Predslov:
Tí, ktorí pracovali na uvádzaní biochemického systému do prevádzky, sa mohli stretnúť s týmto problémom: poklesom pH v anaeróbnych a aeróbnych nádržiach. Je jasné, že tento pokles pH je primárne spôsobený kvalitou surovej vody. Niektoré látky v surovej vode produkujú kyslé látky alebo spotrebúvajú zásaditosť počas anaeróbnych reakcií (ako je hydrolýza a acidifikácia) alebo aeróbnych reakcií (ako je nitrifikácia), čo vedie k poklesu pH.
Na jednej strane je tento pokles pH predvídateľný. Vzhľadom na jasné pochopenie kvality surovej vody sa tento pokles pH berie do úvahy už pri návrhu projektu čistenia odpadových vôd a zvyčajne sa zavedie dávkovanie alkálií. Raz som pracoval na projekte odpadových vôd v oblasti diaľničnej prevádzky a dozvedel som sa, že odpadová voda z tejto oblasti obsahuje veľmi vysoké hladiny amoniakálneho dusíka a celkového dusíka. Proces nitrifikácie amoniakovým dusíkom nevyhnutne spotrebúva značné množstvo zásaditosti, preto bolo vopred nainštalované dávkovacie zariadenie zásad-. V tom čase sme sa stretli so situáciou, že sme včas nedoplnili chemikálie, v podstate nám došli vločky hydroxidu sodného. V dôsledku toho kleslo pH prvý deň zo 7,5 na 6,5 a na druhý deň zo 6,5 na 5,5. V tomto bode biochemický systém v podstate skolaboval, produkoval značnú penu a prekročil štandardy odpadových vôd.
Na druhej strane neočakávané poklesy pH sú bežné v čistiarňach odpadových vôd v priemyselných parkoch. Obyvatelia týchto parkov sa neustále menia a odpadové vody, ktoré vypúšťajú, sú rôznorodé. Čistiarne odpadových vôd nezohľadňujú pri svojom počiatočnom projekte budúcich obyvateľov. Minulý rok sme sa stretli s nevysvetliteľným poklesom pH v aeróbnej nádrži. Prvým krokom bolo, samozrejme, preskúmať kvalitu vplyvu. Zistili sme, že surová voda pri vstupe do regulačnej nádrže ľahko penila, čo naznačuje prítomnosť povrchovo aktívnych látok. Okrem testovania pH surovej vody bolo potrebné aj testovanie zásaditosti.
Nasledujúci článok bude systematicky analyzovať príčiny poklesu pH v anaeróbnych a aeróbnych nádržiach z troch hľadísk: reakčný mechanizmus, mikrobiálny metabolizmus a faktory prostredia.
I. Mechanizmy poklesu pH v anaeróbnych nádržiach
1. Akumulácia organických kyselín
Anaeróbna digescia pozostáva zo štyroch fáz: hydrolýza, acidifikácia, produkcia kyseliny octovej a produkcia metánu. Počas acidifikačnej fázy fakultatívne baktérie (ako Clostridium) rozkladajú makromolekulárne organické látky (sacharidy a bielkoviny) na prchavé mastné kyseliny (VFA, ako je kyselina octová a kyselina propiónová), alkoholy a CO₂. Ak je zaťaženie systému nadmerné alebo je aktivita metanogénu inhibovaná (napr. kolísaním teploty alebo toxickými látkami), VFA sa nemôžu okamžite premeniť na CH4 a CO2, čo vedie k akumulácii kyslých medziproduktov a výraznému poklesu pH (možno pod 5,5).
2. Zničenie systému karbonátového pufra
Pôvodný pár pufrov HCO₃⁻/CO₂ v odpadovej vode sa spotrebuje za anaeróbnych podmienok:
CO2 sa rozpúšťa vo vode za vzniku H2C03, ktorý sa disociuje na H+ a HCO3⁻;
Metanogény využívajú HCO₃⁻ ako zdroj uhlíka, čo vedie k zníženiu pufrovacej kapacity.
Keď koncentrácie VFA prekročia 2000 mg/l, prekročí sa kapacita neutralizácie alkality systému, čo spôsobí prudký pokles pH.
tvorba sulfidov;
V odpadových vodách obsahujúcich síran- (ako sú odpadové vody z farmaceutických a papierenských výrobkov) redukujú baktérie-redukujúce sírany (SRB) SO₄²⁻ na H₂S, pričom spotrebúvajú zásaditosť a uvoľňujú H⁺.
Hoci sa OH⁻ vytvára lokálne, po spojení H2S s kovovými iónmi, ako je Fe2⁺ vo vode, OH⁻ nestačí na kompenzáciu kyslosti VFA.
II. Ovládače poklesu pH v aeróbnych nádržiach
1. Silné okyslenie z nitrifikácie
Amoniakálny dusík (NH₄⁺) sa oxiduje na NO₃⁻ nitrozačnými baktériami (ako je Nitrosomonas) a nitrifikačnými baktériami (ako je Nitrobacter). Na každý mg oxidovaného NH₄⁺-N sa spotrebuje 7,14 mg alkality (merané ako CaCO₃) a uvoľnia sa 2 H⁺ jednotky.
V odpadových vodách s vysokým-amonným dusíkom (ako sú odpadové vody z akvakultúry) môže pH počas nitrifikácie klesnúť o 1,5 – 2,0 jednotiek.
2. Produkcia kyseliny heterotrofnými baktériami
Keď heterotrofné baktérie v aeróbnych nádržiach degradujú zvyškovú organickú hmotu, ak je rozpustený kyslík (DO) nedostatočný (<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. Rovnováha rozpúšťania CO₂
CO₂ produkovaný mikrobiálnym dýchaním sa rozpúšťa vo vode za vzniku H₂CO3. Keď je intenzita prevzdušňovania nedostatočná, CO₂ nemôže byť efektívne stripovaný, čo vedie k zvýšeniu koncentrácie H⁺ v kvapalnej fáze.
III. Odporúčania týkajúce sa synergických účinkov a kontroly
1. Účinky anaeróbneho-aeróbneho systému spojenia
VFA v odpadovej vode z anaeróbnej nádrže priamo vstupujú do aeróbnej nádrže, čím sa zvyšuje acidifikačná záťaž.
Keď sa nitrifikovaný roztok vráti do anaeróbnej nádrže, denitrifikácia NO3⁻ spotrebováva organickú hmotu, ale vytvára zásaditosť (pH sa zvyšuje o 0,3-0,5). Preto je potrebné optimalizovať recirkulačný pomer (zvyčajne 30-70%).
2. Stratégia kontroly
Anaeróbna nádrž: Pridajte NaHCO₃ (100-500 mg/L), aby ste udržali zásaditosť; kontrolná organická záťaž (CHSK < 5000 mg/l); monitorovať ORP (-300-100 mV), aby nedošlo k prekysleniu.
Aeróbna nádrž: Udržujte DO > 2 mg/l; použiť stupňovitý prítok vody na riedenie VFA; a pridajte vápno (Ca(OH)2) na neutralizáciu nitrifikačnej kyseliny.