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                污水處理中pH值與堿度有什么關系?

                來源:環保工程師
                 
                經常有小伙伴搞混堿度與pH的關系,堿度與pH并不是一個概念,實際意義也不同,堿度說明的是緩沖能力,pH是酸堿性的直接表現!一個是內功一個是招式的區別!
                 
                一、什么是pH?
                 
                pH值,亦稱氫離子濃度指數、酸堿值,是溶液中氫離子活度的一種標度,也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標準。“pH"中的“H"代表氫離子(H+),而"p"的來源則有多種說,引用化學界的概念是把p加在無量綱量前面表示該量的負對數。
                 
                pH值其實是一個“對數單位”。每個數字代表水的酸度10倍的變化。水pH為5等于10倍具有pH為6的水的酸性。
                 
                在標準溫度和壓力下,pH=7的水溶液(如:純水為中性,這是因為水在標準溫度和壓力下自然電離出的氫離子和氫氧根離子濃度的乘積(水的離子積常數始終是1×10-14,且兩種離子的濃度都是1×10-7moL,pH值小于7說明H+的濃度大于OH-的濃度,故溶液酸性強,而pH值大于7則說明H+的濃度小于OH-的濃度,故溶液堿性強。所以pH值愈小,溶液的酸性愈強;pH愈大,溶液的堿性也就愈強。
                 
                二、什么是堿度?
                 
                堿度是指水中能與強酸發生中和作用的物質的總量。這類物質包括強堿、弱堿、強堿弱酸鹽等。天然水中的堿度主要是由重碳酸鹽(bicarbonate,碳酸氫鹽,下同)、碳酸鹽和氫氧化物引起的,其中重碳酸鹽是水中堿度的主要形式。引起堿度的污染源主要是造紙、印染、化工、電鍍等行業排放的廢水及洗滌劑、化肥和農藥在使用過程中的流失。
                 
                堿度和酸度是判斷水質和廢水處理控制的重要指標。堿度也常用于評價水體的緩沖能力及金屬在其中的溶解性和毒性等。工程中用得更多的是總堿度這個定義,一般表征為相當于碳酸鈣的濃度值。
                 
                三、pH值與堿度的關系
                 
                兩種并沒有很明確的對應關系,堿度相同的水(或溶液),其pH值不一定相同。反之,pH值相同的水(或溶液),其堿度也不一定相同。
                 
                原因是pH值直接反映水中H+或OH-的含量,而堿度除包括OH-外,還包括CO3-2、HCO3-等堿性物質的含量。如:堿度0.1mmol/L的NaOH液,pH=13;堿度0.1mmol/L的NH3-H2O液,pH=11;堿度0.1mmol/L的NaHCO3液,pH=8.3。
                 
                雖然堿度與pH數值上沒有明確的對應關系,但是,實踐中,堿度越高,相應的pH也越高,堿度越低,相應的pH也越低,堿度越高,對pH溶液的緩沖幫助越大,堿度越低,pH溶液的緩沖能力越低!
                 
                四、pH對污水處理的影響
                 
                pH值會對污水處理的活性污泥中的微生物細胞膜電荷影響,從而影響微生物對營養物的吸收代謝過程中酶的活性;改變生長環境中營養物質的可給性以及有害物質的毒性。
                 
                活性污泥中的每種微生物都有其最適pH值和一定的pH范圍。在最適范圍內酶活性最高,如果其他條件適合,微生物的生長速率也最高。大多數細菌、藻類和原生動物的最適pH為6.5-7.5,在pH4-10之間也可以生長。放線菌一般在微堿性即pH7.5-8最適合;酵母菌、霉菌則適合于pH5-6的酸性環境。
                 
                1、PH值對絮凝劑的影響
                 
                在實際調節過程中pH值寧愿偏堿而不要偏酸,主要因為偏堿更利于后段絮凝沉淀效果提升。
                 
                水的pH值對無機絮凝劑的使用效果影響很大,pH值的大小關系到選用絮凝劑的種類、投加量和混凝沉淀效果。水中的H+和OH-參與絮凝劑的水解反應,因此,pH值強烈影響絮凝劑的解速度、水解產物的存在形態和性能。
                 
                以通過生成Al(OH)3+帶電膠體實現混凝作用的鋁鹽為例,當pH值4時,Al3+不能大量水解成Al(OH)3,主要以Al3+離子的形式存在,混凝效果極差。pH值在6.5-7.5之間時,Al3+水解聚合成聚合度很大的Al(OH)3+中性膠體,混凝效果較好。pH值在8以上,Al水解成AlO2-,混凝效果又變得很差。
                 
