24.处理弱酸性工业废水的pH控制方法探讨

处理弱酸性工业废水酌P{_{控制方法探讨屈安贵陶卫克吉玉斌王宝莲(中国昆仑工程公司，北京100037)摘要以强碱、弱酸中和反应为理论基础，通过两个工程实例对聚酯和PTA弱酸性工业废水处理调试过程中pH的控制过程进行了分析，建议在调节池投加液碱，增加弱酸的电离时间；同时在厌氧反应区投加碳酸氢钠建立弱碱性缓冲溶液体系，以降低因进水pH波动对池内微生物活性的影响，保证了系统的稳定运行。关键词弱酸性工业废水中和反应pH缓冲溶液体系O概述近年来，笔者所在的中国昆仑工程公司承接了大批PTA、聚酯废水处理工程项目。PTA和聚酯废水有类似的特点，都含有大量的醋酸(CH。COOH)，致使废水呈弱酸性，pH为3．545．5E。由于废水中有机物浓度很高，一般要高于5000mg／I，因此这两种废水处理工程中绝大多数采用了厌氧生化处理，而厌氧反应池(器)中产甲烷菌的pH耐受范围为6．5,--7．8，最佳范围为6．8～7．2[。因此需要先对这两类废水进行加碱中和，在实际工程中通常采用投加烧碱(NaOH)溶液中和废水中的醋酸。在以往的工程实例中虽然设置了多点加碱，pH计信号反馈控制调节阀开度，以期达到进水pH稳定在6．5～7．8的目的。多点加碱增加了工程造价(每个加碱点需设置1个在线pH计、1个调节阀、1套调节系统)，但往往还是不能把进水pH稳定控制在6．5～7．8。通过多年的现场调试经验，笔者认为应该调整思路，进行优化设计，在降低工程造价的同时，又能满足产甲烷菌的正常生长环境。1酸碱中和理论PTA和聚酯废水均为弱酸性工业废水，加入NaOH溶液中和是典型的强碱弱酸中和反应。如果是强碱(NaOH、Na2CO。)强酸(H2SO、HC1、HN)中和反应，只要按当量定律经过简单计算就可准确计算出所需的加碱量，因为强酸、强碱在水中几乎能够瞬间全部电离。但弱酸(以CH。CO0H为98给水排水Vo1．39No．22013例)在水中却不能全部电离，其电离过程是一个可逆反应。醋酸的电离平衡方程如式(1)所示：CH3COoHCH3COO一+H+(1)如果向含醋酸的废水中加入NaOH溶液，这时已电离的H+首先与加入的NaOH后电离的OH一反应生成HzO，同时生成CH。COONa。CHsCOoNa属于强碱弱酸盐，可与未电离的醋酸形成弱酸性缓冲溶液体系。弱酸性缓冲溶液体系是一种能在加入碱时大大减弱pH波动的溶液，缓冲溶液体系分为弱酸性缓冲溶液体系和弱碱性缓冲溶液体系。弱酸性废水开始加碱时，会形成弱酸性缓冲溶液体系，这是废水的自身特性决定的。由于弱酸性缓冲溶液体系的存在，使得控制加碱中和反应在一定的pH范围变得难以实现，pH上升缓慢，到达终点时pH又会产生突跃。图1为醋酸和NaOH的中和曲线，图中中和度1020304050607080901001101201301钔1501印1701∞19o2∞中和度／％图1醋酸～Na0H中和曲线4321098765432}王4为中和过程中投加的NaOH与醋酸的量的比。由图1可以看出，弱酸性工业废水的pH要控制在6．5～7．8是非常困难的。高浓度弱酸性工业废水(如PTA废水和聚酯废水)的后续生化处理通常采用UASB厌氧反应和好氧生化反应。在UASB厌氧反应中，pH是废水厌氧消化的最重要影响因素之一。产甲烷菌对pH变化的适应性很差，厌氧反应池(器)中的pH一般应维持在6．5～7．8，其最佳范围为6．8～7．2。为了使产甲烷菌能够在适宜的环境中生长，需要有弱碱性缓冲溶液体系来抵抗产甲烷菌生存环境pH的变化。UASB厌氧反应池(器)中弱碱性缓冲溶液体系的建立首先取决于培菌调试初期在UASB厌氧反应池(器)内投加的弱碱(如NaHCO。)量。使在初步形成弱碱性缓冲溶液体系时进水pH控制在5～5．5即可，这在工程中是较为容易做到的。pH越接近终点就越难以控制，这时的加碱量大约为总加碱量的9o。进水中碱的不足可由弱碱性缓冲溶液体系补充，废水中的有机物在厌氧微生物的作用下生成甲烷(CH)、二氧化碳(COz)和水(H2O)。二氧化碳溶解后生成重碳酸盐，UASB厌氧反应池(器)内的碱度也随之上升，弱碱性缓冲溶液体系也会得到强化。实际工程中UASB厌氧反应池(器)出水碱度为1300~1800mg／L，pH呈弱碱性。通过对该弱碱性废水的回流又可中和进水中的醋酸，这样就形成了良性循环。随着废水处理装置投产时间的推移，进水的加碱量可以逐渐减少。下面以两个工程实例进一步介绍废水pH控制方法的应用情况，其中有成功的经验也有失败的教训。2案例分析2．1工程实例1中国昆仑工程公司承接的远纺工业(上海)有限公司聚酯废水处理工程，设计规模为高浓度聚酯废水120m3／d，低浓度废水880m3／d，共计1000m3／d。高浓度聚酯废水pH为3．5～5．5，水温7O～80℃。处理流程见图2。因该