【社區(qū)案例】AO工藝，污水進(jìn)水pH8.5左右，堿度300左右。兩個(gè)指標(biāo)有什么區(qū)別？

酸堿度pH在污水處理中是一個(gè)重要的控制條件，是細(xì)菌正常代謝的環(huán)境條件之一，而堿度主要應(yīng)用在脫氮工藝中，一般要求脫氮之后要保證80ppm以上的堿度，以滿足硝化的消耗！

一、pH與堿度的區(qū)別

1、pH的概念

pH值，亦稱氫離子濃度指數(shù)、酸堿值，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。“pH"中的“H"代表氫離子（H+），而"p"的來源則有多種說，引用化學(xué)界的概念是把p加在無量綱量前面表示該量的負(fù)對(duì)數(shù)。

pH值其實(shí)是一個(gè)“對(duì)數(shù)單位”。每個(gè)數(shù)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(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下，pH=7的水溶液（如：純水為中性，這是因?yàn)樗跇?biāo)準(zhǔn)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(shù)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(qiáng)，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(qiáng)。所以pH值愈小，溶液的酸性愈強(qiáng)；pH愈大，溶液的堿性也就愈強(qiáng)。

2、堿度的概念

堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量。這類物質(zhì)包括強(qiáng)堿、弱堿、強(qiáng)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(yè)排放的廢水及洗滌劑、化肥和農(nóng)藥在使用過程中的流失。

堿度和酸度是判斷水質(zhì)和廢水處理控制的重要指標(biāo)。堿度也常用于評(píng)價(jià)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(gè)定義，一般表征為相當(dāng)于碳酸鈣的濃度值。

3、pH與堿度的區(qū)別和關(guān)系

從概念上看酸堿度pH和堿度并不是一個(gè)東西，實(shí)際意義也不同，酸堿度pH和堿度并沒有很明確的對(duì)應(yīng)關(guān)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(zhì)的含量。如：堿度0.1mol/L的NaOH液，pH=13；堿度0.1mol/L的NH3-H2O液，pH=11；堿度0.1mol/L的NaHCO3液，pH=8.3。

雖然堿度與pH數(shù)值上沒有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是，實(shí)踐中，堿度越高，相應(yīng)的pH也越高；堿度越低，相應(yīng)的pH也越低；堿度越高，對(duì)pH溶液的緩沖幫助越大；堿度越低，pH溶液的緩沖能力越低！

二、酸堿度對(duì)硝化的影響

酸堿度pH是影響硝化作用的重要因素。硝化細(xì)菌對(duì)pH反應(yīng)很敏感，在pH中性或微堿性條件下（pH為8～9的范圍內(nèi)），其生物活性最強(qiáng)，硝化過程迅速。

當(dāng)pH＞9.6或＜6.0時(shí)，硝化菌的生物活性將受到抑制并趨于停止。

若pH＞9.6時(shí)，雖然NH4＋轉(zhuǎn)化為NO2—和NO3—的過程仍然異常迅速，但是從NH4的電離平衡關(guān)系可知，NH3的濃度會(huì)迅速增加。由于硝化菌對(duì)NH3極敏感，結(jié)果會(huì)影響到硝化作用速率。

在酸性條件下，當(dāng)pH＜7.0時(shí)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(shí)硝化作用速率接近零。

pH下降的原因

pH下降的原因有兩個(gè)，一是進(jìn)水堿度不高。二是進(jìn)水碳源不足，無法補(bǔ)充硝化消耗的一半的堿度。

由硝化方程式可知，隨著NH3-N被轉(zhuǎn)化成NO3—-N，會(huì)產(chǎn)生部分礦化酸度H+，這部分酸度將消耗部分堿度，每克NH3-N轉(zhuǎn)化成NO3—-N約消耗7.14g堿度(以CaC03計(jì))。因而當(dāng)污水中的堿度不足而TKN負(fù)荷又較高時(shí)，便會(huì)耗盡污水中的堿度，使混合液中的pH值降低至7.0以下，使硝化速率降低或受到抑制。

