水处理不可混淆的碱度与pH

  经常有人搞混碱度与pH的关系，碱度与pH并不是一个概念，实际意义也不同，碱度说明的是缓冲能力，pH则是酸碱性的直接表现！艾晟特这就带你了解一下这两个概念的不同之处，以及对水处理的影响。

1 、什么是 pH ？

  pH 值，亦称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准 。 “pH" 中的 “H" 代表氢离子（ H ⁺ ），而 "p" 的来源则有多种说，引用化学界的概念是把 p 加在无量纲量前面表示该量的负对数。

  pH值其实是一个“对数单位”。每个数字代表水的酸度10倍的变化。水pH为5等于10倍具有pH为6的水的酸性。

  在标准温度和压力下，pH=7的水溶液（如：纯水为中性，这是因为水在标准温度和压力下自然电离出的氢离子和氢氧根离子浓度的乘积（水的离子积常数始终是1×10 ^-14 ，且两种离子的浓度都是1×10 ^-7 moL，pH值小于7说明H ⁺ 的浓度大于OH ^- 的浓度，故溶液酸性强，而pH值大于7则说明H ⁺ 的浓度小于OH ^- 的浓度，故溶液碱性强。所以pH值愈小，溶液的酸性愈强；pH愈大，溶液的碱性也就愈强。

2 、什么是碱度？

  碱度是指水中能与强酸发生中和作用的物质的总量 。这类物质包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等。天然水中的碱度主要是由重碳酸盐（ bicarbonate ，碳酸氢盐，下同）、碳酸盐和氢氧化物引起的，其中重碳酸盐是水中碱度的主要形式。引起碱度的污染源主要是造纸、印染、化工、电镀等行业排放的废水及洗涤剂、化肥和农药在使用过程中的流失。

  碱度和酸度是判断水质和废水处理控制的重要指标。碱度也常用于评价水体的缓冲能力及金属在其中的溶解性和毒性等。工程中用得更多的是总碱度这个定义，一般表征为相当于碳酸钙的浓度值 。

3 、 pH 值与碱度的关系

  两种并没有很明确的对应关系，碱度相同的水（或溶液），其pH值不一定相同。反之，pH值相同的水（或溶液），其碱度也不一定相同。

  原因是pH值直接反映水中H ⁺ 或OH ^- 的含量，而碱度除包括OH ^- 外，还包括CO ₃ ^-2 、HCO ₃ ^- 等碱性物质的含量。如：碱度0.1mmol/L的NaOH液，pH=13；碱度0.1mmol/L的NH3-H2O液，pH=11；碱度0.1mmol/L的NaHCO3液，pH=8.3。

  虽然碱度与pH数值上没有明确的对应关系，但是，实践中，碱度越高，相应的pH也越高，碱度越低，相应的pH也越低， 碱度越高，对pH溶液的缓冲帮助越大，碱度越低，pH溶液的缓冲能力越低！

4 、 pH 对污水处理的影响

  pH值会对污水处理的活性污泥中的微生物细胞膜电荷影响，从而影响微生物对营养物的吸收代谢过程中酶的活性；改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。

   活性污泥中的每种微生物都有其最适pH值和一定的pH范围。在最适范围内酶活性最高，如果其他条件适合，微生物的生长速率也最高。大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5-7.5，在pH4-10之间也可以生长。放线菌一般在微碱性即pH7.5-8最适合；酵母菌、霉菌则适合于pH5-6的酸性环境。

1 ） pH 值对絮凝剂的影响

  在实际调节过程中pH值宁愿偏碱而不要偏酸，主要因为偏碱更利于后段絮凝沉淀效果提升。

  水的pH值对无机絮凝剂的使用效果影响很大，pH值的大小关系到选用絮凝剂的种类、投加量和混凝沉淀效果。水中的H ⁺ 和OH ^- 参与絮凝剂的水解反应，因此，pH值强烈影响絮凝剂的解速度、水解产物的存在形态和性能。

  以通过生成Al（OH）3+带电胶体实现混凝作用的铝盐为例，当pH值4时，Al3+不能大量水解成Al（OH）3，主要以Al3+离子的形式存在，混凝效果极差。pH值在6.5-7.5之间时，Al3+水解聚合成聚合度很大的Al（OH）3+中性胶体，混凝效果较好。pH值在8以上，Al水解成AlO2-，混凝效果又变得很差。

