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胖先生的水處理日記
一個(gè)水處理工程師的工作日常分享
381篇原創(chuàng)內(nèi)容
公眾號(hào)
今天說一說污水處理中調(diào)節(jié)pH值的那些事兒。“一個(gè)小小的pH，我隨便加點(diǎn)酸堿藥劑就能搞定的事兒，有必要單獨(dú)寫嗎？”昨天之前，胖哥聽見您這話，一定得給你挑個(gè)贊，對(duì)你表示大大的認(rèn)同。就好比今天這篇日記，您覺得胖哥我為啥要寫？還不是因?yàn)楸粴獾模?/span>那到底是怎么一回事，竟然能讓我因?yàn)橐粋�(gè)小小的pH，氣到差點(diǎn)翻白眼呢？您各位做好小板凳，備好瓜子點(diǎn)心飲料，且聽胖哥細(xì)細(xì)道來。話說我們公司前段時(shí)間接了一個(gè)養(yǎng)豬廢水的現(xiàn)場調(diào)研項(xiàng)目，因?yàn)槟莻�(gè)項(xiàng)目地處偏僻，業(yè)主有大片的荒地可以利用，所以固液分離之后的出水，先進(jìn)到了一個(gè)曝氣氧化塘。那個(gè)曝氣氧化塘的存水時(shí)間比較長，所以到了后段AO工藝的時(shí)候，進(jìn)水指標(biāo)已經(jīng)降低到了500mg/L左右的COD，10mg/L左右的總磷，300mg/L左右的氨氮和600mg/L左右的總氮。對(duì)方要求的排放標(biāo)準(zhǔn)是COD≤300mg/L，氨氮≤40mg/L，總氮≤50mg/L，總磷≤5mg/L。目前出水別的指標(biāo)都還好，就氨氮總氮一直超標(biāo)，于是業(yè)主想讓我們幫忙搞達(dá)標(biāo)。因?yàn)榍懊婺敲创笠黄趸恋拇嬖�，所以整個(gè)AO的壓力要比正常的養(yǎng)豬場污水站低得多，就算這樣還不能合格，恐怕現(xiàn)場的運(yùn)營條件不會(huì)太樂觀。等我們到那一看，果不其然，現(xiàn)場除了風(fēng)機(jī)水泵之外，基本什么帶電的設(shè)備都沒有，各種儀表流量計(jì)什么的，更是一塊都看不到。很明顯，這又是一個(gè)試圖讓運(yùn)營人員僅僅依靠眼觀手摸就去完美運(yùn)營的高標(biāo)準(zhǔn)業(yè)主。PS：這里胖哥的潛臺(tái)詞就是，錢不舍得花，效果還得整到位。好吧，接下來的調(diào)試過程，就只能依靠我們自己攜帶的各類便攜式測量設(shè)備了。就這樣，我們幾人在這個(gè)現(xiàn)場呆了幾天后，出水能夠達(dá)標(biāo)排放了。等我和現(xiàn)場的工人們都交代清楚運(yùn)營注意事項(xiàng)后，就打道回府了了。原本以為這個(gè)事兒就這么過去了，結(jié)果沒幾天，我接到了業(yè)主的電話，說出水氨氮又超了，讓我們趕緊再回去一趟。我一聽頭都大了，明明當(dāng)初教好了現(xiàn)場師傅們了��？
上面咱們也說了，豬場地處偏遠(yuǎn)，去一趟可相當(dāng)不容易，但也無奈，畢竟這才調(diào)好沒幾天，總不好意思就撒手不管了，于是只得又跑了一趟。等到了現(xiàn)場挨個(gè)檢查，先后看了水溫、溶解氧、MLSS、回流比等等都沒問題。就只剩了pH，等我把便攜式pH儀的探頭往水里面一插，發(fā)現(xiàn)好氧池還沒到中間位置呢，pH值就低到了6.3。原水氨氮高達(dá)300mg/L，即便經(jīng)過回流稀釋，在AO系統(tǒng)進(jìn)水處也有50mg/L左右，這么低的pH值，很明顯已經(jīng)不能滿足硝化反應(yīng)對(duì)堿度的需求了。所以我就問現(xiàn)場負(fù)責(zé)加堿的小師傅為啥不補(bǔ)堿呢？我說每天都加為啥pH還這么低，難道你加堿時(shí)不測pH值的嗎？沒想到他理直氣壯地?fù)u搖頭，然后十分篤定的對(duì)我說：“我就是按照你教我的方法加的啊，沒加到位那也是你教的不對(duì)�。�”我被噎了一下，左思右想也沒回憶起來我啥時(shí)候教他加堿不用看pH了。想了一會(huì)依然沒有結(jié)果后，我直接讓小師傅講講我教的方法。沒想到小師傅拿出一個(gè)小本本，翻了幾頁后，指著一個(gè)公式對(duì)我說：“這不就是你教我的加藥量計(jì)算公式嗎？我每次的加藥量都是按照這個(gè)公式計(jì)算后得出來的啊，所以我才說如果有偏差，那也是你教的不對(duì)，責(zé)任在你而不在我！”我把頭湊過去，順著小師傅的手指看去，赫然看到這個(gè)公式：“所以你每次都是只加按照公式計(jì)算得出的藥劑量，而不測pH的嗎？”
