחץ גבוה באזור יצירת הקצף- כדי לשבור את הקצף באמצעות כוח הפגיעה של זרימת המים; התקן בלבולים בקצוות המיכל כדי למנוע הצפת קצף; להפחית כראוי את עוצמת האוורור כדי להפחית את כמות הבועות שנוצרות, תוך הגדלת עוצמת הערבול כדי לקדם התמזגות והתפוצצות בועות.
3. סיוע כימי: אם כמות הקצף גדולה במיוחד, ניתן להוסיף כמות קטנה של מסיר קצף אורגנוסיליקון. יש להקפיד על שליטה במינון כדי למנוע תוספת מוגזמת המשפיעה על פעילות החיידקים, ואין להסתמך על תרופות נגד קצף במשך תקופה ארוכה.
(II) אמצעי נגד לקצף ביולוגי (הליבה היא לעכב את הצמיחה הדומיננטית של חיידקים חוטיים)
לא ניתן לחסל קצף ביולוגי רק בשיטות פיזיקליות או כימיות; יש צורך להתחיל בהתאמת פרמטרי הפעלה כדי להרוס באופן יסודי את סביבת החיים של חיידקים חוטיים.
1. אופטימיזציה של פרמטרים תפעוליים (האמצעים הבסיסיים ביותר) - קיצור גיל הבוצה: בקרת גיל הבוצה ל-5-8 ימים על ידי הגברת הפרשות של בוצה עודפת כדי לחסל חיידקים חוטים ממושכים-בזמן הדור כגון Nocardia;
- הגדל את הטעינה האורגנית: הפחיתו כראוי את קצב זרימת החזרה והעלו את ריכוז החומר האורגני במי ההשפעה אל מיכל הטיפול הביולוגי, מה שמאפשר לחיידקים היוצרים-פלק להשיג יתרון בתחרות חומרי הזנה;
- התאם את החמצן המומס: הגדל את החמצן המומס ביציאת מיכל האוורור ל-2-3 מ"ג/ליטר כדי לעכב את התפשטותם של חיידקים חוטים היפוקסיים (כגון מיקרופילמנטים);
- תוספי חנקן וזרחן: אם החנקן והזרחן המושפעים אינם מספיקים, הוסף אוריאה ואשלגן דימימן פוספט ביחס פחמן-חנקן-זרחן של 100:5:1 כדי לעמוד בדרישות הצמיחה של חיידק{6}.
2. אמצעי שיפור פיזיים - רפרוף על גדותיו: התקן שוקת גלישת קצף בקצה מיכל האוורור כדי להרחיק קצף ביולוגי פני השטח אל מחוץ למערכת לצורך טיפול נפרד, מניעת זרימה חוזרת.
- תוספת נשא: הוסף נשאיות כגון פחם פעיל, זאוליט וקצף פוליאוריטן למיכל הטיפול הביולוגי כדי להגביר את צפיפות הקצף ולספק אתרי התקשרות לחיידקים בלהקות, תוך עיכוב הצמיחה המושהה של חיידקים חוטיים.
3. אמצעי חירום כימיים
אם הקצף הביולוגי חמור ביותר, ניתן להוסיף ריכוז נמוך של חמצון לתקופה קצרה, כגון נתרן היפוכלוריט (5-10 מ"ג/ליטר) או מי חמצן (10-20 מ"ג/ליטר). חומרי חמצון הורסים באופן סלקטיבי את ההיקפים החוטים הנמשכים מהפלקים, תוך שהם משפיעים פחות על החיידקים שבתוך הפלגים. לשלוט בקפדנות על המינון ותדירות ההוספה כדי למנוע השפעה על מערכת הטיפול הביולוגי.
4. רגולציה ביולוגית
הוסף סוכני פלוקולנט יעילים ביותר כדי לשפר את היכולת התחרותית של הפלקולנטים; או לחסן כמות קטנה של בוצה מעוכלת כדי להכניס פרוטוזואה ומטזואה שיכולים לטרוף חיידקים חוטים, ולבלום את התפשטות יתר של חיידקים חוטיים דרך שרשרת המזון.
(III) טיפול בקצף במיכל השקיעה המשני
נקוט באמצעים מובחנים על בסיס סיבות שונות: עבור קצף המוכנס ממיכל האוורור, התמקד בפתרון בעיית הקצף במיכל האוורור, והתקן התקני ריסוס מים על פני מיכל השקיעה המשני כדי לחסל קצף; עבור קצף דניטריפיקציה, הגבירו את פליטת הבוצה העודפת, קצרו את זמן החזקת הבוצה במיכל השקיעה המשני, והגדלו את יחס החזרת המשקאות המעורבים להחזרת החנקות לאזור האנוקסי לצורך דניטריפיקציה; עבור קצף ריקבון בוצה, יש לפרוק בוצה מיידית כדי למנוע הצטברות בוצה בתחתית מיכל השקיעה המשני, ולרוקן ולחפור את מיכל השקיעה המשני במידת הצורך.
(IV) תגובה לקצף מסתובב
הגבל מאוד את נתיב זרימת הקצף. אספו בנפרד קצף וסופרנטנט שנוצר על ידי מערכת החזרת הבוצה והמעבה, טפלו בהם בחומרים מסירי קצף ושקיעה לפני החזרתם למערכת הטיפול הביולוגי. במקביל, בצע אופטימיזציה של מערכת פליטת הבוצה העודפת כדי להבטיח גיל בוצה יציב ולמנוע הצטברות בוצה לטווח ארוך- בתוך המערכת.
III. המלצות למניעת-טווח ארוך ובקרה
קבע מנגנון התרעה מוקדמת על קצף, מעקב קבוע אחר מדדים כגון גיל הבוצה, ריכוזי חמצן מומס, חנקן וזרחן ושפע חיידקים חוטיים במיכל הטיפול הביולוגי כדי לחזות מראש סיכוני קצף. לעונות השיא של הקצף ביולוגי באביב ובסתיו, התאם מראש את פרמטרי ההפעלה, קיצור הולם את גיל הבוצה והגברת החמצן המומס. חיזוק ניטור איכות המים המשפיע על מנת לזהות מיידית השפעות של שפכים תעשייתיים ולנקוט באמצעי חירום. יש לחפור באופן קבוע את המיכלים והצינורות כדי להפחית את הצטברות חומרים פעילי שטח ונבגים חוטים בבוצה התחתונה.