Önsöz:
Biyokimyasal sistemin devreye alınması üzerinde çalışanlar şu sorunla karşılaşmış olabilir: anaerobik ve aerobik tanklarda pH'ın düşmesi. Bu pH düşüşünün temel olarak ham su kalitesinden kaynaklandığı açıktır. Ham sudaki bazı maddeler, anaerobik reaksiyonlar (hidroliz ve asitleştirme gibi) veya aerobik reaksiyonlar (nitrifikasyon gibi) sırasında asidik maddeler üretir veya alkaliniteyi tüketerek pH'ın düşmesine neden olur.
Bir yandan bu pH düşüşü öngörülebilir. Ham su kalitesinin net bir şekilde anlaşılması göz önüne alındığında, bu pH düşüşü atık su arıtma proje tasarımının erken safhalarında dikkate alınır ve alkali dozajı genellikle kurulur. Bir zamanlar bir otoyol hizmet bölgesinde bir atık su projesinde çalıştım ve bu bölgedeki atık suyun çok yüksek seviyelerde amonyak nitrojeni ve toplam nitrojen içerdiğini öğrendim. Amonyak nitrojen nitrifikasyon işlemi kaçınılmaz olarak önemli miktarda alkalilik tükettiğinden, bir alkali dozaj cihazı önceden-kurulmuştur. O zamanlar kimyasalları zamanında yenilemediğimiz, esasen kostik soda parçacıklarının bittiği bir durumla karşılaştık. Sonuç olarak pH ilk gün 7,5'ten 6,5'e, ikinci gün ise 6,5'tan 5,5'e düştü. Bu noktada biyokimyasal sistem esasen çöktü, önemli miktarda köpük üretti ve atık su standartlarını aştı.
Öte yandan sanayi parklarındaki atık su arıtma tesislerinde beklenmeyen pH düşüşleri yaygındır. Bu parkların sakinleri sürekli değişiyor ve deşarj ettikleri atık sular da çeşitlilik gösteriyor. Atık su arıtma tesisleri, ilk tasarımları sırasında gelecekteki kullanıcıları dikkate almamaktadır. Geçen yıl aerobik tankta açıklanamayan bir pH düşüşüyle karşılaştık. Elbette ilk adım, etkileyici kaliteyi araştırmaktı. Ham suyun, düzenleme tankına girdiğinde kolayca köpürdüğünü gözlemledik, bu da yüzey aktif maddelerin varlığını akla getiriyor. Ham su pH'ının test edilmesine ek olarak alkalinite testi de gerekliydi.
Aşağıdaki makale, anaerobik ve aerobik tanklardaki pH düşüşünün nedenlerini üç perspektiften sistematik olarak analiz edecektir: reaksiyon mekanizması, mikrobiyal metabolizma ve çevresel faktörler.
I. Anaerobik Tanklarda pH Düşüş Mekanizmaları
1. Organik Asit Birikimi
Anaerobik sindirim dört aşamadan oluşur: hidroliz, asitleştirme, asetik asit üretimi ve metan üretimi. Asitleşme aşamasında fakültatif bakteriler (Clostridium gibi) makromoleküler organik maddeleri (karbonhidratlar ve proteinler) uçucu yağ asitlerine (asetik asit ve propiyonik asit gibi VFA'lar), alkollere ve CO₂'ye parçalar. Sistem yükü aşırıysa veya metanojen aktivitesi engellendiyse (örneğin sıcaklık dalgalanmaları veya toksik maddeler nedeniyle), VFA'lar hemen CH₄ ve CO₂'ye dönüştürülemez, bu da asidik ara maddelerin birikmesine ve pH'da önemli bir düşüşe (muhtemelen 5,5'in altında) yol açar.
2. Karbonat Tampon Sisteminin Tahribatı
Atık sudaki orijinal HCO₃⁻/CO₂ tampon çifti anaerobik koşullar altında tüketilir:
CO₂ suda H₂CO₃ oluşturmak üzere çözünür ve bu H⁺ ve HCO₃⁻'ya ayrışır;
Metanojenler karbon kaynağı olarak HCO₃⁻ kullanır, bu da tamponlama kapasitesinde azalmaya neden olur.
VFA konsantrasyonları 2000 mg/L'yi aştığında sistemin alkalinite nötralizasyon kapasitesi aşılır ve pH'da keskin bir düşüşe neden olur.
Sülfür oluşumu;
Sülfat- içeren atık sularda (ilaç ve kağıt yapımı atık suyu gibi), sülfat- indirgeyici bakteriler (SRB), SO₄²⁻'yi H₂S'ye indirgeyerek alkalilik tüketir ve H⁺ açığa çıkarır.
OH⁻ yerel olarak üretilse de, H₂S sudaki Fe²⁺ gibi metal iyonlarıyla birleştikten sonra OH⁻, VFA'ların asitliğini dengelemek için yetersizdir.
II. Aerobik Tanklarda pH Düşüşünün Etkenleri
1. Nitrifikasyondan Güçlü Asitleşme
Amonyak nitrojeni (NH₄⁺), nitroze edici bakteriler (Nitrosomonas gibi) ve nitrifikasyon bakterileri (Nitrobacter gibi) tarafından NO₃⁻'ya oksitlenir. Oksitlenen her mg NH₄⁺-N için, 7,14 mg alkalinite (CaCO₃ olarak ölçülür) tüketilir ve 2 H⁺ birim açığa çıkar.
Yüksek-amonyak nitrojenli atık sularda (su ürünleri yetiştiriciliği atık suyu gibi), nitrifikasyon sırasında pH 1,5–2,0 birim düşebilir.
2. Heterotrofik Bakterilerden Asit Üretimi
Aerobik tanklardaki heterotrofik bakteriler, çözünmüş oksijen (DO) yetersizse, artık organik maddeyi bozundurduğunda (<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 Çözünme Dengesi
Mikrobiyal solunumla üretilen CO₂ suda H₂CO₃ oluşturacak şekilde çözünür. Havalandırma yoğunluğu yetersiz olduğunda CO₂ etkili bir şekilde giderilemez, bu da sıvı fazdaki H⁺ konsantrasyonunun artmasına neden olur.
III. Sinerjistik Etkiler ve Kontrol Önerileri
1. Anaerobik-Aerobik Sistem Bağlantısının Etkileri
Anaerobik tank çıkışındaki VFA'lar doğrudan aerobik tanka girerek asitlenme yükünü arttırır.
Nitrifiye edilmiş çözelti anaerobik tanka geri döndüğünde, NO₃⁻ denitrifikasyonu organik maddeyi tüketir ancak alkalinite üretir (pH 0,3-0,5 artar). Bu nedenle devridaim oranının optimize edilmesi gerekir (tipik olarak %30-70).
2. Kontrol Stratejisi
Anaerobik tank: Alkaliniteyi korumak için NaHCO₃ (100-500 mg/L) ekleyin; organik yükü kontrol edin (KOİ < 5000 mg/L); Aşırı asitlenmeyi önlemek için ORP'yi (-300-100 mV) izleyin.
Aerobik tank: DO > 2 mg/L'yi koruyun; VFA'ları seyreltmek için aşamalı su girişi kullanın; ve nitrifikasyon asidini nötralize etmek için kireç (Ca(OH)₂) ekleyin.