Forord:
De, der har arbejdet med idriftsættelse af biokemiske systemer, kan være stødt på dette problem: et fald i pH i anaerobe og aerobe tanke. Det er klart, at dette pH-fald primært er forårsaget af råvandskvaliteten. Visse stoffer i råvandet producerer sure stoffer eller forbruger alkalinitet under anaerobe reaktioner (såsom hydrolyse og forsuring) eller aerobe reaktioner (såsom nitrifikation), hvilket fører til et pH-fald.
På den ene side er dette pH-fald forudsigeligt. Givet en klar forståelse af råvandskvaliteten, overvejes dette pH-fald tidligt i spildevandsbehandlingsprojektets design, og alkalidosering er typisk installeret. Jeg arbejdede engang på et spildevandsprojekt på et motorvejsserviceområde, og jeg lærte, at spildevandet fra dette område indeholdt meget høje niveauer af ammoniak-kvælstof og total-nitrogen. Ammoniak-nitrogennitrifikationsprocessen forbruger uundgåeligt en betydelig mængde alkalinitet, så en alkalidoseringsenhed blev forudinstalleret-. På det tidspunkt stødte vi på en situation, hvor vi ikke genopfyldte kemikalierne i tide, og i det væsentlige løb tør for kaustiske sodaflager. Som et resultat faldt pH fra 7,5 til 6,5 på den første dag og fra 6,5 til 5,5 på den anden dag. På dette tidspunkt kollapsede det biokemiske system i det væsentlige og producerede betydeligt skum og oversteg spildevandsstandarderne.
På den anden side er uventede pH-fald almindelige i spildevandsrensningsanlæg i industriparker. Beboerne i disse parker ændrer sig konstant, og spildevandet, de udleder, er forskelligartet. Spildevandsrensningsanlæggene tager ikke hensyn til fremtidige beboere under deres oprindelige design. Sidste år stødte vi på et uforklarligt pH-fald i den aerobe tank. Det første skridt var selvfølgelig at undersøge den indflydelsesrige kvalitet. Vi observerede, at råvandet let skummede, når det kom ind i reguleringstanken, hvilket tyder på tilstedeværelsen af overfladeaktive stoffer. Ud over at teste råvandets pH var alkalinitetstestning også nødvendig.
Den følgende artikel vil systematisk analysere årsagerne til pH-fald i anaerobe og aerobe tanke fra tre perspektiver: reaktionsmekanisme, mikrobiel metabolisme og miljøfaktorer.
I. Mekanismer for pH-fald i anaerobe tanke
1. Ophobning af organisk syre
Anaerob fordøjelse består af fire trin: hydrolyse, forsuring, eddikesyreproduktion og metanproduktion. Under forsuringsfasen nedbryder fakultative bakterier (såsom Clostridium) makromolekylært organisk stof (kulhydrater og proteiner) til flygtige fedtsyrer (VFA'er, såsom eddikesyre og propionsyre), alkoholer og CO₂. Hvis systembelastningen er for høj, eller methanogenaktiviteten hæmmes (f.eks. af temperaturudsving eller giftige stoffer), kan VFA'er ikke omdannes til CH₄ og CO₂, hvilket fører til ophobning af sure mellemprodukter og et betydeligt fald i pH (muligvis under 5,5).
2. Destruktion af karbonatbuffersystemet
Det originale HCO₃⁻/CO₂-bufferpar i spildevandet forbruges under anaerobe forhold:
CO2 opløses i vand til dannelse af H2CO3, som dissocierer til H+ og HCO3⁻;
Methanogener bruger HCO3⁻ som en kulstofkilde, hvilket resulterer i et fald i bufferkapacitet.
Når VFA-koncentrationer overstiger 2000 mg/L, overskrides systemets alkalinitetsneutraliseringskapacitet, hvilket medfører et kraftigt fald i pH.
Sulfiddannelse;
I sulfatholdigt-spildevand (såsom spildevand fra farmaceutisk og papirfremstilling) reducerer sulfat-reducerende bakterier (SRB) SO₄²⁻ til H₂S, forbruger alkalinitet og frigiver H⁺.
Selvom OH⁻ er lokalt genereret, er OH⁻ utilstrækkelig til at opveje surhedsgraden af VFA'er, efter at H2S kombineres med metalioner såsom Fe²+ i vandet.
II. Driver til pH-fald i aerobe tanke
1. Stærk forsuring fra nitrifikation
Ammoniaknitrogen (NH4+) oxideres til NO3⁻ af nitroserende bakterier (såsom Nitrosomonas) og nitrificerende bakterier (såsom Nitrobacter). For hver mg NH₄⁺-N oxideret, forbruges 7,14 mg alkalinitet (målt som CaCO₃), og der frigives 2 H⁺-enheder.
I spildevand med højt-ammoniaknitrogenindhold (såsom akvakulturspildevand) kan pH falde med 1,5-2,0 enheder under nitrifikation.
2. Syreproduktion af heterotrofe bakterier
Når heterotrofe bakterier i aerobe tanke nedbryder resterende organisk stof, hvis opløst ilt (DO) er utilstrækkeligt (<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. CO₂-opløsningsligevægt
CO₂ produceret ved mikrobiel respiration opløses i vand og danner H₂CO₃. Når beluftningsintensiteten er utilstrækkelig, kan CO₂ ikke fjernes effektivt, hvilket resulterer i en stigning i H+-koncentrationen i væskefasen.
III. Synergistiske effekter og kontrolanbefalinger
1. Effekter af anaerob-aerob systemkobling
VFA'er i den anaerobe tankspildevand kommer direkte ind i den aerobe tank, hvilket øger forsuringsbelastningen.
Når den nitrificerede opløsning returneres til den anaerobe tank, forbruger NO3⁻ denitrifikation organisk stof, men frembringer alkalinitet (pH stiger med 0,3-0,5). Derfor skal recirkulationsforholdet optimeres (typisk 30-70%).
2. Kontrolstrategi
Anaerob tank: Tilsæt NaHCO₃ (100-500 mg/L) for at bevare alkaliniteten; kontrol organisk belastning (COD < 5000 mg/L); overvåg ORP (-300-100 mV) for at undgå oversyre.
Aerob tank: Oprethold DO > 2 mg/L; brug trinvis vandtilstrømning til at fortynde VFA'er; og tilsæt kalk (Ca(OH)2) for at neutralisere nitrificerende syre.
