머리말:
생화학 시스템 시운전 작업을 수행한 사람들은 혐기성 및 호기성 탱크의 pH 저하라는 문제에 직면했을 수 있습니다. 이러한 pH 저하가 주로 원수 수질에 의해 발생한다는 것은 분명합니다. 원수에 포함된 특정 물질은 혐기성 반응(예: 가수분해 및 산성화) 또는 호기성 반응(예: 질산화) 중에 산성 물질을 생성하거나 알칼리성을 소모하여 pH 저하를 초래합니다.
한편으로, 이러한 pH 하락은 예측 가능합니다. 원수 수질에 대한 명확한 이해가 주어지면 이러한 pH 강하는 폐수 처리 프로젝트 설계 초기에 고려되며 일반적으로 알칼리 투여가 설치됩니다. 나는 한때 고속도로 휴게소에서 폐수 프로젝트에 참여했는데, 이 지역의 폐수에 매우 높은 수준의 암모니아 질소와 총 질소가 포함되어 있다는 사실을 알게 되었습니다. 암모니아성 질소 질화 공정에서는 필연적으로 상당한 양의 알칼리도가 소모되므로 알칼리 주입 장치가 미리-설치되어 있습니다. 당시 우리는 약품을 제때 보충하지 못해 가성소다 조각이 바닥나는 상황에 직면했습니다. 그 결과, 첫날에는 pH가 7.5에서 6.5로, 둘째 날에는 6.5에서 5.5로 떨어졌습니다. 이 시점에서 생화학적 시스템은 본질적으로 붕괴되어 상당한 거품을 생성하고 배출 기준을 초과했습니다.
반면, 산업단지의 폐수처리장에서는 예상치 못한 pH 저하가 흔히 발생합니다. 이들 공원의 거주자는 끊임없이 변화하고 있으며 그들이 배출하는 폐수는 다양합니다. 폐수 처리장은 초기 설계 과정에서 미래 거주자를 고려하지 않습니다. 작년에 우리는 호기성 탱크에서 설명할 수 없는 pH 저하를 경험했습니다. 물론 첫 번째 단계는 유입수의 수질을 조사하는 것이었습니다. 우리는 원수가 조절 탱크에 들어갈 때 쉽게 거품이 나는 것을 관찰했는데, 이는 계면활성제의 존재를 암시합니다. 원수 pH 테스트 외에도 알칼리도 테스트도 필요했습니다.
다음 글에서는 혐기조와 호기조의 pH 저하 원인을 반응 메커니즘, 미생물 대사, 환경적 요인이라는 세 가지 관점에서 체계적으로 분석할 것입니다.
I. 혐기성 탱크의 pH 저하 메커니즘
1. 유기산 축적
혐기성 소화는 가수분해, 산성화, 아세트산 생성, 메탄 생성의 4단계로 구성됩니다. 산성화 단계에서 조건 박테리아(예: Clostridium)는 거대분자 유기물(탄수화물 및 단백질)을 휘발성 지방산(아세트산 및 프로피온산과 같은 VFA), 알코올 및 CO2로 분해합니다. 시스템 부하가 과도하거나 메탄생성 물질 활동이 억제되는 경우(예: 온도 변동 또는 독성 물질로 인해) VFA가 CH₄ 및 CO2로 즉시 변환될 수 없어 산성 중간체가 축적되고 pH가 크게 떨어집니다(아마도 5.5 미만).
2. 탄산염 완충 시스템의 파괴
폐수의 원래 HCO₃⁻/CO₂ 완충 쌍은 혐기성 조건에서 소비됩니다.
CO2는 물에 용해되어 H2CO₃를 형성하고 H⁺와 HCO₃⁻로 해리됩니다.
메탄생성균은 HCO₃⁻를 탄소원으로 사용하므로 완충능력이 저하됩니다.
VFA 농도가 2000mg/L를 초과하면 시스템의 알칼리성 중화 용량이 초과되어 pH가 급격히 떨어집니다.
황화물 형성;
황산염{0}}함유 폐수(예: 제약 및 제지 폐수)에서 황산염-환원 박테리아(SRB)는 SO₄²⁻를 H2S로 환원시켜 알칼리도를 소모하고 H⁺를 방출합니다.
OH⁻는 국부적으로 생성되지만 H2S가 물 속의 Fe²⁺와 같은 금속 이온과 결합한 후에는 OH⁻가 VFA의 산도를 상쇄하기에 충분하지 않습니다.
II. 호기성 탱크의 pH 감소 동인
1. 질산화로 인한 강한 산성화
암모니아성 질소(NH₄⁺)는 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 같은 니트로소화 박테리아와 니트로박터(Nitrobacter)와 같은 질산화 박테리아에 의해 NO₃⁻로 산화됩니다. 산화된 NH₄⁺-N 1mg당 알칼리도(CaCO₃로 측정) 7.14mg이 소비되고 2H⁺ 단위가 방출됩니다.
암모니아성 질소 폐수(예: 양식 폐수)의 경우 질산화 과정에서 pH가 1.5~2.0 단위까지 떨어질 수 있습니다.
2. 종속영양세균에 의한 산 생산
호기조 내 종속영양세균이 잔류유기물을 분해할 때 용존산소(DO)가 부족한 경우(<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 용해 평형
미생물 호흡에 의해 생성된 CO2는 물에 용해되어 H2CO₃를 형성합니다. 통기 강도가 충분하지 않으면 CO2를 효과적으로 제거할 수 없어 액상의 H⁺ 농도가 증가합니다.
III. 시너지 효과 및 제어 권장 사항
1. 무산소성-호기성 시스템 결합의 효과
혐기성 탱크 유출수의 VFA는 호기성 탱크로 직접 유입되어 산성화 부하를 증가시킵니다.
질산화된 용액을 혐기조로 되돌리면 NO₃⁻ 탈질작용으로 유기물이 소모되지만 알칼리성(pH 0.3~0.5 증가)이 발생한다. 따라서 재순환 비율을 최적화해야 합니다(일반적으로 30~70%).
2. 통제 전략
혐기성 탱크: NaHCO₃(100-500 mg/L)를 첨가하여 알칼리도를 유지합니다. 유기 부하(COD < 5000mg/L)를 제어합니다. 과도한 산성화를 방지하기 위해 ORP(-300-100mV)를 모니터링합니다.
호기성 탱크: DO > 2 mg/L를 유지합니다. VFA를 희석하기 위해 단계적인 물 유입을 사용합니다. 그리고 석회(Ca(OH)2)를 첨가하여 질산을 중화합니다.