“對(duì)啊，你可別說我算的不對(duì)，你教完后，我可研究了老半天了。”說完他還順手計(jì)算了一遍，怕我不明白，一邊寫還一邊叨咕著：“我今天需要處理的水量Q=200m³，原水pH=7.0，需要調(diào)節(jié)到pH=8.0，則原水中的[H+]=10∧-7mol/L，出水中的[H+]=10∧-8mol/L。”“這就相當(dāng)于一共需要投加的[OH-]=（10∧-7-10∧-8）mol/L，則每天需要投加的NaOH的質(zhì)量=200×1000×（10∧-7-10∧-8）×40=0.72g。”“我們買的NaOH藥劑純度是90%的，所以最終的投加量=0.72÷0.9=0.8g，也就是說，我每天只需要往系統(tǒng)里面投加0.8g的NaOH藥劑！”我恨欲狂，已經(jīng)都不知道說什么好了，我當(dāng)初教他這個(gè)算法，也是在我教完他碳源投加量計(jì)算方法后，他問的我一句話：“如何根據(jù)水質(zhì)pH來計(jì)算所需投加的酸堿藥劑量呢？”我當(dāng)時(shí)就單純的以為他比較好學(xué)，所以就給他講了講這個(gè)公式，結(jié)果沒想到，他還真得就用上了.......
我一口老血好懸沒吐出來，好吧，這件事兒從源頭上來說，還真得怪我。我趁著小師傅不備，一把搶過他手中的小本子，拿起筆來刷刷刷的把那個(gè)公式涂了個(gè)亂七八糟，不等小師傅反應(yīng)過來，我又把筆和本子塞回了他手中，然后鄭重的告訴他說：“從現(xiàn)在開始，你不要再用這個(gè)公式了，以后調(diào)堿，直接用pH計(jì)來監(jiān)測，什么時(shí)候pH低于7了，你就加堿，加到8左右，最高不能超過8.5，懂了嗎？”“還有，記住了，不要一次性投加，一定要跟著來水連續(xù)監(jiān)測連續(xù)投加！”“如果我在實(shí)驗(yàn)室里面，用去離子水來調(diào)pH，那么你按照pH值計(jì)算公式算出來的藥劑量投加，那沒什么大問題。”“但在水質(zhì)情況復(fù)雜的廢水中，你還單純的依靠那個(gè)公式去計(jì)算投加的藥劑量，就太離譜了，因?yàn)樵趶U水中能夠最終影響pH值的因素實(shí)在太多太多了，例如緩沖物質(zhì)。”沒想到小師傅的求知欲又上來了，一連串的問了好幾個(gè)為什么，我只好繼續(xù)解釋：“水中緩沖溶液有兩類，第一類是由弱的共軛酸堿對(duì)組成的體系，如HAc-Ac-，NH4+-NH3，H2CO3-HCO3-，H2PO4--HPO4²-等，以上共軛酸堿對(duì)又稱為緩沖對(duì)，不同的緩沖對(duì)對(duì)應(yīng)不同的pH值。”
“第二類就是弱酸弱堿鹽。”
“為什么緩沖溶液具有緩沖作用呢？以HAc-NaAc緩沖溶液為例，HAc水溶液存在如下平衡。”
說完，我寫了一個(gè)簡易化學(xué)方程式。
HAc↔H++Ac-
“加入的NaAc由于同離子效應(yīng)，抑制了HAc電離，溶液中H+濃度相對(duì)較低，當(dāng)往此緩沖體系中加入少量強(qiáng)酸HCl，H+濃度增大，破壞了原來的平衡，平衡將向左移動(dòng)，H+與Ac-結(jié)合成HAc，溶液中H+的量基本保持不變，反映到pH值上自然也就基本不變。”
“同理，當(dāng)加入少量強(qiáng)堿NaOH時(shí)，加入的OH-與溶液中H+結(jié)合生成水，使H+濃度降低，破壞了原來的平衡條件，平衡向右移動(dòng)，補(bǔ)充了H+的消耗，使H+濃度保持基本不變，pH值還是幾乎不變。”
說到這，我看著小師傅，反問他說：
“如果此時(shí)還按照你的計(jì)算方法來投加酸堿藥劑，能起到改變pH的作用嗎？”
這位小師傅估計(jì)是典型的對(duì)抗型人格，明明知道我說的對(duì)，但就是不愿意承認(rèn)自己錯(cuò)了，反而還問我：
