某污水处理中外部碳源投加的计算实例及成本比较

刘晓娜

摘    要：介绍某污水处理厂外部碳源投加的计算过程，并对几种外加碳源处理成本进行计算、分析，为污水处理中碳源投加的选择提供参考。

关键词：碳源投加;计算实例;成本

1  概述

我国城市生活污水处理主要采用生物处理方法，主要控制TN、NH4-N、TP、BOD5和SS等指标。其中TN和NH4-N去除的主要通过生物的硝化反硝化过程去除。而系统能否完成较充分的反硝化，除了外部条件，还取决于进水中的碳源是否充足。污水处理厂进水中的碳源不足时，需要投加外加碳源。常用的碳源有甲醇、乙酸、乙酸钠、淀粉、蛋白质、葡萄糖等。不同的碳源物质对系统的生物反硝化的影响是不一样的。本文通过实际案例计算常用的碳源甲醇、乙酸、乙酸钠及葡萄糖的投加量，并比较其成本。

2  工程介绍

某30000m?/d的污水处理厂采用的工艺为预处理+AAO池+二沉池+絮凝沉淀池+纤维转盘滤池+紫外消毒工艺。该污水处理工程的进水水质为：CODCr≤200mg/L;BOD5≤70mg/L;NH3-N≤25mg/L;TN≤35mg/L;SS≤250mg/L;TP≤4mg/L。污水处理厂出水应满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准，由此确定污水处理厂最终出水水质为：CODCr≤50mg/l;BOD5≤10mg/l;NH3-N≤5（8）mg/l;TN≤15mg/l;SS≤10mg/l;TP≤0.5mg/l。AAO生物处理厌氧池容积为1250m?、缺氧池容积3125m?、好氧池容积为12500m?，污泥负荷：0.09kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥浓度：MLSS=4000mg/L，有效水深：5.5m，厌氧池停留时间：1h，缺氧池停留时间：2.5h，好氧池停留时间：10h，污泥龄：20d。

3  碳源投加的计算

3.1  进水有机物对碳源的消耗量

从该污水厂进水指标来看，BOD浓度比较低，可能存在碳源不足。进水中有机物对碳源的消耗主要有两部分组成，一部分用于微生物自身的代谢活动，一部分用于微生物反硝化消耗N时的消耗。进水中碳源用于微生物自身的代谢时，污水中微生物的最佳营养比一般为BOD：N=100：5;微生物反硝化时，消耗N的量与反硝化速率有关。反硝化速率Kde是消耗每kgBOD所能去除的硝态氮kg数。按照理论计算，消耗2.86kgBOD可反硝化1kg硝态氮，即 Kde=1/2.86=0.35。实际反硝化速率还与进水BOD浓度、污水温度、反硝化工艺等因素有关。根据反硝化设计参数表1，由缺氧池、好氧池容积确定Kde的值。

由上述公式和表1可知，我们可以根据几种碳源的COD当量值，确定碳源投加量。

（1）若投加甲醇作为碳源，其COD当量为1.5kgCOD/kg甲醇，则该30000m?/d的污水厂每日需要的甲醇为：

C1=5[×]9.3[×]30000/1.5=0.93t/d

（2）若投加乙酸作为碳源，其COD当量为1.07 kgCOD/kg乙酸，则该30000m?/d的污水厂每日需要的乙酸为：

C2=5[×]9.3[×]30000/1.07=1.30t/d

（3）若投加乙酸钠作为碳源，其COD当量为0.68 kgCOD/kg乙酸钠，则该30000m?/d的污水厂每日需要的乙酸钠为：

C3=5[×]9.3[×]30000/0.68=2.05t/d

（4）若投加葡萄糖作为碳源，其COD当量为0.6 kgCOD/kg葡萄糖，则该30000m?/d的污水厂每日需要的葡萄糖为：

C4=5[×]9.3[×]30000/0.6=2.33/d

经询价，甲醇药品价格是2500元/吨，乙酸药品价格是3900元/吨，乙酸钠（有效含量58%）药品价格是3300元/吨，葡萄糖（有效含量78%）药品价格是2000元/吨。

几种碳源吨水运行成本为：

（1）投加甲醇的吨水运行成本=C1[×]P1/Q=0.93[×]x2500/30000=0.0775元/吨水。

（2）投加乙酸的吨水运行成本= C2[×]P2/Q=1.3[×]3900/30000=0.169元/吨水。

（3）投加乙酸钠（有效含量58%）的吨水运行成本= C3[×]P3/Q=2.05[×]3300/30000/0.58=0.389元/吨水。

（4）投加葡萄糖（有效含量78%）的吨水运行成本= C4[×]P4/Q=2.33[×]2000/30000/0.78=0.199元/吨水。

通过以上计算可知，投加不同碳源的成本费用不同。其中最经济的为投加甲醇药剂，其次为乙酸药剂;成本最高的为投加乙酸钠药剂，其次为葡萄糖药剂。但是在实际中，虽然投加甲醇作为碳源最经济，但是甲醇具有易燃、易爆，运输及储存均有一定的危险性，而且其生物利用速率低，过多投加又会严重浪费，一般情况下很少应用。乙酸钠虽然相对运行成本高，但是乙酸钠是几种碳源中脱氮效率最迅速的，同时对总氮的降低程度也是最大的。因此选用哪种药剂作为外加碳源还需要根据具体情况进行确定。

5  结论

通过实际案例可以看出，我们可以根据污水厂进水指标及出水水质要求计算出污水处理需要的外加碳源量，并可以通过计算比较污水厂几种常用外加碳源的成本。在污水厂前期的投资估算、设计过程中，需要综合考虑实际情况，并比较经济性、安全性、实用性和高效性来确定采用哪种外加碳源，在水厂建成后的运营阶段，更要做好调试，充分利用原有污水中碳源，减少外加碳源的投加量，从而降低污水处理成本。

参考文献：

[1] 周雹.活性污泥工艺简明原理及设计计算.第1版[M].北京：中国建筑工业出版社，2005

[2] 周丹，周雹.污水脱氮工艺中外部碳源投加量简易计算方法[J].给水排水，2011（11）.

[3] 刘轩，王艳兵，牛奕娜，等.污水处理工程設计中碳源投加计算方法及应用实例[J].广东化工，2013（11）：141～142.