Предговор:
Тези, които са работили по пускането в експлоатация на биохимични системи, може да са се сблъскали с този проблем: спад на pH в анаеробни и аеробни резервоари. Ясно е, че този спад на рН се дължи основно на качеството на суровата вода. Някои вещества в суровата вода произвеждат киселинни вещества или консумират алкалност по време на анаеробни реакции (като хидролиза и подкисляване) или аеробни реакции (като нитрификация), което води до спад на pH.
От една страна, този спад на pH е предвидим. Като се има предвид ясното разбиране на качеството на суровата вода, този спад на рН се взема предвид в началото на проекта за пречистване на отпадъчни води и обикновено се инсталира алкално дозиране. Веднъж работих по проект за отпадъчни води в обслужваща зона на магистрала и научих, че отпадъчните води от тази зона съдържат много високи нива на амонячен азот и общ азот. Процесът на нитрификация с амонячен азот неизбежно изразходва значително количество алкалност, така че беше предварително -инсталирано алкално дозиращо устройство. По това време се сблъскахме със ситуация, в която не попълнихме химикалите навреме, като по същество останахме без люспи от сода каустик. В резултат рН спадна от 7,5 на 6,5 на първия ден и от 6,5 на 5,5 на втория ден. В този момент биохимичната система по същество се срина, произвеждайки значителна пяна и превишавайки стандартите за отпадъчни води.
От друга страна, неочакваните спадове на pH са често срещани в пречиствателните станции за отпадъчни води в индустриалните паркове. Обитателите на тези паркове непрекъснато се променят, а отпадъчните води, които изхвърлят, са разнообразни. Пречиствателните станции за отпадни води не вземат предвид бъдещите обитатели при първоначалното им проектиране. Миналата година се натъкнахме на необясним спад на рН в аеробния резервоар. Първата стъпка, разбира се, беше да се изследва влиятелното качество. Забелязахме, че суровата вода се разпенва лесно при влизане в регулиращия резервоар, което предполага наличието на повърхностно активни вещества. В допълнение към тестването на pH на суровата вода беше необходимо и тестване за алкалност.
Следващата статия систематично ще анализира причините за спад на pH в анаеробни и аеробни резервоари от три гледни точки: механизъм на реакцията, микробен метаболизъм и фактори на околната среда.
I. Механизми на спад на pH в анаеробни резервоари
1. Натрупване на органични киселини
Анаеробното смилане се състои от четири етапа: хидролиза, подкисляване, производство на оцетна киселина и производство на метан. По време на фазата на подкиселяване факултативните бактерии (като Clostridium) разграждат макромолекулната органична материя (въглехидрати и протеини) до летливи мастни киселини (ЛМК, като оцетна киселина и пропионова киселина), алкохоли и CO₂. Ако натоварването на системата е прекомерно или метаногенната активност е инхибирана (напр. от температурни колебания или токсични вещества), VFAs не могат да бъдат незабавно преобразувани в CH₄ и CO₂, което води до натрупване на киселинни междинни продукти и значителен спад на pH (вероятно под 5,5).
2. Разрушаване на карбонатната буферна система
Оригиналната буферна двойка HCO₃⁻/CO₂ в отпадъчните води се изразходва при анаеробни условия:
CO₂ се разтваря във вода, за да образува H₂CO3, който се дисоциира на H⁺ и HCO3⁻;
Метаногените използват HCO₃⁻ като източник на въглерод, което води до намаляване на буферния капацитет.
Когато концентрациите на VFA надвишават 2000 mg/L, капацитетът за неутрализиране на алкалността на системата е превишен, което води до рязък спад на pH.
Образуване на сулфиди;
В сулфат{0}}съдържащи отпадъчни води (като фармацевтични и хартиени отпадъчни води), сулфат{1}}редуциращите бактерии (SRB) редуцират SO₄²⁻ до H₂S, консумират алкалност и освобождават H⁺.
Въпреки че OH⁻ се генерира локално, след като H₂S се комбинира с метални йони като Fe²⁺ във водата, OH⁻ е недостатъчен, за да компенсира киселинността на ЛМК.
II. Двигатели за понижаване на pH в аеробни резервоари
1. Силно подкисляване от нитрификация
Амонячният азот (NH₄⁺) се окислява до NO3⁻ от нитрозиращи бактерии (като Nitrosomonas) и нитрифициращи бактерии (като Nitrobacter). За всеки mg окислен NH₄⁺-N се консумират 7,14 mg алкалност (измерена като CaCO3) и се отделят 2 H⁺ единици.
В отпадъчните води с високо -амонячно азотно съдържание (като отпадъчни води от аквакултури), pH може да спадне с 1,5–2,0 единици по време на нитрификация.
2. Производство на киселина от хетеротрофни бактерии
Когато хетеротрофните бактерии в аеробни резервоари разграждат остатъчната органична материя, ако разтвореният кислород (DO) е недостатъчен (<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. Равновесие на разтваряне на CO₂
CO₂, произведен от микробното дишане, се разтваря във вода, за да образува H₂CO3. Когато интензитетът на аериране е недостатъчен, CO₂ не може да бъде ефективно отстранен, което води до повишаване на концентрацията на H⁺ в течната фаза.
III. Синергични ефекти и препоръки за контрол
1. Ефекти от анаеробно-свързване на аеробната система
VFA в отпадъчните води от анаеробния резервоар директно навлизат в аеробния резервоар, увеличавайки натоварването от подкисляване.
Когато нитрифицираният разтвор се върне в анаеробния резервоар, денитрификацията на NO₃⁻ консумира органична материя, но произвежда алкалност (рН се повишава с 0,3-0,5). Следователно съотношението на рециркулация трябва да бъде оптимизирано (обикновено 30-70%).
2. Стратегия за контрол
Анаеробен резервоар: Добавете NaHCO₃ (100-500 mg/L), за да поддържате алкалността; контрол на органичното натоварване (ХПК < 5000 mg/L); наблюдавайте ORP (-300-100 mV), за да избегнете прекомерно подкисляване.
Аеробен резервоар: Поддържайте DO > 2 mg/L; използвайте поетапен приток на вода за разреждане на VFAs; и добавете вар (Ca(OH)₂), за да неутрализирате нитрифициращата киселина.