“難道水里面有緩沖物質(zhì)，就沒辦法調(diào)節(jié)pH值了嗎？”
“當(dāng)然不是。”
我長嘆一口氣說道：
“當(dāng)加入大量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿后，起緩沖作用的物質(zhì)早晚都會(huì)被消耗盡，那時(shí)候他們的緩沖作用就會(huì)消失，所以任何緩沖物質(zhì)的緩沖能力都是有限的，代價(jià)就是，你需要消耗比理論值更多的酸堿藥劑，懂了嗎？”
我以為這廝就這樣服軟了，結(jié)果沒多久，他又找到了我，問了另外一個(gè)問題：
“胖工，有人說咱們加堿用NaOH不好，說用Na2CO3效果更好，是真的嗎？”我點(diǎn)點(diǎn)頭，說沒錯(cuò)，因?yàn)橄趸到y(tǒng)需要的是堿度，而構(gòu)成堿度的可不單單只有OH-，碳酸根也是一種極好的堿度補(bǔ)充，并且相比較于NaOH的強(qiáng)堿性，Na2CO3的性能更溫和，所以使用它的效果更好。這還能有啥，嫌貴唄，想到這我就沒來由的火大，沒好氣的兇了他一句：“這個(gè)問題你應(yīng)該去找你們老板去！”“還有胖工，如果用Na2CO3調(diào)節(jié)pH，Na2CO3的投加量又該怎么計(jì)算啊，它的分子式里面也沒有OH-啊?”
我一聽這個(gè)，頭也不回的就跑了，只留下好學(xué)的小師傅獨(dú)自在風(fēng)中凌亂......“胖哥，其實(shí)小師傅問的問題，我也想知道答案，但是你放心，我肯定不會(huì)去學(xué)小師傅，按照這個(gè)去調(diào)堿。”
嗯，胖哥就信您各位一次，接下來咱們就說說用Na2CO3調(diào)堿時(shí)的投加量該怎么計(jì)算。PS：以下計(jì)算過程都假定在去離子水中，沒有任何緩沖物質(zhì)干擾。
假設(shè)原水pH=7，體積為100m³，我們需要用Na2CO3將其pH調(diào)節(jié)到8，需要投加純度100%的Na2CO3多少質(zhì)量呢？首先，原水中的[H+]=10∧-7mol/L，出水中的[H+]=10∧-8mol/L，相當(dāng)于一共需要投加的[OH-]=（10∧-7-10∧-8）mol/L，100m³體積的水就需要（10∧-7-10∧-8）×100×1000=0.009mol的OH-。其次再來看看Na2CO3溶于水中是如何產(chǎn)生OH-的。從上式中可以看出，1mol的Na2CO3溶于水中，會(huì)產(chǎn)生1mol的OH-，所以100m³原水要想從pH=7調(diào)節(jié)到pH=8，那么就需要投加Na2CO3的質(zhì)量=0.009×106=0.954g。在結(jié)合文中計(jì)算的投加NaOH調(diào)節(jié)原水pH=7到pH=8，100m³原水需要投加NaOH質(zhì)量為0.36g。按照Na2CO3市價(jià)2000元/t，NaOH市價(jià)2600元/t計(jì)算，前者成本是后者的2倍。就這還是按照水中沒有任何緩沖物質(zhì)存在的前提得出的計(jì)算結(jié)果，要是水中有緩沖物質(zhì)，藥劑使用量翻倍后，這個(gè)成本差的會(huì)更大，也難怪老板們不愿意使Na2CO3了吧。
好了，今天的文章內(nèi)容就這么多，不知道您各位都學(xué)會(huì)了嗎？
假如您覺得胖哥寫的不錯(cuò)，那就受累在文末，給胖哥點(diǎn)個(gè)贊吧。
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寫在文末：我是胖先生，專注于污水處理技術(shù)研發(fā)10年有余，注冊(cè)環(huán)保工程師，注冊(cè)給排水工程師，環(huán)境保護(hù)高級(jí)工程師。
作為一名環(huán)保老兵，我會(huì)不定期在本公眾號(hào)分享有關(guān)于水處理技術(shù)上的個(gè)人心得、經(jīng)驗(yàn)和一些有趣的案例故事，歡迎大家關(guān)注、分享。
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