Контрол на пяната при пречистването на отпадъчни води: Защо изборът на подходящ антипенник е от съществено значение на място

След повече от двадесет години работа с пречиствателни станции за промишлени и битови отпадъчни води разбрах, че пяната е един от онези проблеми, които на хартия изглеждат прости, но могат незабележимо да съсипят работата, ако не се подходи към тях правилно. Дебел слой пяна върху аериращия резервоар или вторичния утаител не само изглежда неприятно. Той намалява ефективността на преноса на кислород, увеличава риска от преливане по време на бури, създава опасност от подхлъзване и дори може да изтласка твърдите частици през преливниците в крайния отпадъчен воден поток. В много случаи разликата между пречиствателна станция, която работи стабилно, и такава, която се бори с постоянни проблеми, се свежда до избора и прилагането на подходящ антипенообразувател, съобразен с химичните и биологичните процеси при пречистването на отпадъчните води.

Пяната при пречистването на отпадъчни води обикновено се образува, когато повърхностноактивните съединения стабилизират въздушните мехурчета. Тези съединения произхождат от детергенти и повърхностноактивни вещества в битовите отпадъчни води, но често са в много по-големи количества в промишлените отпадъчни води — протеини и мазнини от преработката на храни, лигнини и смоли от целулозно-хартиените фабрики или масла и смазки от рафинериите и металообработвателната промишленост. В системите с активна утайка комбинацията от фини мехурчета, образувани при аерирането, и извънклетъчните полимерни вещества, произвеждани от биомасата, може да създаде много стабилна и устойчива пяна, която не се разпада сама. Когато този пенест слой се сгъсти, той изолира повърхността на течността, намалява разтварянето на кислород и дори може да стимулира растежа на нишковидни микроорганизми, причиняващи пяна, като Nocardia или Microthrix.

Антипенообразувателят действа, като разрушава повърхностния филм, който държи мехурчето цяло. Добрите антипенообразуватели за отпадъчни води са формулирани така, че да се разпространяват бързо по границата между въздуха и течността, да изместват стабилизиращите повърхностноактивни вещества и да предизвикат изтъняване и разкъсване на стените на мехурчетата. Тъй като отпадъчните води рядко са чисти, антипенообразувателят трябва да действа и при наличие на високо съдържание на суспендирани твърди частици, променящо се рН, а понякога и при високи температури или соленост. Той трябва да прави това, без да навреди на процеса на биологично пречистване или да създава нови проблеми по-нататък в процеса.

Не всеки антипенник е подходящ за биологични системи за пречистване на отпадъчни води. Продуктите на силиконова основа действат бързо и ефективно при ниски дози, но някои от тях могат да образуват покритие върху биомасата или да намалят преноса на кислород при превишаване на дозата, като освен това могат да преминат през пречиствателната станция и да попаднат в приемащия водоем. Антипенителите на базата на минерално масло или въглеводороди са по-евтини и широко използвани, но могат да повишат химическото потребление на кислород в отпадните води и понякога да пречат на обезводняването на утайката. През последните години все повече пречиствателни станции преминават към антипенообразуватели на базата на мастни алкохоли, растителни масла или полимери, които предлагат по-добри екологични характеристики и по-ниска токсичност за водните организми. Тези варианти обикновено са по-съвместими с чувствителните биологични процеси, макар че може да изискват малко по-високи дози или по-внимателно определяне на местата за прилагане.

На практика най-добрите резултати се постигат, когато антипенният агент е съобразен с източника на пяна и етапа на обработка. В аерационните басейни непрекъснатото дозиране в малки дози често дава по-добри резултати от еднократните големи дози. Много пречиствателни станции подават антипенния агент директно в аерационния резервоар или непосредствено преди него, като използват дозираща помпа, свързана със сензори за нивото на пяната или с обикновени таймери. При обработката на утайки или в анаеробните ферментатори може да се наложи използването на различен продукт или по-висока доза, тъй като химичният състав на пяната е различен. Виждал съм случаи, при които един и същ пеногасител е работил добре в аерационните резервоари, но е предизвиквал проблеми в крайните утаители, тъй като е засягал характеристиките на утаяването. Ето защо тестовете в буркани и изпитанията в малък мащаб с реалната вода от пречиствателната станция са от съществено значение, преди да се пристъпи към използване в пълен мащаб.

Дозировката обикновено варира от 5 до 50 мг/л в зависимост от интензивността на пенообразуването и концентрацията на продукта, но истинският ключ е последователното прилагане, а не преследването на пикови стойности с големи дози. Предозирането е често срещана грешка — то води до загуба на средства и понякога може да влоши проблема с пяната или да създаде други експлоатационни проблеми, като увеличен обем на утайката или проблеми с дезинфекцията надолу по веригата. Недостатъчното дозиране решава проблема с пяната само наполовина. Добрите оператори обръщат внимание и на това как антипенообразувателят за пречистване на отпадъчни води засяга други части на пречиствателната станция. Някои продукти могат да намалят ефективността на дезинфекцията с ултравиолетови лъчи или да доведат до пренасяне в отпадните води, което нарушава местните ограничения за изпускане на масла или повърхностноактивни вещества.

Опитът показва, че предприятията, които разглеждат избора на антипенообразуватели като част от цялостния контрол на процесите, а не като нещо второстепенно, постигат най-добри резултати. Те следят нивата на пяна заедно с разтворения кислород, индекса на обема на утайката и качеството на отпадните води преди и след промените. Също така работят с доставчици, които разбират както химията, така и биологията на пречистването на отпадните води, а не само с тези, които продават обикновени промишлени антипенообразуватели. В една общинска пречиствателна станция, с която съм работил, преминаването от стандартна силиконова емулсия към по-целенасочен продукт на базата на мастни киселини намали с повече от половина проблемите, свързани с пяната, и подобри преноса на кислород в достатъчна степен, за да се намали значително енергопотреблението за аериране.

Разбира се, има и ограничения. Нито един антипенител не решава основните проблеми, като лошия контрол върху възрастта на утайката или прекомерното натоварване с повърхностноактивни вещества от предшестващите производствени етапи. Механичните средства за разбиване на пяна, системите за разпръскване или промените в конструкцията на дифузорите за аериране понякога могат да намалят зависимостта от химикали. Регулаторният натиск също подтиква пречиствателните станции към варианти с по-ниска токсичност и по-добра биоразградимост, което означава, че по-старите продукти на базата на минерални масла постепенно се извеждат от употреба в много региони.

В крайна сметка ефективният контрол на пяната при пречистването на отпадъчни води се свежда до разбиране на специфичната химия на пяната, избор на антипенни средства, които работят в синхрон с биологичния процес, а не срещу него, и последователното им прилагане на подходящите места. Когато тази комбинация е правилна, инсталацията работи по-гладко, безопасността се подобрява и се избягват постоянните спешни мерки, които обикновено налагат проблемите с пяната. Ако се сблъсквате с упорита пяна, първата стъпка остава същата, която препоръчвам от години: отделете време за характеризиране на пяната и провеждане на подходящи тестове за съвместимост, преди да се спрете на даден продукт. Това предварително усилие почти винаги се отплаща с по-стабилна ежедневна експлоатация.