Rhagair:
Efallai bod y rhai sydd wedi gweithio ar gomisiynu systemau biocemegol wedi dod ar draws y mater hwn: gostyngiad mewn pH mewn tanciau anaerobig ac aerobig. Mae'n amlwg bod y gostyngiad pH hwn yn cael ei achosi'n bennaf gan ansawdd dŵr crai. Mae rhai sylweddau yn y dŵr crai yn cynhyrchu sylweddau asidig neu'n bwyta alcalinedd yn ystod adweithiau anaerobig (fel hydrolysis ac asideiddio) neu adweithiau aerobig (fel nitreiddiad), gan arwain at ostyngiad mewn pH.
Ar y naill law, mae'r gostyngiad pH hwn yn rhagweladwy. O gael dealltwriaeth glir o ansawdd dŵr crai, ystyrir y gostyngiad pH hwn yn gynnar yn nyluniad y prosiect trin dŵr gwastraff, ac mae dosio alcali fel arfer yn cael ei osod. Roeddwn unwaith yn gweithio ar brosiect dŵr gwastraff mewn ardal gwasanaeth priffyrdd, a dysgais fod y dŵr gwastraff o'r ardal hon yn cynnwys lefelau uchel iawn o nitrogen amonia a chyfanswm nitrogen. Mae'r broses nitreiddiad amonia nitrogen yn anochel yn defnyddio cryn dipyn o alcalinedd, felly roedd dyfais dosio alcali wedi'i-osod ymlaen llaw. Bryd hynny, daethom ar draws sefyllfa lle nad oeddem yn ailgyflenwi'r cemegau mewn modd amserol, gan redeg allan o naddion soda costig i bob pwrpas. O ganlyniad, gostyngodd y pH o 7.5 i 6.5 ar y diwrnod cyntaf, ac o 6.5 i 5.5 ar yr ail ddiwrnod. Ar y pwynt hwn, cwympodd y system biocemegol yn y bôn, gan gynhyrchu ewyn sylweddol a rhagori ar safonau elifiant.
Ar y llaw arall, mae diferion pH annisgwyl yn gyffredin mewn gweithfeydd trin dŵr gwastraff mewn parciau diwydiannol. Mae preswylwyr y parciau hyn yn newid yn gyson, ac mae'r dŵr gwastraff y maent yn ei ollwng yn amrywiol. Nid yw'r gweithfeydd trin dŵr gwastraff yn ystyried deiliaid y dyfodol yn ystod eu dyluniad cychwynnol. Y llynedd, gwelsom ostyngiad anesboniadwy mewn pH yn y tanc aerobig. Y cam cyntaf, wrth gwrs, oedd ymchwilio i'r ansawdd dylanwadol. Gwelsom fod y dŵr crai yn ewynnu'n hawdd wrth fynd i mewn i'r tanc rheoleiddio, sy'n awgrymu presenoldeb syrffactyddion. Yn ogystal â phrofi'r pH dŵr crai, roedd angen profi alcalinedd hefyd.
Bydd yr erthygl ganlynol yn dadansoddi'n systematig achosion cwymp pH mewn tanciau anaerobig ac aerobig o dri safbwynt: mecanwaith adwaith, metaboledd microbaidd, a ffactorau amgylcheddol.
I. Mecanweithiau o Gostyngiad pH mewn Tanciau Anaerobig
1. Cronni Asid Organig
Mae treulio anerobig yn cynnwys pedwar cam: hydrolysis, asideiddio, cynhyrchu asid asetig, a chynhyrchu methan. Yn ystod y cyfnod asideiddio, mae bacteria cyfadrannol (fel Clostridium) yn torri i lawr mater organig macromoleciwlaidd (carbohydradau a phroteinau) yn asidau brasterog anweddol (VFAs, fel asid asetig ac asid propionig), alcoholau, a CO₂. Os yw llwyth y system yn ormodol neu os yw gweithgaredd methanogen yn cael ei atal (ee, gan amrywiadau tymheredd neu sylweddau gwenwynig), ni ellir trosi VFAs yn brydlon i CH₄ a CO₂, gan arwain at gronni canolradd asidig a gostyngiad sylweddol mewn pH (o bosibl yn is na 5.5).
