Передмова:
Ті, хто працював над введенням в експлуатацію біохімічної системи, можливо, стикалися з цією проблемою: падіння pH в анаеробних і аеробних резервуарах. Зрозуміло, що це падіння рН спричинене насамперед якістю сирої води. Певні речовини у сирій воді виробляють кислі речовини або споживають лужність під час анаеробних реакцій (таких як гідроліз і підкислення) або аеробних реакцій (таких як нітрифікація), що призводить до зниження pH.
З одного боку, це падіння pH можна передбачити. З огляду на чітке розуміння якості сирої води, це зниження рН враховується на ранній стадії розробки проекту очищення стічних вод, і зазвичай встановлюється дозування лугу. Одного разу я працював над проектом очищення стічних вод на території обслуговування автомагістралі, і я дізнався, що стічні води з цієї території містять дуже високий рівень аміачного азоту та загального азоту. Процес нітрифікації аміачного азоту неминуче споживає значну кількість лугу, тому було попередньо -встановлено пристрій для дозування лугу. У той час ми зіткнулися з ситуацією, коли ми не поповнили хімічні речовини вчасно, по суті, закінчилися пластівці каустичної соди. У результаті в перший день рН знизився з 7,5 до 6,5, а на другий — з 6,5 до 5,5. У цей момент біохімічна система фактично зруйнувалася, утворюючи значну кількість піни та перевищуючи стандарти стоків.
З іншого боку, несподівані падіння рН є поширеними на очисних спорудах промислових парків. Мешканці цих парків постійно змінюються, а стічні води, які вони скидають, різноманітні. Очисні споруди не враховують майбутніх мешканців під час початкового проектування. Минулого року ми зіткнулися з незрозумілим падінням pH в аеробному баку. Першим кроком, звичайно, було дослідження впливової якості. Ми помітили, що необроблена вода легко піниться при надходженні в регулюючий резервуар, що свідчить про наявність поверхнево-активних речовин. На додаток до тестування рН сирої води також необхідно було перевірити лужність.
У наступній статті буде систематично проаналізовано причини зниження pH в анаеробних і аеробних резервуарах з трьох точок зору: механізм реакції, мікробний метаболізм і фактори навколишнього середовища.
I. Механізми падіння pH в анаеробних резервуарах
1. Накопичення органічних кислот
Анаеробне зброджування складається з чотирьох стадій: гідроліз, підкислення, утворення оцтової кислоти та утворення метану. Під час фази підкислення факультативні бактерії (такі як Clostridium) розщеплюють макромолекулярну органічну речовину (вуглеводи та білки) на летючі жирні кислоти (ЛЖК, такі як оцтова кислота та пропіонова кислота), спирти та CO₂. Якщо навантаження на систему є надмірним або активність метаногену пригнічується (наприклад, коливаннями температури або токсичними речовинами), ЛЖК не можуть бути швидко перетворені в CH₄ і CO₂, що призводить до накопичення кислих проміжних продуктів і значного зниження рН (можливо, нижче 5,5).
2. Руйнування карбонатної буферної системи
Вихідна буферна пара HCO₃⁻/CO₂ у стічній воді споживається в анаеробних умовах:
CO₂ розчиняється у воді з утворенням H₂CO3, який дисоціює на H⁺ і HCO3⁻;
Метаногени використовують HCO₃⁻ як джерело вуглецю, що призводить до зниження буферної ємності.
Коли концентрації VFA перевищують 2000 мг/л, здатність нейтралізувати лужність системи перевищується, що спричиняє різке падіння pH.
Утворення сульфідів;
У стічних водах,-які містять сульфати (наприклад, стічних водах фармацевтичних і паперових виробництв), сульфат{1}}відновлюючі бактерії (SRB) відновлюють SO₄²⁻ до H₂S, споживаючи лужність і вивільняючи H⁺.
Хоча OH⁻ утворюється локально, після з’єднання H₂S з іонами металів, такими як Fe²⁺ у воді, OH⁻ недостатньо для компенсації кислотності ЛЖК.
II. Причини зниження pH в аеробних баках
1. Сильне підкислення від нітрифікації
Амоніачний азот (NH₄⁺) окислюється до NO3⁻ нітрозуючими бактеріями (такими як Nitrosomonas) і нітрифікуючими бактеріями (такими як Nitrobacter). На кожен мг окисленого NH₄⁺-N споживається 7,14 мг лужності (вимірюється як CaCO₃) і виділяється 2 одиниці H⁺.
У стічних водах із -високим вмістом аміачного азоту (наприклад, стічних водах аквакультури) рН може знизитися на 1,5–2,0 одиниці під час нітрифікації.
2. Утворення кислоти гетеротрофними бактеріями
Коли гетеротрофні бактерії в аеробних резервуарах розкладають залишкову органічну речовину, якщо розчиненого кисню (РО) недостатньо (<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. Рівновага розчинення CO₂
CO₂, що утворюється в результаті дихання мікробів, розчиняється у воді з утворенням H₂CO3. Коли інтенсивність аерації недостатня, CO₂ не може бути ефективно видалений, що призводить до збільшення концентрації H⁺ у рідкій фазі.
III. Синергічні ефекти та рекомендації щодо контролю
1. Вплив анаеробного-зв’язку аеробної системи
ЛЖК зі стічних вод анаеробного резервуару потрапляють безпосередньо в аеробний резервуар, збільшуючи навантаження підкислення.
Коли нітрифікований розчин повертається в анаеробний резервуар, денітрифікація NO₃⁻ споживає органічну речовину, але створює лужність (pH збільшується на 0,3-0,5). Тому коефіцієнт рециркуляції необхідно оптимізувати (зазвичай 30-70%).
2. Стратегія контролю
Анаеробний резервуар: додайте NaHCO₃ (100-500 мг/л), щоб підтримувати лужність; контроль органічного навантаження (ХПК < 5000 мг/л); контролювати ОВП (-300-100 мВ), щоб уникнути надмірного підкислення.
Аеробний резервуар: підтримувати DO > 2 мг/л; використовувати поступовий приплив води для розведення ЛЖК; і додайте вапно (Ca(OH)₂), щоб нейтралізувати нітрифікуючу кислоту.
