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什么是碱度?

发表时间:2021-04-02 17:54作者:小莱

1、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。


咱们经常搞混的就是碱度与PH的关系,碱度与PH不是一个概念,碱度说明的是缓冲能力,PH是酸碱性的直接表现!一个是内功一个是招式的区别!


2、碱度对硝化的影响


碱度的外在表现就是PH的高低,pH值酸碱度是影响硝化作用的重要因素。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。

pH下降的原因

pH下降的原因有两个,一是进水碱度不高。二是进水碳源不足,无法补充硝化消耗的一半的碱度。

由硝化方程式可知,随着NH3-N被转化成NO3—-N,会产生部分矿化酸度H+,这部分酸度将消耗部分碱度,每克NH3-N转化成NO3—-N约消耗7.14g碱度(以CaC03计)。因而当污水中的碱度不足而TKN负荷又较高时,便会耗尽污水中的碱度,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。

如果无强酸排人,正常的城市污水应该是偏碱性的,即pH一般都大于7.0,此时的pH则主要取决于人流污水中碱度的大小。

所以,在生物硝化反应器中,应尽量控制混合液pH>7.0,制pH>7.0,是生物硝化系统顺利进行的前提。

而要准确控制pH,pH<6.5时,则必须向污水中加碱。应进行碱度核算。

3、脱氮需碱量的计算


在硝化过程中需要消耗一定量的碱度,如果污水中没有足够的碱度,硝化反应将导致pH值的下降,使反应速率减缓,所以硝化反应要顺利进行就必须使污水中的碱度大于硝化所需的碱度。在实际工程应用中,对于典型的城市污水,进水中NH3-N浓度一般为20~40mg/L(TKN约50~60mg/L),碱度约200mg/L(以Na2CO3计)左右。

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     (1)

式中:

Q:日平均污水量,m3/d;
ΔCNH3-N:NH3-N浓度的差值,mg/L;
7.14: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     (2)

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BOD5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      (3)

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)    (4)

式中:

ΔALK: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: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:原污水中的总碱量;
ALKc:反硝化过程中产生的碱量

4、实例计算


如前所述,硝化反应中每消耗1g氨氮要消耗碱度7.14g。一般污水尤其是工业污水对于硝化反应来说,碱度往往是不够的,因此应投加必要的碱量以维持适宜的pH值,保证硝化反应的正常进行。

某处理厂采用脱氮工艺,日处理污水10000m3/d。来水水中:BOD5=50mg/L(0.05kg/m3),NH3-N=50mg/L,碱度ALKw=100mg/L(0.10kg/m3)。欲使出水BOD5<5mg/L,NH3-N<5mg/L,剩余碱度10mg/L(0.01kg/m3)。试核算该硝化系统的碱度,如果碱度不足,试计算投碱量。

解:

每日进水碱度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产碱3.47g计算)

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


每日剩余碱度ALKE =0.01×10^4=100 kg/d


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

因此,该硝化系统内碱源不足。如果不外加碱源,pH将降低,抑制硝化进行,出水NH3-N超标。如果外加碱源,则投碱量为:

ΔALK=3313—2683=630 kg/d

即每天需向来水中投加碱源630kg,具体可根据纯碱的有效成分,换算出纯碱的投加量。