Předmluva:
Ti, kteří pracovali na uvádění biochemického systému do provozu, se možná setkali s tímto problémem: poklesem pH v anaerobních a aerobních nádržích. Je jasné, že tento pokles pH je způsoben především kvalitou surové vody. Některé látky v surové vodě produkují kyselé látky nebo spotřebovávají alkalitu během anaerobních reakcí (jako je hydrolýza a acidifikace) nebo aerobních reakcí (jako je nitrifikace), což vede k poklesu pH.
Na jedné straně je tento pokles pH předvídatelný. Vzhledem k jasnému pochopení kvality surové vody je tento pokles pH zvažován již v rané fázi návrhu projektu čištění odpadních vod a obvykle je instalováno dávkování alkálií. Kdysi jsem pracoval na projektu odpadních vod na dálniční obslužné oblasti a dozvěděl jsem se, že odpadní voda z této oblasti obsahovala velmi vysoké hladiny amoniakálního dusíku a celkového dusíku. Proces nitrifikace amoniakem a dusíkem nevyhnutelně spotřebovává značné množství zásaditosti, proto bylo předinstalováno dávkovací zařízení zásad-. V té době jsme narazili na situaci, kdy jsme včas nedoplnili chemikálie, v podstatě nám došly vločky louhu. V důsledku toho kleslo pH první den ze 7,5 na 6,5 a druhý den z 6,5 na 5,5. V tomto bodě se biochemický systém v podstatě zhroutil, produkoval významnou pěnu a překročil standardy odpadních vod.
Na druhou stranu nečekané poklesy pH jsou běžné v čistírnách odpadních vod v průmyslových parcích. Obyvatelé těchto parků se neustále mění a odpadní vody, které vypouštějí, jsou různorodé. Čistírny odpadních vod nepočítají při svém prvotním návrhu s budoucími obyvateli. Loni jsme se setkali s nevysvětlitelným poklesem pH v aerobní nádrži. Prvním krokem bylo samozřejmě prozkoumat kvalitu vlivu. Pozorovali jsme, že surová voda při vstupu do regulační nádrže snadno pěnila, což naznačuje přítomnost povrchově aktivních látek. Kromě testování pH surové vody bylo nutné také testování alkality.
Následující článek bude systematicky analyzovat příčiny poklesu pH v anaerobních a aerobních nádržích ze tří hledisek: reakční mechanismus, mikrobiální metabolismus a faktory prostředí.
I. Mechanismy poklesu pH v anaerobních nádržích
1. Akumulace organických kyselin
Anaerobní digesce se skládá ze čtyř fází: hydrolýza, acidifikace, produkce kyseliny octové a produkce metanu. Během okyselovací fáze fakultativní bakterie (jako je Clostridium) rozkládají makromolekulární organickou hmotu (sacharidy a bílkoviny) na těkavé mastné kyseliny (VFA, jako je kyselina octová a kyselina propionová), alkoholy a CO₂. Pokud je zatížení systému nadměrné nebo je aktivita metanogenu inhibována (např. kolísáním teploty nebo toxickými látkami), VFA nemohou být okamžitě přeměněny na CH4 a CO2, což vede k akumulaci kyselých meziproduktů a výraznému poklesu pH (možná pod 5,5).
2. Zničení systému karbonátového pufru
Původní dvojice pufrů HCO₃⁻/CO₂ v odpadní vodě se spotřebovává za anaerobních podmínek:
CO2 se rozpouští ve vodě za vzniku H2C03, který se disociuje na H+ a HCO34;
Methanogeny využívají jako zdroj uhlíku HCO₃⁻, což má za následek snížení pufrační kapacity.
Když koncentrace VFA překročí 2000 mg/l, je překročena kapacita neutralizace alkality systému, což způsobí prudký pokles pH.
Tvorba sulfidů;
V odpadních vodách obsahujících síran- (jako jsou farmaceutické a papírenské odpadní vody) redukují bakterie -redukující sírany (SRB) SO₄²⁻ na H₂S, spotřebovávají alkalitu a uvolňují H⁺.
Přestože se OH⁻ vytváří lokálně, poté, co se H2S sloučí s kovovými ionty, jako je Fe2⁺ ve vodě, OH⁻ nestačí vyrovnat kyselost VFA.
II. Ovladače snížení pH v aerobních nádržích
1. Silné okyselení z nitrifikace
Amoniakální dusík (NH₄⁺) je oxidován na NO₃⁻ nitrosačními bakteriemi (jako je Nitrosomonas) a nitrifikačními bakteriemi (jako je Nitrobacter). Na každý mg oxidovaného NH₄⁺-N se spotřebuje 7,14 mg alkality (měřeno jako CaCO₃) a uvolní se 2 H⁺ jednotky.
V odpadních vodách s vysokým-amonným dusíkem (jako jsou odpadní vody z akvakultury) může pH během nitrifikace klesnout o 1,5–2,0 jednotek.
2. Produkce kyseliny heterotrofními bakteriemi
Když heterotrofní bakterie v aerobních nádržích degradují zbytkovou organickou hmotu, pokud je rozpuštěný kyslík (DO) nedostatečný (<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. Rozpouštěcí rovnováha CO₂
CO₂ produkovaný mikrobiálním dýcháním se rozpouští ve vodě za vzniku H₂CO3. Pokud je intenzita provzdušňování nedostatečná, CO₂ nemůže být účinně stripován, což má za následek zvýšení koncentrace H⁺ v kapalné fázi.
III. Synergické efekty a doporučení pro kontrolu
1. Účinky anaerobního-aerobního systému spojení
VFA v odpadní vodě z anaerobní nádrže přímo vstupují do aerobní nádrže, což zvyšuje acidifikační zátěž.
Když se nitrifikovaný roztok vrací do anaerobní nádrže, denitrifikace NO3⁻ spotřebovává organickou hmotu, ale vytváří alkalitu (pH se zvyšuje o 0,3-0,5). Proto je potřeba optimalizovat recirkulační poměr (typicky 30-70%).
2. Strategie kontroly
Anaerobní nádrž: Přidejte NaHCO₃ (100-500 mg/L) pro udržení alkality; kontrolní organická zátěž (CHSK < 5000 mg/l); monitorujte ORP (-300-100 mV), aby nedošlo k překyselení.
Aerobní nádrž: Udržujte DO > 2 mg/l; používat stupňovitý přítok vody k ředění VFA; a přidejte vápno (Ca(OH)2) k neutralizaci nitrifikační kyseliny.