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胖先生的水处理日记
一个水处理工程师的工作日常分享
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“一个小小的pH，我随便加点酸碱药剂就能搞定的事儿，有必要单独写吗？”昨天之前，胖哥听见您这话，一定得给你挑个赞，对你表示大大的认同。就好比今天这篇日记，您觉得胖哥我为啥要写？还不是因为被气的！那到底是怎么一回事，竟然能让我因为一个小小的pH，气到差点翻白眼呢？您各位做好小板凳，备好瓜子点心饮料，且听胖哥细细道来。话说我们公司前段时间接了一个养猪废水的现场调研项目，因为那个项目地处偏僻，业主有大片的荒地可以利用，所以固液分离之后的出水，先进到了一个曝气氧化塘。那个曝气氧化塘的存水时间比较长，所以到了后段AO工艺的时候，进水指标已经降低到了500mg/L左右的COD，10mg/L左右的总磷，300mg/L左右的氨氮和600mg/L左右的总氮。对方要求的排放标准是COD≤300mg/L，氨氮≤40mg/L，总氮≤50mg/L，总磷≤5mg/L。目前出水别的指标都还好，就氨氮总氮一直超标，于是业主想让我们帮忙搞达标。因为前面那么大一片氧化塘的存在，所以整个AO的压力要比正常的养猪场污水站低得多，就算这样还不能合格，恐怕现场的运营条件不会太乐观。等我们到那一看，果不其然，现场除了风机水泵之外，基本什么带电的设备都没有，各种仪表流量计什么的，更是一块都看不到。很明显，这又是一个试图让运营人员仅仅依靠眼观手摸就去完美运营的高标准业主。PS：这里胖哥的潜台词就是，钱不舍得花，效果还得整到位。好吧，接下来的调试过程，就只能依靠我们自己携带的各类便携式测量设备了。就这样，我们几人在这个现场呆了几天后，出水能够达标排放了。等我和现场的工人们都交代清楚运营注意事项后，就打道回府了了。原本以为这个事儿就这么过去了，结果没几天，我接到了业主的电话，说出水氨氮又超了，让我们赶紧再回去一趟。上面咱们也说了，猪场地处偏远，去一趟可相当不容易，但也无奈，毕竟这才调好没几天，总不好意思就撒手不管了，于是只得又跑了一趟。等到了现场挨个检查，先后看了水温、溶解氧、MLSS、回流比等等都没问题。就只剩了pH，等我把便携式pH仪的探头往水里面一插，发现好氧池还没到中间位置呢，pH值就低到了6.3。原水氨氮高达300mg/L，即便经过回流稀释，在AO系统进水处也有50mg/L左右，这么低的pH值，很明显已经不能满足硝化反应对碱度的需求了。我说每天都加为啥pH还这么低，难道你加碱时不测pH值的吗？“我就是按照你教我的方法加的啊，没加到位那也是你教的不对啊！”我被噎了一下，左思右想也没回忆起来我啥时候教他加碱不用看pH了。想了一会依然没有结果后，我直接让小师傅讲讲我教的方法。没想到小师傅拿出一个小本本，翻了几页后，指着一个公式对我说：“这不就是你教我的加药量计算公式吗？我每次的加药量都是按照这个公式计算后得出来的啊，所以我才说如果有偏差，那也是你教的不对，责任在你而不在我！”我把头凑过去，顺着小师傅的手指看去，赫然看到这个公式：“所以你每次都是只加按照公式计算得出的药剂量，而不测pH的吗？”
“对啊，你可别说我算的不对，你教完后，我可研究了老半天了。”说完他还顺手计算了一遍，怕我不明白，一边写还一边叨咕着：“我今天需要处理的水量Q=200m³，原水pH=7.0，需要调节到pH=8.0，则原水中的[H+]=10∧-7mol/L，出水中的[H+]=10∧-8mol/L。”“这就相当于一共需要投加的[OH-]=（10∧-7-10∧-8）mol/L，则每天需要投加的NaOH的质量=200×1000×（10∧-7-10∧-8）×40=0.72g。”“我们买的NaOH药剂纯度是90%的，所以最终的投加量=0.72÷0.9=0.8g，也就是说，我每天只需要往系统里面投加0.8g的NaOH药剂！”我恨欲狂，已经都不知道说什么好了，我当初教他这个算法，也是在我教完他碳源投加量计算方法后，他问的我一句话：“如何根据水质pH来计算所需投加的酸碱药剂量呢？”我当时就单纯的以为他比较好学，所以就给他讲了讲这个公式，结果没想到，他还真得就用上了.......
