Prefaţă:
Cei care au lucrat la punerea în funcțiune a sistemelor biochimice s-ar fi confruntat cu această problemă: o scădere a pH-ului în rezervoarele anaerobe și aerobe. Este clar că această scădere a pH-ului este cauzată în primul rând de calitatea apei brute. Anumite substanțe din apa brută produc substanțe acide sau consumă alcalinitate în timpul reacțiilor anaerobe (cum ar fi hidroliza și acidificarea) sau reacțiilor aerobe (cum ar fi nitrificarea), ducând la o scădere a pH-ului.
Pe de o parte, această scădere a pH-ului este previzibilă. Având în vedere o înțelegere clară a calității apei brute, această scădere a pH-ului este luată în considerare la începutul proiectului de tratare a apelor uzate, iar dozarea alcaline este de obicei instalată. Odată am lucrat la un proiect de apă uzată într-o zonă de deservire a autostrăzii și am aflat că apele uzate din această zonă conțineau niveluri foarte mari de azot amoniac și azot total. Procesul de nitrificare cu azot de amoniac consumă inevitabil o cantitate semnificativă de alcalinitate, așa că un dispozitiv de dozare alcalin a fost pre-instalat. La acel moment, ne-am confruntat cu o situație în care nu am reumplut substanțele chimice în timp util, practic rămânând fără fulgi de sodă caustică. Ca urmare, pH-ul a scăzut de la 7,5 la 6,5 în prima zi și de la 6,5 la 5,5 în a doua zi. În acest moment, sistemul biochimic sa prăbușit în esență, producând spumă semnificativă și depășind standardele de efluent.
Pe de altă parte, scăderile neașteptate ale pH-ului sunt frecvente în stațiile de tratare a apelor uzate din parcurile industriale. Locuitorii acestor parcuri sunt în continuă schimbare, iar apele uzate pe care le deversează sunt diverse. Stațiile de tratare a apelor uzate nu iau în considerare viitorii ocupanți la proiectarea lor inițială. Anul trecut, am întâlnit o scădere inexplicabilă a pH-ului în rezervorul de aerobic. Primul pas, desigur, a fost investigarea calității influentului. Am observat că apa brută face spumă ușor la intrarea în rezervorul de reglare, sugerând prezența agenților tensioactivi. Pe lângă testarea pH-ului apei brute, a fost necesară și testarea alcalinității.
Următorul articol va analiza în mod sistematic cauzele scăderii pH-ului în rezervoarele anaerobe și aerobe din trei perspective: mecanismul de reacție, metabolismul microbian și factorii de mediu.
I. Mecanisme de scădere a pH-ului în rezervoarele anaerobe
1. Acumularea acidului organic
Digestia anaerobă constă în patru etape: hidroliza, acidificarea, producția de acid acetic și producția de metan. În timpul fazei de acidificare, bacteriile facultative (cum ar fi Clostridium) descompun materia organică macromoleculară (carbohidrați și proteine) în acizi grași volatili (VFA, cum ar fi acidul acetic și acidul propionic), alcooli și CO₂. Dacă sarcina sistemului este excesivă sau activitatea metanogenului este inhibată (de exemplu, de fluctuații de temperatură sau de substanțe toxice), VFA nu pot fi transformate prompt în CH₄ și CO₂, ceea ce duce la acumularea de intermediari acizi și la o scădere semnificativă a pH-ului (posibil sub 5,5).
2. Distrugerea sistemului tampon carbonat
Perechea originală de tampon HCO₃⁻/CO₂ din apa uzată este consumată în condiții anaerobe:
CO₂ se dizolvă în apă pentru a forma H₂CO₃, care se disociază în H⁺ și HCO₃⁻;
Metanogenii folosesc HCO₃⁻ ca sursă de carbon, rezultând o scădere a capacității tampon.
Când concentrațiile de VFA depășesc 2000 mg/L, capacitatea sistemului de neutralizare a alcalinității este depășită, provocând o scădere bruscă a pH-ului.
Formarea de sulfuri;
În apele uzate care conțin sulfat-(cum ar fi apele uzate farmaceutice și de fabricare a hârtiei), bacteriile-reducătoare de sulfat (SRB) reduc SO₄²⁻ la H₂S, consumând alcalinitate și eliberând H⁺.
Deși OH⁻ este generat local, după ce H₂S se combină cu ioni metalici, cum ar fi Fe²⁺, în apă, OH⁻ este insuficient pentru a compensa aciditatea VFA.
II. Factori ai scăderii pH-ului în rezervoarele aerobe
1. Acidificare puternică din nitrificare
Azotul de amoniac (NH₄⁺) este oxidat la NO₃⁻ prin bacterii nitrozante (cum ar fi Nitrosomonas) și bacterii nitrificatoare (cum ar fi Nitrobacter). Pentru fiecare mg de NH₄⁺-N oxidat, se consumă 7,14 mg de alcalinitate (măsurată ca CaCO₃) și se eliberează 2 unități H⁺.
În apele reziduale cu azot cu conținut ridicat de-amoniac (cum ar fi apele uzate de acvacultură), pH-ul poate scădea cu 1,5–2,0 unități în timpul nitrificării.
2. Producția de acid de către bacteriile heterotrofe
Când bacteriile heterotrofe din rezervoarele aerobe degradează materia organică reziduală, dacă oxigenul dizolvat (DO) este insuficient (<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. Echilibrul de dizolvare a CO₂
CO₂ produs prin respirația microbiană se dizolvă în apă pentru a forma H₂CO₃. Când intensitatea aerării este insuficientă, CO₂ nu poate fi îndepărtat eficient, rezultând o creștere a concentrației de H⁺ în faza lichidă.
III. Efecte sinergice și recomandări de control
1. Efectele cuplării sistemului anaerob-aerob
VFA din efluentul rezervorului anaerob intră direct în rezervorul aerob, crescând sarcina de acidificare.
Când soluția nitrificată este returnată în rezervorul anaerob, denitrificarea NO₃⁻ consumă materie organică dar produce alcalinitate (pH-ul crește cu 0,3-0,5). Prin urmare, raportul de recirculare trebuie optimizat (de obicei 30-70%).
2. Strategia de control
Rezervor anaerob: adăugați NaHCO₃ (100-500 mg/L) pentru a menține alcalinitatea; controlul încărcăturii organice (COD < 5000 mg/L); monitorizați ORP (-300-100 mV) pentru a evita supraacidificarea.
Rezervor aerob: Menține DO > 2 mg/L; utilizați fluxul de apă în etape pentru a dilua VFA; și se adaugă var (Ca(OH)₂) pentru a neutraliza acidul de nitrificare.