  水的碱度对pH值有缓冲作用，当碱度不够时，应添加石灰等药剂予以补充。当水的pH值偏高时，则需要加酸调整pH值到中性。相比之下，高分子絮凝剂受pH值的影响较小。

2 ） pH 值对硝化反应的影响

  硝化细菌对pH反应很敏感，在pH中性或微碱性条件下（pH为8～9的范围内），其生物活性最强，硝化过程迅速。

  当pH＞9.6或＜6.0时，硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。

  若pH＞9.6时，虽然NH4＋转化为NO2—和NO3—的过程仍然异常迅速，但是从NH4的电离平衡关系可知，NH3的浓度会迅速增加。由于硝化菌对NH3极敏感，结果会影响到硝化作用速率。

  在酸性条件下，当pH＜7.0时硝化作用速度减慢， pH＜6.5硝化作用速度显著减慢，硝化速率将明显下降。pH＜5.0时硝化作用速率接近零。

3 ） pH 值与其他指标的关系

（1）与水质水量的关系：工业排水中pH的波动主要由生产中使用的酸碱药品带来的，需要在行中逐步熟悉企业排水情况，积累经验通过颜色等物理性质判断水质偏酸或偏碱。

（2）与沉降比的关系：pH低于5或高于10都会对系统造成冲击，出现污泥沉降缓慢，上清液浑浊，甚至液面有漂浮的污泥絮体。

（3）与污泥浓度（MLSS）的关系：越高的污泥浓度对pH的波动耐受力越强。在受冲击后应加大排泥量促进活性污泥更新。

（4）与回流比的关系：提高回流比以稀释进水的酸碱度也是降低pH波动对系统影响的方法之一。

5 、碱度投加量的计算

  在硝化反硝化过程中，硝化反应每氧化1g氨氮消耗碱度7.14g，在反硝化过程中可以补偿碱度3.57g，所以，全程硝化反硝化过程需要消耗3.57g碱度。如果原水中碱度不足，将使系统的pH下降，导致生化受阻，因此，为了提高pH，我们需要进行碱度的投加！

1）一般来说，在硝化反应中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g碱度，所以硝化过程中需要的碱度量可按下式计算：

      碱度＝ 7.14×QΔCNH3-N×10 ^-3
式中：

Q 为进入滤池的日平均污水量， m3 ／ d ；

 ΔCNH3-N 为进出滤池 NH3-N 浓度的差值， mg ／ L ；

 7.14 为硝化需碱量系数， kg 碱度／ kgNH3-N 。

2）对于含氨氮浓度较高的工业废水，通常需要补充碱度才能使硝化反应器内的pH值维持在7.2～8.0之间。计算公式如下：

      碱度＝ K×7.14×QΔCNH3-N×10 ^-3

式中，K为安全系数，一般为1.2～1.3。

3）实际工程中进行碱度核算应考虑以下几部分：入流污水中的碱度，生物硝化消耗的碱度，分解BOD ₅ 产生的碱度，以及混合液中应保持的剩余碱度。要使生物硝化顺利进行，必须满足下式：

      ALKw ＋ ALKc ＞ ALKN ＋ AlKE

  如果碱度不足，要使硝化顺利进行，则必须投加纯碱，补充碱度。投加的碱量可按下式计算：

      ΔALK ＝（ ALKN ＋ ALKE ） — （ ALKw ＋ ALKc ）

     式中：

ΔALK 为系统应补充的碱度， mg ／ L ；

ALKN  为生物硝化消耗的碱量； ALKN 一般按硝化每 kgNH3-N 消耗 7.14kg 碱计算。

ALKE  为混合液中应保持的碱量， ALKE 一般按曝气池排出的混合液中剩余 50mg/L 碱度 ( 以 Na2CO3 计 ) 计算；

ALKw  为原污水中的总碱量；

ALKc  为 BOD ₅ 分解过程中产生的碱量； ALKc 与系统的 SRT 有关系：

 当 SRT ＞ 20d 时，可按降解每千克 BOD ₅ 产碱 0.1kg 计算；当 SRT ＝ 10 ～ 20d 时，按 0.05kgALK/kgBOD ₅ ；当 SRT ＜ 10d 时，按 0.01gALK/kgBOD ₅ 。

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