我一口老血好悬没吐出来，好吧，这件事儿从源头上来说，还真得怪我。我趁着小师傅不备，一把抢过他手中的小本子，拿起笔来刷刷刷的把那个公式涂了个乱七八糟，不等小师傅反应过来，我又把笔和本子塞回了他手中，然后郑重的告诉他说：“从现在开始，你不要再用这个公式了，以后调碱，直接用pH计来监测，什么时候pH低于7了，你就加碱，加到8左右，最高不能超过8.5，懂了吗？”“还有，记住了，不要一次性投加，一定要跟着来水连续监测连续投加！”“如果我在实验室里面，用去离子水来调pH，那么你按照pH值计算公式算出来的药剂量投加，那没什么大问题。”“但在水质情况复杂的废水中，你还单纯的依靠那个公式去计算投加的药剂量，就太离谱了，因为在废水中能够最终影响pH值的因素实在太多太多了，例如缓冲物质。”没想到小师傅的求知欲又上来了，一连串的问了好几个为什么，我只好继续解释：“水中缓冲溶液有两类，第一类是由弱的共轭酸碱对组成的体系，如HAc-Ac-，NH4+-NH3，H2CO3-HCO3-，H2PO4--HPO4²-等，以上共轭酸碱对又称为缓冲对，不同的缓冲对对应不同的pH值。”
“第二类就是弱酸弱碱盐。”
“为什么缓冲溶液具有缓冲作用呢？以HAc-NaAc缓冲溶液为例，HAc水溶液存在如下平衡。”
说完，我写了一个简易化学方程式。
HAc↔H++Ac-
“加入的NaAc由于同离子效应，抑制了HAc电离，溶液中H+浓度相对较低，当往此缓冲体系中加入少量强酸HCl，H+浓度增大，破坏了原来的平衡，平衡将向左移动，H+与Ac-结合成HAc，溶液中H+的量基本保持不变，反映到pH值上自然也就基本不变。”
“同理，当加入少量强碱NaOH时，加入的OH-与溶液中H+结合生成水，使H+浓度降低，破坏了原来的平衡条件，平衡向右移动，补充了H+的消耗，使H+浓度保持基本不变，pH值还是几乎不变。”
说到这，我看着小师傅，反问他说：
“如果此时还按照你的计算方法来投加酸碱药剂，能起到改变pH的作用吗？”
这位小师傅估计是典型的对抗型人格，明明知道我说的对，但就是不愿意承认自己错了，反而还问我：
“难道水里面有缓冲物质，就没办法调节pH值了吗？”
“当然不是。”
我长叹一口气说道：
“当加入大量强酸、强碱后，起缓冲作用的物质早晚都会被消耗尽，那时候他们的缓冲作用就会消失，所以任何缓冲物质的缓冲能力都是有限的，代价就是，你需要消耗比理论值更多的酸碱药剂，懂了吗？”
我以为这厮就这样服软了，结果没多久，他又找到了我，问了另外一个问题：
“胖工，有人说咱们加碱用NaOH不好，说用Na2CO3效果更好，是真的吗？”我点点头，说没错，因为硝化系统需要的是碱度，而构成碱度的可不单单只有OH-，碳酸根也是一种极好的碱度补充，并且相比较于NaOH的强碱性，Na2CO3的性能更温和，所以使用它的效果更好。这还能有啥，嫌贵呗，想到这我就没来由的火大，没好气的凶了他一句：“还有胖工，如果用Na2CO3调节pH，Na2CO3的投加量又该怎么计算啊，它的分子式里面也没有OH-啊?”
我一听这个，头也不回的就跑了，只留下好学的小师傅独自在风中凌乱......“胖哥，其实小师傅问的问题，我也想知道答案，但是你放心，我肯定不会去学小师傅，按照这个去调碱。”
嗯，胖哥就信您各位一次，接下来咱们就说说用Na2CO3调碱时的投加量该怎么计算。PS：以下计算过程都假定在去离子水中，没有任何缓冲物质干扰。
假设原水pH=7，体积为100m³，我们需要用Na2CO3将其pH调节到8，需要投加纯度100%的Na2CO3多少质量呢？首先，原水中的[H+]=10∧-7mol/L，出水中的[H+]=10∧-8mol/L，相当于一共需要投加的[OH-]=（10∧-7-10∧-8）mol/L，100m³体积的水就需要（10∧-7-10∧-8）×100×1000=0.009mol的OH-。其次再来看看Na2CO3溶于水中是如何产生OH-的。从上式中可以看出，1mol的Na2CO3溶于水中，会产生1mol的OH-，所以100m³原水要想从pH=7调节到pH=8，那么就需要投加Na2CO3的质量=0.009×106=0.954g。在结合文中计算的投加NaOH调节原水pH=7到pH=8，100m³原水需要投加NaOH质量为0.36g。按照Na2CO3市价2000元/t，NaOH市价2600元/t计算，前者成本是后者的2倍。就这还是按照水中没有任何缓冲物质存在的前提得出的计算结果，要是水中有缓冲物质，药剂使用量翻倍后，这个成本差的会更大，也难怪老板们不愿意使Na2CO3了吧。
好了，今天的文章内容就这么多，不知道您各位都学会了吗？
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写在文末：我是胖先生，专注于污水处理技术研发10年有余，注册环保工程师，注册给排水工程师，环境保护高级工程师。
作为一名环保老兵，我会不定期在本公众号分享有关于水处理技术上的个人心得、经验和一些有趣的案例故事，欢迎大家关注、分享。
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