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發(fā)布時間:2022年02月23日 08:35 作者:環(huán)保工程師 點擊數(shù):次
來源:環(huán)保工程師
經(jīng)常有小伙伴搞混堿度與pH的關(guān)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(xiàn)!一個是內(nèi)功一個是招式的區(qū)別!
一、什么是pH?
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)?!皃H"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對數(shù)。
pH值其實是一個“對數(shù)單位”。每個數(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,這是因為水在標(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,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(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量。這類物質(zhì)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(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(dāng)于碳酸鈣的濃度值。
三、pH值與堿度的關(guān)系
兩種并沒有很明確的對應(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0.1mmol/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(shù)值上沒有明確的對應(yīng)關(guān)系,但是,實踐中,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(yǎng)物的吸收代謝過程中酶的活性;改變生長環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的可給性以及有害物質(zhì)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(nèi)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(shù)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(huán)境。
1、PH值對絮凝劑的影響
在實際調(diào)節(jié)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(guān)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(yīng),因此,pH值強烈影響絮凝劑的解速度、水解產(chǎn)物的存在形態(tài)和性能。
以通過生成Al(OH)3+帶電膠體實現(xiàn)混凝作用的鋁鹽為例,當(dāng)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(dāng)堿度不夠時,應(yīng)添加石灰等藥劑予以補充。當(dāng)水的pH值偏高時,則需要加酸調(diào)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(yīng)的影響
硝化細菌對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,硝化過程迅速。
當(dāng)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(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的濃度會迅速增加。由于硝化菌對NH3極敏感,結(jié)果會影響到硝化作用速率。
在酸性條件下,當(dāng)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(biāo)的關(guān)系
(1)與水質(zhì)水量的關(guān)系:工業(yè)排水中pH的波動主要由生產(chǎn)中使用的酸堿藥品帶來的,需要在行中逐步熟悉企業(yè)排水情況,積累經(jīng)驗通過顏色等物理性質(zhì)判斷水質(zhì)偏酸或偏堿。
(2)與沉降比的關(guān)系:pH低于5或高于10都會對系統(tǒng)造成沖擊,出現(xiàn)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(guān)系:越高的污泥濃度對pH的波動耐受力越強。在受沖擊后應(yīng)加大排泥量促進活性污泥更新。
(4)與回流比的關(guān)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(tǒng)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(yīng)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(tǒng)的pH下降,導(dǎo)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(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(shù),kg堿度/kgNH3-N。
2、對于含氨氮濃度較高的工業(yè)廢水,通常需要補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、實際工程中進行堿度核算應(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(tǒng)應(yīng)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(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)計算。
ALKw 為原污水中的總堿量;
ALKc 為BOD5分解過程中產(chǎn)生的堿量;ALKc與系統(tǒng)的SRT有關(guān)系:
當(dāng)SRT>20d時,可按降解每千克BOD5產(chǎn)堿0.1kg計算;當(dāng)SRT=10~20d時,按0.05kgALK/kgBOD5;當(dāng)SRT<10d時,按0.01gALK/kgBOD5。
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