Predgovor:
Oni koji su radili na puštanju u pogon biokemijskog sustava možda su se susreli s ovim problemom: pad pH u anaerobnim i aerobnim spremnicima. Jasno je da je ovaj pad pH prvenstveno uzrokovan kvalitetom sirove vode. Određene tvari u sirovoj vodi proizvode kisele tvari ili troše lužnatost tijekom anaerobnih reakcija (kao što je hidroliza i acidifikacija) ili aerobnih reakcija (kao što je nitrifikacija), što dovodi do pada pH vrijednosti.
S jedne strane, ovaj pad pH je predvidljiv. S obzirom na jasno razumijevanje kvalitete sirove vode, ovaj pad pH vrijednosti razmatra se rano u dizajnu projekta pročišćavanja otpadnih voda, a doziranje lužine se obično postavlja. Jednom sam radio na projektu otpadnih voda na servisnom području autoceste i saznao sam da otpadna voda s ovog područja sadrži vrlo visoke razine amonijačnog dušika i ukupnog dušika. Proces nitrifikacije amonijačnog dušika neizbježno troši značajnu količinu lužnatosti, pa je uređaj za doziranje lužina unaprijed -instaliran. U to smo se vrijeme susreli sa situacijom u kojoj nismo nadoknadili kemikalije na vrijeme, u biti nam je ponestalo pahuljica kaustične sode. Kao rezultat toga, pH je prvi dan pao sa 7,5 na 6,5, a drugi dan sa 6,5 na 5,5. U ovoj se točki biokemijski sustav u biti urušio, stvarajući značajnu količinu pjene i prekoračujući standarde otpadnih voda.
S druge strane, neočekivani padovi pH česti su u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda u industrijskim parkovima. Stanari ovih parkova se stalno mijenjaju, a otpadne vode koje ispuštaju su raznolike. Postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda ne uzimaju u obzir buduće stanare tijekom svog početnog projektiranja. Prošle smo godine naišli na neobjašnjiv pad pH u aerobnom spremniku. Prvi je korak, naravno, bio istražiti utjecajnu kvalitetu. Primijetili smo da se sirova voda lako pjenila pri ulasku u regulacijski spremnik, što ukazuje na prisutnost površinski aktivnih tvari. Uz ispitivanje pH vrijednosti sirove vode bilo je potrebno i ispitivanje alkaliteta.
Sljedeći članak će sustavno analizirati uzroke pada pH vrijednosti u anaerobnim i aerobnim spremnicima iz tri perspektive: mehanizam reakcije, mikrobni metabolizam i čimbenici okoliša.
I. Mehanizmi pada pH u anaerobnim spremnicima
1. Akumulacija organske kiseline
Anaerobna digestija sastoji se od četiri faze: hidrolize, zakiseljavanja, proizvodnje octene kiseline i proizvodnje metana. Tijekom faze acidifikacije, fakultativne bakterije (kao što je Clostridium) razgrađuju makromolekularne organske tvari (ugljikohidrate i proteine) u hlapljive masne kiseline (VFA, kao što su octena kiselina i propionska kiselina), alkohole i CO₂. Ako je opterećenje sustava prekomjerno ili je aktivnost metanogena inhibirana (npr. temperaturnim fluktuacijama ili otrovnim tvarima), VFA se ne mogu odmah pretvoriti u CH₄ i CO₂, što dovodi do nakupljanja kiselih intermedijera i značajnog pada pH (vjerojatno ispod 5,5).
2. Uništavanje karbonatnog puferskog sustava
Izvorni puferski par HCO₃⁻/CO₂ u otpadnoj vodi troši se u anaerobnim uvjetima:
CO₂ se otapa u vodi i formira H₂CO3, koji disocira na H⁺ i HCO3⁻;
Metanogeni koriste HCO₃⁻ kao izvor ugljika, što rezultira smanjenjem kapaciteta puferiranja.
Kada koncentracije VFA prijeđu 2000 mg/L, kapacitet neutralizacije alkalnosti sustava je premašen, što uzrokuje nagli pad pH.
Stvaranje sulfida;
U otpadnoj vodi-koja sadrži sulfat (kao što je farmaceutska otpadna voda i otpadna voda od proizvodnje papira), bakterije koje smanjuju-sulfat (SRB) reduciraju SO₄²⁻ u H₂S, trošeći lužnatost i oslobađajući H⁺.
Iako se OH⁻ stvara lokalno, nakon što se H₂S spoji s metalnim ionima kao što je Fe²⁺ u vodi, OH⁻ nije dovoljan da neutralizira kiselost VFA.
II. Pokretači smanjenja pH u aerobnim spremnicima
1. Snažno zakiseljavanje uslijed nitrifikacije
Dušik iz amonijaka (NH4⁺) se oksidira u NO3⁻ pomoću nitrozirajućih bakterija (kao što je Nitrosomonas) i nitrifikacijskih bakterija (kao što je Nitrobacter). Za svaki mg oksidiranog NH₄⁺-N troši se 7,14 mg lužnatosti (mjereno kao CaCO3) i oslobađaju se 2 H⁺ jedinice.
U otpadnim -otpadnim vodama s amonijačnim dušikom (kao što je otpadna voda iz akvakulture), pH može pasti za 1,5–2,0 jedinice tijekom nitrifikacije.
2. Proizvodnja kiseline heterotrofnim bakterijama
Kada heterotrofne bakterije u aerobnim spremnicima razgrađuju zaostalu organsku tvar, ako otopljeni kisik (DO) nije dovoljan (<2 mg/L), incomplete oxidation will occur, producing intermediates such as pyruvate and lactate. In addition, some phosphate-accumulating bacteria (such as Accumulibacter) also secrete short-chain fatty acids during the phosphate release phase.
3. Ravnoteža otapanja CO₂
CO₂ proizveden disanjem mikroba otapa se u vodi i formira H2CO3. Kada je intenzitet prozračivanja nedovoljan, CO₂ se ne može učinkovito ukloniti, što rezultira povećanjem koncentracije H⁺ u tekućoj fazi.
III. Sinergijski učinci i preporuke za kontrolu
1. Učinci anaerobnog-aerobnog spajanja sustava
VFA u efluentu iz anaerobnog spremnika izravno ulaze u aerobni spremnik, povećavajući opterećenje zakiseljavanjem.
Kada se nitrificirana otopina vrati u anaerobni spremnik, denitrifikacija NO₃⁻ troši organsku tvar, ali proizvodi lužnatost (pH se povećava za 0,3-0,5). Stoga je omjer recirkulacije potrebno optimizirati (obično 30-70%).
2. Strategija kontrole
Anaerobni spremnik: dodajte NaHCO₃ (100-500 mg/L) za održavanje lužnatosti; kontrolirati organsko opterećenje (KPK < 5000 mg/L); pratiti ORP (-300-100 mV) kako bi se izbjeglo prekomjerno zakiseljavanje.
Aerobni spremnik: održavati DO > 2 mg/L; koristiti stupnjevit dotok vode za razrjeđivanje VFA; i dodati vapno (Ca(OH)₂) za neutralizaciju nitrifikacijske kiseline.