pH與堿度的含義及二者之間的關(guān)系
發(fā)布日期：2022-07-16 點(diǎn)擊率：277
1、pH的含義
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)對數(shù)。
pH值其實(shí)是一個(gè)“對數(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、堿度的含義
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值與堿度的關(guān)系：
pH值與堿度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(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pH溶液的緩沖幫助越大，堿度越低，pH溶液的緩沖能力越低！
4、PH對污水處理的影響：
pH值會(huì)對污水處理的活性污泥中的微生物細(xì)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(xì)菌、藻類和原生動(dòng)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。
①pH值對絮凝劑的影響
在實(shí)際調(diào)節(jié)過程中pH值寧愿偏堿而不要偏酸，主要因?yàn)槠珘A更利于后段絮凝沉淀效果提升。
水的pH值對無機(jī)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)混凝作用的鋁鹽為例，當(dāng)pH值4時(shí)，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(shí)，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(shí)，應(yīng)添加石灰等藥劑予以補(bǔ)充。當(dāng)水的pH值偏高時(shí)，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。
②pH值對硝化反應(yīng)的影響
硝化細(xì)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(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。
③pH值與其他指標(biāo)的關(guān)系
a、與水質(zhì)水量的關(guān)系：工業(yè)排水中pH的波動(dòng)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(yàn)通過顏色等物理性質(zhì)判斷水質(zhì)偏酸或偏堿。
b、與沉降比的關(guān)系：pH低于5或高于10都會(huì)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。
c、與污泥濃度(MLSS)的關(guān)系：越高的污泥濃度對pH的波動(dòng)耐受力越強(qiáng)。在受沖擊后應(yīng)加大排泥量促進(jìn)活性污泥更新。
d、與回流比的關(guān)系：提高回流比以稀釋進(jìn)水的酸堿度也是降低pH波動(dòng)對系統(tǒng)影響的方法之一。
5、堿度投加量的計(jì)
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(bǔ)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(jìn)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(jì)算：
堿度＝7.14×QΔCNH3-N×10-3
該式中：Q為進(jìn)入濾池的日平均污水量，m3/d；ΔCNH3-N為進(jìn)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(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
該公式中，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
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)
該公式中：ΔALK為系統(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 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(jì))計(jì)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(shí)，可按降解每千克BOD5產(chǎn)堿0.1kg計(jì)算；
當(dāng)SRT＝10～20d時(shí)，按0.05kgALK/kgBOD5；
當(dāng)SRT＜10d時(shí)，按0.01gALK/kgBOD5。
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