如果無強(qiáng)酸排入，正常的城市污水應(yīng)該是偏堿性的，即pH一般都大于7.0，此時(shí)的pH則主要取決于人流污水中堿度的大小。

所以，在生物硝化反應(yīng)器中，應(yīng)盡量控制混合液pH＞7.0，控制pH在適宜的范圍內(nèi)，是生物硝化系統(tǒng)順利進(jìn)行的前提。

而要準(zhǔn)確控制pH，pH＜6.5時(shí)，則必須向污水中加堿。應(yīng)進(jìn)行堿度核算。

三、脫氮為什么需要堿度？

在硝化過程中需要消耗一定量的堿度，如果污水中沒有足夠的堿度，硝化反應(yīng)將導(dǎo)致pH值的下降，使反應(yīng)速率減緩，所以硝化反應(yīng)要順利進(jìn)行就必須使污水中的堿度大于硝化所需的堿度。在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)于典型的城市污水，進(jìn)水中NH3-N濃度一般為20～40mg／L（TKN約50～60mg／L），堿度約200mg／L(以Na2CO3計(jì))左右。

1、一般來說，在硝化反應(yīng)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(jì)算：

堿度＝7.14×QΔCNH3-N×10-3 (1)

式中：

Q：日平均污水量，m3／d；ΔCNH3-N：NH3-N濃度的差值，mg／L；7.14：硝化需堿量系數(shù)，kg堿度／kgNH3-N。

2、對(duì)于含氨氮濃度較高的工業(yè)廢水，通常需要補(bǔ)充堿度才能使硝化反應(yīng)器內(nèi)的pH值維持在7.2～8.0之間。計(jì)算公式如下：

堿度＝K×7.14×QΔCNH3-N×10-3 (2)

式中，K為安全系數(shù)，一般為1.2～1.3。

3、實(shí)際工程中進(jìn)行堿度核算應(yīng)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(chǎn)生的堿度，以及混合液中應(yīng)保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進(jìn)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(jìn)行，則必須投加純堿，補(bǔ)充堿度。投加的堿量可按下式計(jì)算：

ΔALK＝（ALKN＋ALKE）-（ALKw＋ALKc） （4）

式中：

ΔALK：系統(tǒng)應(yīng)補(bǔ)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(jì)算。ALKE：混合液中應(yīng)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(jì))計(jì)算ALKw：原污水中的總堿量；ALKc：反硝化過程中產(chǎn)生的堿量

四、堿度投加量實(shí)例計(jì)算

如前所述，硝化反應(yīng)中每消耗1g氨氮要消耗堿度7.14g。一般污水尤其是工業(yè)污水對(duì)于硝化反應(yīng)來說，堿度往往是不夠的，因此應(yīng)投加必要的堿量以維持適宜的pH值，保證硝化反應(yīng)的正常進(jìn)行。

某處理廠采用脫氮工藝，日處理污水10000m3/d。來水水中：BOD5＝50mg/L（0.05kg/m3），NH3-N＝50mg/L，堿度ALKw＝100mg/L（0.10kg/m3）。欲使出水BOD5＜5mg/L，NH3-N＜5mg/L，剩余堿度10mg/L（0.01kg/m3）。試核算該硝化系統(tǒng)的堿度，如果堿度不足，試計(jì)算投堿量。

解：

每日進(jìn)水堿度ALKw ＝0.10×10^4＝1000kg/d

反硝化ALKc ＝(0.05－0.005)×10^4×3.47＝1683kg/d（反硝化降解每克BOD5產(chǎn)堿3.47g計(jì)算）

ALKN＝(0.05－0.005)×10^4×7.14＝3213 kg/d（按1kgNH3-N消耗7.14kg堿計(jì)算）

每日剩余堿度ALKE ＝0.01×10^4＝100 kg/d

ALKw＋ALKc ＝1000kg/d＋1683kg/d= 2683kg/dALKN＋ALKE＝3213 kg/d＋100 kg/d = 3313 kg/dALKw＋ALKc≯ALKN＋ALKE

因此，該硝化系統(tǒng)內(nèi)堿源不足。如果不外加堿源，pH將降低，抑制硝化進(jìn)行，出水NH3-N超標(biāo)。如果外加堿源，則投堿量為：

ΔALK＝3313—2683＝630 kg/d

即每天需向來水中投加堿源630kg，具體可根據(jù)純堿的有效成分，換算出純堿的投加量。

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