                水的堿度對pH值有緩沖作用,當堿度不夠時,應添加石灰等藥劑予以補充。當水的pH值偏高時,則需要加酸調整pH值到中性。相比之下,高分子絮凝劑受pH值的影響較小。
                 
                2、pH值對硝化反應的影響
                 
                硝化細菌對pH反應很敏感,在pH中性或微堿性條件下(pH為8~9的范圍內),其生物活性最強,硝化過程迅速。
                 
                當pH>9.6或<6.0時,硝化菌的生物活性將受到抑制并趨于停止。
                 
                若pH>9.6時,雖然NH4+轉化為NO2—和NO3—的過程仍然異常迅速,但是從NH4的電離平衡關系可知,NH3的濃度會迅速增加。由于硝化菌對NH3極敏感,結果會影響到硝化作用速率。
                 
                在酸性條件下,當pH<7.0時硝化作用速度減慢, pH<6.5硝化作用速度顯著減慢,硝化速率將明顯下降。pH<5.0時硝化作用速率接近零。
                 
                3、pH值與其他指標的關系
                 
                (1)與水質水量的關系:工業排水中pH的波動主要由生產中使用的酸堿藥品帶來的,需要在行中逐步熟悉企業排水情況,積累經驗通過顏色等物理性質判斷水質偏酸或偏堿。
                 
                (2)與沉降比的關系:pH低于5或高于10都會對系統造成沖擊,出現污泥沉降緩慢,上清液渾濁,甚至液面有漂浮的污泥絮體。
                 
                (3)與污泥濃度(MLSS)的關系:越高的污泥濃度對pH的波動耐受力越強。在受沖擊后應加大排泥量促進活性污泥更新。
                 
                (4)與回流比的關系:提高回流比以稀釋進水的酸堿度也是降低pH波動對系統影響的方法之一。
                 
                五、堿度投加量的計算
                 
                在硝化反硝化過程中,硝化反應每氧化1g氨氮消耗堿度7.14g,在反硝化過程中可以補償堿度3.57g,所以,全程硝化反硝化過程需要消耗3.57g堿度。如果原水中堿度不足,將使系統的pH下降,導致生化受阻,因此,為了提高pH,我們需要進行堿度的投加!
                 
                1、一般來說,在硝化反應中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g堿度,所以硝化過程中需要的堿度量可按下式計算:
                 
                堿度=7.14×QΔCNH3-N×10-3 (1)
                 
                式中:
                 
                Q為進入濾池的日平均污水量,m3/d;
                 
                ΔCNH3-N為進出濾池NH3-N濃度的差值,mg/L;
                 
                7.14為硝化需堿量系數,kg堿度/kgNH3-N。
                 
                2、對于含氨氮濃度較高的工業廢水,通常需要補充堿度才能使硝化反應器內的pH值維持在7.2~8.0之間。計算公式如下:
                 
                堿度=K×7.14×QΔCNH3-N×10-3 (2)
                 
                式中,K為安全系數,一般為1.2~1.3。
                 
                3、實際工程中進行堿度核算應考慮以下幾部分:入流污水中的堿度,生物硝化消耗的堿度,分解BOD5產生的堿度,以及混合液中應保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進行,必須滿足下式:
                 
                ALKw+ALKc>ALKN+AlKE(3)
                 
                如果堿度不足,要使硝化順利進行,則必須投加純堿,補充堿度。投加的堿量可按下式計算:
                 
                ΔALK=(ALKN+ALKE)—(ALKw+ALKc) (4)
                 
                式中:
                 
                ΔALK為系統應補充的堿度,mg/L;
                 
                ALKN 為生物硝化消耗的堿量;ALKN一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg堿計算。
                 
                ALKE 為混合液中應保持的堿量,ALKE一般按曝氣池排出的混合液中剩余50mg/L堿度(以Na2CO3計)計算。
                 
                ALKw 為原污水中的總堿量;
                 
                ALKc 為BOD5分解過程中產生的堿量;ALKc與系統的SRT有關系:
                 
                當SRT>20d時,可按降解每千克BOD5產堿0.1kg計算;當SRT=10~20d時,按0.05kgALK/kgBOD5;當SRT<10d時,按0.01gALK/kgBOD5。


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