污水水质指标：碱度的概念及指导作用

污水水质指标：碱度的概念及指导作用

污水中的指标有很多，碱度是较为不起眼的一个，它不像其它指标（如COD、BOD等）那样出现频率很高，但却在污水处理厂的调试过程起到很重要的作用，像厌氧水解过程、脱氮过程等都作为指导性指标。污水中的碱度是影响污水处理效能的核心参数之一，尤其在生物处理、中和反应及水质稳定中发挥关键作用。

一、污水中碱度的概念及来源

1. 碱度的定义

污水的碱度是指水中能够中和强酸的碱性物质总量，主要由碳酸氢根（HCO??）、碳酸根（CO???）、氢氧根（OH?） 以及部分弱酸根离子（如磷酸盐、硅酸盐）组成。其单位为 mg/L（以CaCO?计），反映污水缓冲pH变化的能力。另外，碱度可以提供无机碳源，主要供给异养微生物（如硝化菌）。

2. 污水中碱度的来源 

生活污水：生活污水中的有机物分解、地下水渗入等。 

工业废水：化工、制药废水（含碱性药剂残留）； 食品加工废水（含蛋白质、脂肪分解产生的氨氮）； 金属表面处理废水（含碱性清洗剂）。 

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人为调控：污水处理过程中投加的石灰（CaO）、纯碱（Na?CO?）等药剂。

二、碱度在污水处理中的指导作用

1. 维持生物处理系统的稳定性 

活性污泥法：硝化细菌在硝化反应中消耗碱度（每硝化1mg NH?-N需消耗7.14mg CaCO?碱度）。碱度不足会导致pH下降，抑制微生物活性，需补充碳酸氢钠（NaHCO?）或石灰。 

厌氧消化：产甲烷菌对pH敏感（最佳pH 6.5-7.5），碱度（HCO??）可中和挥发性脂肪酸（VFA），防止酸化。通常要求碱度＞2000 mg/L以维持系统稳定。

2. 化学处理工艺的关键参数 

化学沉淀：如通过投加石灰去除磷酸盐（生成羟基磷灰石），需足够碱度促进沉淀反应。 

中和反应：酸性废水（如电镀废水）需投加碱性物质（NaOH、CaCO?）调节pH，碱度决定药剂投加量。

3. 防止设备腐蚀与结垢 

低碱度风险：污水pH＜6.5时，管道和反应器易被酸性腐蚀，释放重金属（如铁、铅）。 

高碱度风险：pH＞8.3时，钙、镁离子易生成碳酸盐垢，堵塞管道或膜系统。

4. 优化脱氮除磷效率 

反硝化过程：反硝化菌需要碳源和适宜碱度（pH 7-8），碱度恢复可部分补偿硝化阶段的碱度消耗。 

生物除磷：聚磷菌在厌氧/好氧交替中释放和吸收磷，碱度波动可能影响其代谢活性。

三、污水中碱度的检测方法

1. 滴定法（标准方法） 

原理：用标准强酸（如 H?SO?）滴定水样，通过指示剂变色判定终点。 

步骤：1.酚酞终点（pH 8.3）：测定OH?和CO???的总量； 2.甲基橙终点（pH 4.5）：测定HCO??和CO???的总碱度。 

适用性：实验室精确测定，但需排除悬浮物干扰（需提前过滤水样）。

2. 自动电位滴定法 

采用pH电极实时监测滴定过程，通过软件自动计算碱度，适用于高色度或浑浊污水样品。

3. 在线监测技术 

离子选择电极法：通过HCO??选择性电极直接测定，实现污水厂进水碱度的实时监控。 

光谱法：近红外光谱结合化学计量学模型，快速预测碱度，适用于工业废水处理场景。

4. 计算法（间接估算） 

通过测定污水的pH、CO?、HCO??、CO???浓度，利用碳酸平衡公式计算理论碱度，适用于科研或工艺模拟。

四、污水中碱度的调控策略

1. 碱度过低的解决方案 

投加碱性药剂

石灰（CaO）：成本低，但可能增加污泥量； 

氢氧化钠（NaOH）：反应快，适用于紧急调碱； 

碳酸氢钠（NaHCO?）：缓释碱度，适合生物处理系统。 

利用反硝化恢复碱度

在脱氮工艺中，反硝化过程每还原1mg NO??-N可生成3.57mg CaCO?碱度。

2. 碱度过高的解决方案 

投加酸性物质：硫酸（H?SO?）、盐酸（HCl）或CO?气体（成本低，无二次污染）。 

曝气吹脱：通过曝气去除CO?，降低HCO??浓度，适用于高碳酸盐碱度污水。