2. Dinistrio'r System Clustogi Carbonad
Mae'r pâr clustogi HCO₃⁻/CO₂ gwreiddiol yn y dŵr gwastraff yn cael ei yfed o dan amodau anaerobig:
Mae CO₂ yn hydoddi mewn dŵr i ffurfio H₂CO₃, sy'n daduno i H⁺ a HCO₃⁻;
Mae methanogenau yn defnyddio HCO₃⁻ fel ffynhonnell garbon, gan arwain at ostyngiad mewn cynhwysedd byffro.
Pan fydd crynodiadau VFA yn fwy na 2000 mg/L, rhagorir ar allu niwtraleiddio alcalinedd y system, gan achosi gostyngiad sydyn mewn pH.
ffurfio sylffid;
Mewn sylffad-sy'n cynnwys dŵr gwastraff (fel dŵr gwastraff fferyllol a gwneud papur), mae sylffad-bacteria sy'n lleihau (SRB) yn lleihau SO₄²⁻ i H₂S, gan ddefnyddio alcalinedd a rhyddhau H⁺.
Er bod OH⁻ yn cael ei gynhyrchu'n lleol, ar ôl i H₂S gyfuno ag ïonau metel fel Fe²⁺ yn y dŵr, nid yw'r OH⁻ yn ddigon i wrthbwyso asidedd VFAs.
II. Sbardunau Gostyngiad pH mewn Tanciau Aerobig
1. Asideiddio Cryf rhag Nitreiddiad
Mae nitrogen amonia (NH₄⁺) yn cael ei ocsidio i NO₃⁻ gan facteria nitrosating (fel Nitrosomonas) a bacteria nitreiddio (fel Nitrobacter). Am bob mg o NH₄⁺-N ocsidiedig, mae 7.14 mg o alcalinedd (wedi'i fesur fel CaCO₃) yn cael ei fwyta a 2 uned H⁺ yn cael eu rhyddhau.
Mewn dŵr gwastraff amonia nitrogen uchel (fel dŵr gwastraff dyframaethu), gall pH ostwng 1.5–2.0 uned yn ystod nitreiddiad.
2. Cynhyrchu Asid gan Bacteria Heterotroffig
Pan fydd bacteria heterotroffig mewn tanciau aerobig yn diraddio mater organig gweddilliol, os yw ocsigen toddedig (DO) yn annigonol (<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. Cydbwysedd Diddymu CO₂
Mae CO₂ a gynhyrchir gan resbiradaeth microbaidd yn hydoddi mewn dŵr i ffurfio H₂CO₃. Pan nad yw dwyster awyru yn ddigonol, ni ellir tynnu CO₂ yn effeithiol, gan arwain at gynnydd mewn crynodiad H⁺ yn y cyfnod hylif.
III. Effeithiau Synergaidd ac Argymhellion Rheoli
1. Effeithiau Cyplu System Aerobig Anaerobig
Mae VFAs yn elifiant y tanc anaerobig yn mynd i mewn i'r tanc aerobig yn uniongyrchol, gan gynyddu'r llwyth asideiddio.
Pan ddychwelir yr hydoddiant nitreiddiedig i'r tanc anaerobig, mae dadnitreiddiad NO₃⁻ yn defnyddio deunydd organig ond yn cynhyrchu alcalinedd (mae pH yn cynyddu 0.3-0.5). Felly, mae angen optimeiddio'r gymhareb ail-gylchredeg (fel arfer 30-70%).
2. Strategaeth Reoli
Tanc anaerobig: Ychwanegu NaHCO₃ (100-500 mg/L) i gynnal alcalinedd; rheoli llwyth organig (COD <5000 mg/L); monitro ORP (-300-100 mV) i osgoi gor-asideiddio.
Tanc aerobig: Cynnal DO > 2 mg/L; defnyddio mewnlif dŵr fesul cam i wanhau VFAs; ac ychwanegu calch (Ca(OH)₂) i niwtraleiddio asid nitreiddio.