predgovor:
Oni koji su radili na puštanju biohemijskog sistema u rad možda su se susreli sa ovim problemom: pad pH vrednosti u anaerobnim i aerobnim rezervoarima. Jasno je da je ovaj pad pH prvenstveno uzrokovan kvalitetom sirove vode. Određene supstance u sirovoj vodi proizvode kisele supstance ili troše alkalnost tokom anaerobnih reakcija (kao što su hidroliza i zakiseljavanje) ili aerobnih reakcija (kao što je nitrifikacija), što dovodi do pada pH vrednosti.
S jedne strane, ovaj pad pH je predvidiv. S obzirom na jasno razumijevanje kvaliteta sirove vode, ovaj pad pH se uzima u obzir u ranoj fazi dizajna projekta tretmana otpadnih voda i obično se instalira alkalno doziranje. Jednom sam radio na projektu otpadnih voda u servisnoj zoni autoputa i saznao sam da otpadne vode iz ovog područja sadrže veoma visoke nivoe amonijačnog azota i ukupnog azota. Proces nitrifikacije amonijačnog azota neizbježno troši značajnu količinu alkaliteta, tako da je uređaj za doziranje alkalija unaprijed-instaliran. U to vrijeme smo se susreli sa situacijom da nismo na vrijeme dopunili hemikalije, u suštini smo ostali bez ljuspica kaustične sode. Kao rezultat, pH je pao sa 7,5 na 6,5 prvog dana, a sa 6,5 na 5,5 drugog dana. U ovom trenutku, biohemijski sistem se u suštini srušio, proizvodeći značajnu penu i premašujući standarde za otpadne vode.
S druge strane, neočekivani padovi pH česti su u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda u industrijskim parkovima. Stanari ovih parkova se stalno mijenjaju, a otpadne vode koje ispuštaju su raznolike. Postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda ne uzimaju u obzir buduće korisnike tokom svog početnog projektovanja. Prošle godine smo naišli na neobjašnjiv pad pH u aerobnom rezervoaru. Prvi korak je, naravno, bio da se ispita uticajna kvaliteta. Primijetili smo da se sirova voda lako pjenila pri ulasku u regulacioni rezervoar, što ukazuje na prisustvo surfaktanata. Pored ispitivanja pH sirove vode, potrebno je i ispitivanje alkalnosti.
Sljedeći članak će sistematski analizirati uzroke pada pH vrijednosti u anaerobnim i aerobnim rezervoarima iz tri perspektive: reakcionog mehanizma, mikrobnog metabolizma i faktora okoline.
I. Mehanizmi pada pH u anaerobnim rezervoarima
1. Akumulacija organske kiseline
Anaerobna digestija se sastoji od četiri faze: hidroliza, acidifikacija, proizvodnja octene kiseline i proizvodnja metana. Tokom faze zakiseljavanja, 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 sistema pretjerano ili je aktivnost metanogena inhibirana (npr. fluktuacijama temperature ili toksičnim supstancama), VFA se ne mogu brzo pretvoriti u CH₄ i CO₂, što dovodi do akumulacije kiselih intermedijara i značajnog pada pH (moguće ispod 5,5).
2. Uništavanje karbonatnog pufer sistema
Originalni HCO₃⁻/CO₂ puferski par u otpadnoj vodi se troši u anaerobnim uslovima:
CO₂ se rastvara u vodi i formira H₂CO₃, koji se disocira na H⁺ i HCO₃⁻;
Metanogeni koriste HCO₃⁻ kao izvor ugljika, što rezultira smanjenjem puferskog kapaciteta.
Kada koncentracije VFA prelaze 2000 mg/L, kapacitet neutralizacije alkalnosti sistema je prekoračen, što uzrokuje oštar pad pH.
Formiranje sulfida;
U otpadnim vodama koje-sadrže sulfate (kao što su otpadne vode farmaceutskih i papirnih), sulfat{1}}reducirajuće bakterije (SRB) smanjuju SO₄²⁻ u H₂S, trošeći alkalnost i oslobađajući H⁺.
Iako se OH⁻ lokalno stvara, nakon što se H₂S kombinuje sa ionima metala kao što je Fe²⁺ u vodi, OH⁻ je nedovoljan da nadoknadi kiselost VFA.
II. Pokretači smanjenja pH u aerobnim rezervoarima
1. Jako zakiseljavanje zbog nitrifikacije
Amonijačni dušik (NH₄⁺) se oksidira u NO₃⁻ nitrozirajućim bakterijama (kao što je Nitrosomonas) i nitrifikujućim bakterijama (kao što je Nitrobacter). Za svaki mg oksidiranog NH₄⁺-N, troši se 7,14 mg alkalnosti (mjereno kao CaCO₃) i oslobađaju se 2 H⁺ jedinice.
U otpadnim vodama sa visokim{0}}amonijačnim azotom (kao što je otpadna voda iz akvakulture), pH može pasti za 1,5-2,0 jedinice tokom nitrifikacije.
2. Proizvodnja kiseline od strane heterotrofnih bakterija
Kada heterotrofne bakterije u aerobnim rezervoarima razgrađuju preostale organske materije, ako je otopljeni kiseonik (DO) nedovoljan (<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 rastvaranja CO₂
CO₂ proizveden mikrobnim disanjem otapa se u vodi i formira H₂CO₃. Kada je intenzitet aeracije nedovoljan, CO₂ se ne može efikasno ukloniti, što dovodi do povećanja koncentracije H⁺ u tečnoj fazi.
III. Sinergistički efekti i preporuke za kontrolu
1. Efekti anaerobnog-aerobnog spajanja sistema
VFA u efluentu anaerobnog rezervoara direktno ulaze u aerobni rezervoar, povećavajući opterećenje acidifikacije.
Kada se nitrificirani rastvor vrati u anaerobni rezervoar, denitrifikacija NO₃⁻ troši organsku materiju, ali proizvodi alkalnost (pH se povećava za 0,3-0,5). Stoga je potrebno optimizirati omjer recirkulacije (obično 30-70%).
2. Strategija kontrole
Anaerobni rezervoar: Dodajte NaHCO₃ (100-500 mg/L) za održavanje alkalnosti; kontrola organskog opterećenja (COD < 5000 mg/L); pratiti ORP (-300-100 mV) kako bi se izbjeglo prekomjerno zakiseljavanje.
Aerobni rezervoar: Održavajte DO > 2 mg/L; koristiti postupni dotok vode za razrjeđivanje VFA; i dodati kreč (Ca(OH)₂) da neutrališe nitrifikujuću kiselinu.
