Eessõna:
Need, kes on töötanud biokeemiliste süsteemide kasutuselevõtuga, võisid selle probleemiga kokku puutuda: pH langus anaeroobsetes ja aeroobsetes mahutites. On selge, et selle pH languse põhjuseks on peamiselt toorvee kvaliteet. Teatud ained toorvees toodavad happelisi aineid või tarbivad leeliselisust anaeroobsete reaktsioonide (nagu hüdrolüüs ja hapestumine) või aeroobsete reaktsioonide (nt nitrifikatsioon) käigus, mis viib pH languseni.
Ühest küljest on see pH langus etteaimatav. Arvestades selget arusaama toorvee kvaliteedist, arvestatakse seda pH langust reoveepuhastusprojekti alguses ja tavaliselt paigaldatakse leelise doseerimine. Töötasin kunagi kiirtee teeninduspiirkonnas reoveeprojekti kallal ja sain teada, et selle piirkonna reovesi sisaldas väga palju ammoniaaklämmastikku ja üldlämmastikku. Ammoniaaklämmastiku nitrifikatsiooniprotsess kulutab paratamatult suures koguses leelist, seetõttu paigaldati leelise doseerimisseade-. Tollal puutusime kokku olukorraga, kus me ei täiendanud kemikaale õigel ajal, sisuliselt said seebikivihelbed otsa. Selle tulemusena langes pH esimesel päeval 7,5-lt 6,5-le ja teisel päeval 6,5-lt 5,5-le. Sel hetkel lagunes biokeemiline süsteem sisuliselt kokku, tekitades märkimisväärset vahtu ja ületades heitvee norme.
Seevastu ootamatud pH langused on tööstusparkide reoveepuhastites tavalised. Nende parkide asukad muutuvad pidevalt ja reovesi, mida nad juhivad, on mitmekesised. Reoveepuhastid ei arvesta oma esialgse projekteerimise ajal tulevastega. Eelmisel aastal kohtasime aeroobses paagis seletamatut pH langust. Esimene samm oli loomulikult mõjuva kvaliteedi uurimine. Märkasime, et toorvesi vahutas kergesti reguleerimispaaki sisenedes, mis viitab pindaktiivsete ainete olemasolule. Lisaks toorvee pH testimisele oli vajalik ka aluselisuse testimine.
Järgmises artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt pH languse põhjuseid anaeroobsetes ja aeroobsetes mahutites kolmest vaatenurgast: reaktsioonimehhanism, mikroobide metabolism ja keskkonnategurid.
I. PH languse mehhanismid anaeroobsetes mahutites
1. Orgaanilise happe kogunemine
Anaeroobne kääritamine koosneb neljast etapist: hüdrolüüs, hapestamine, äädikhappe tootmine ja metaani tootmine. Hapestamise faasis lagundavad fakultatiivsed bakterid (nagu Clostridium) makromolekulaarsed orgaanilised ained (süsivesikud ja valgud) lenduvateks rasvhapeteks (VFA-d, nagu äädikhape ja propioonhape), alkoholideks ja CO₂. Kui süsteemi koormus on ülemäärane või metanogeeni aktiivsus on pärsitud (nt temperatuurikõikumiste või mürgiste ainete tõttu), ei saa VFA-sid koheselt CH₄-ks ja CO₂-ks muuta, mis toob kaasa happeliste vaheühendite kuhjumise ja pH olulise languse (võimalik, et alla 5,5).
2. Karbonaatpuhvri süsteemi hävitamine
Algne HCO₃⁻/CO₂ puhvripaar reovees tarbitakse anaeroobsetes tingimustes:
CO₂ lahustub vees, moodustades H2CO₂, mis dissotsieerub H⁺-ks ja HCO₻-ks;
Metanogeenid kasutavad süsinikuallikana HCO₃⁻, mille tulemuseks on puhverdusvõime vähenemine.
Kui VFA kontsentratsioon ületab 2000 mg/L, ületatakse süsteemi leeliselisuse neutraliseerimisvõime, mis põhjustab pH järsu languse.
Sulfiidide moodustumine;
Sulfaate{0}}sisaldavas reovees (nt farmaatsia- ja paberitööstuse reovesi) redutseerivad sulfaati{1}}redutseerivad bakterid (SRB) SO₄2⁻ H2S-ks, mis kulutab leeliselisust ja vabastab H⁺.
Kuigi OH⁻ tekib lokaalselt, ei ole pärast H2S ühinemist vees metalliioonidega, nagu Fe2+, OH⁻ ebapiisav VFAde happesuse tasakaalustamiseks.
II. Aeroobsete tankide pH languse tegurid
1. Nitrifikatsioonist tulenev tugev hapestumine
Nitroseerivate bakterite (nagu Nitrosomonas) ja nitrifitseerivate bakterite (nagu Nitrobacter) poolt oksüdeeritakse ammoniaaklämmastik (NH4⁺) NO3⁻-ks. Iga oksüdeeritud NH₄⁺-N mg mg kohta kulub 7,14 mg leeliselisust (mõõdetuna CaCO₃-na) ja vabaneb 2 H⁺ ühikut.
Kõrge-ammooniumlämmastikusisaldusega reovees (nt vesiviljeluse reovesi) võib pH nitrifikatsiooni käigus langeda 1,5–2,0 ühiku võrra.
2. Heterotroofsete bakterite happe tootmine
Kui heterotroofsed bakterid aeroobsetes tankides lagundavad orgaanilise aine jääke, kui lahustunud hapnikust (DO) ei piisa (<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 lahustumise tasakaal
Mikroobide hingamisel tekkiv CO₂ lahustub vees, moodustades H2CO₃. Kui õhutamise intensiivsus on ebapiisav, ei saa CO₂ tõhusalt eemaldada, mille tulemuseks on H⁺ kontsentratsiooni suurenemine vedelas faasis.
III. Sünergilised mõjud ja tõrjesoovitused
1. Anaeroobse{1}}aeroobse süsteemi sidumise mõju
Anaeroobse paagi heitvees olevad VFA-d sisenevad otse aeroobsesse paaki, suurendades hapestamiskoormust.
Kui nitrifitseeritud lahus suunatakse tagasi anaeroobsesse mahutisse, kulutab NO3⁻ denitrifikatsioon orgaanilist ainet, kuid tekitab leeliselisuse (pH tõuseb 0,3-0,5 võrra). Seetõttu tuleb retsirkulatsiooni suhet optimeerida (tavaliselt 30-70%).
2. Kontrollistrateegia
Anaeroobne paak: lisage NaHCO₃ (100-500 mg/L), et säilitada leeliselisus; orgaanilise koormuse kontroll (COD < 5000 mg/L); jälgida ORP-d (-300-100 mV), et vältida ülehapestumist.
Aeroobne paak: Säilitage DO > 2 mg/L; kasutage VFA-de lahjendamiseks etapiviisilist vee sissevoolu; ja lisage nitrifitseeriva happe neutraliseerimiseks lubi (Ca(OH)₂).