【社區案例】AO工藝，污水進水pH8.5左右，堿度300左右。兩個指標有什么區別?

一、pH與堿度的區別

1、pH的概念

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。

2、堿度的概念

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。

3、pH與堿度的區別和關系

從概念上看酸堿度pH和堿度并不是一個東西，實際意義也不同，酸堿度pH和堿度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0.1mol/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!

二、酸堿度對硝化的影響

酸堿度pH是影響硝化作用的重要因素。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。

pH下降的原因

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

由硝化方程式可知，隨著NH3-N被轉化成NO3—-N，會產生部分礦化酸度H+，這部分酸度將消耗部分堿度，每克NH3-N轉化成NO3—-N約消耗7.14g堿度(以CaC03計)。因而當污水中的堿度不足而TKN負荷又較高時，便會耗盡污水中的堿度，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。

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

所以，在生物硝化反應器中，應盡量控制混合液pH>7.0，控制pH在適宜的范圍內，是生物硝化系統順利進行的前提。

而要準確控制pH，pH<6.5時，則必須向污水中加堿。應進行堿度核算。

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，硝化反應將導致pH值的下降，使反應速率減緩，所以硝化反應要順利進行就必須使污水中的堿度大于硝化所需的堿度。在實際工程應用中，對于典型的城市污水，進水中NH3-N濃度一般為20～40mg/L(TKN約50～60mg/L)，堿度約200mg/L(以Na2CO3計)左右。

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：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，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：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：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：原污水中的總堿量;ALKc：反硝化過程中產生的堿量

四、堿度投加量實例計算

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

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)。試核算該硝化系統的堿度，如果堿度不足，試計算投堿量。

解：

每日進水堿度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產堿3.47g計算)

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

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，該硝化系統內堿源不足。如果不外加堿源，pH將降低，抑制硝化進行，出水NH3-N超標。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，具體可根據純堿的有效成分，換算出純堿的投加量。