污水脱氮工艺中外部碳源投加量简易计算方法

污水脱氮工艺中外部碳源投加量简易计算方法

周

丹１

周

雹２

（１中国市政工程华北设计研究总院，天津３０００７４；２天津市市政工程设计研究院，天津３０００５０）

摘要在分析多段活性污泥法甲醇投加量计算公式及其局限性的基础上，参考德国ＡＴＶ—

Ａ１３１标准，结合实际工作经验，推荐了一种适用于单段式活性污泥法外部碳源投加的简易计算公式，详细介绍了计算方法及参数选用方法，并给出算例。

关键词污水脱氮工艺碳源硝化反硝化计算方法

０前言

随着环境要求的提高，我国城镇污水处理对氮

４版）［１１和《给水排水设计手册》第５册［２］中介绍了多段活性污泥法脱氮流程外加甲醇的计算公式。由

于这种脱氮工艺国内目前已很少采用，普遍应用的是更为经济简便的单段活性污泥法，如Ａ／０、Ａ２／ｏ、氧化沟、ＳＢＲ等生物脱氮工艺，因而多段活性污泥法计算公式难以应用。为此，本文参照和借鉴德国ＡＴＶ—ＤＶＷＫ规范及标准中的ＡＴＶ—Ａ１３１Ｅ“单段活性污泥污水处理厂的设计”Ｅ３］推荐一种外部碳

磷的要求越来越严。生物脱氮是目前最省最好的脱氮工艺，但它受到各种因素的制约，特别是我国相当一部分城镇污水存在碳源不足的问题，严重制约了脱氮效率，出水总氮往往不能达标，已成为不少污水处理厂迫切需要解决的问题。在应对的措施中，投

加外部碳源是常用的有效手段。

关于外部碳源用量的计算，《排水工程》下册（第源用量的简易计算方法。

砒常常常础常常水常础臂水础水科，神＾闲Ｈ蹿＾泄代ｃ弋啦＾吧＾也弋啦＾啦＾闷以Ｆ．／审。弋ｅ气ｅ＾世＾出气ｅ气ｅ代ｅ气ｅ气ｅ气ｃ气ｅｌｅ气ｅ代ｅ＾世＾世＾世＾世，口。计将场地雨水汇到一个或几个汇水点，在汇水点设雨水蓖井收集，所收集雨水通过雨水管汇人道路雨

水收集管道，见图８。

时，从景观方面考虑，可将明沟设计成曲线，同时注重绿化，使明沟成为当地的一道特殊风景。

４结语

农村是实现水资源充分利用最重要也最不容易做到的地方。在新农村建设中，一个好的排水系统既能顺利排出雨污水，又能有效而经济地充分利用雨水和污水，实现雨污水的资源化利用。因此，在进行新农村排水系统设计时，应该以保护环境、雨污水资源化利用及工程经济性为出发点。

参考文献

图８一般户外雨水收集管线布置

１李仰斌，张国华，谢崇宝．国内外农村生活排水相关标准编制概

况．中国水利，２００９，（５）：５６～５７，６４

２张统，王守中，刘弦．我国农村供水排水现状分析．中国给水排水，

２００７，２３（１６）：９～ｌｌ

３．２．４陕南地区的特殊考虑

陕南地处秦岭南麓，多山地丘陵，河网密布，气候温润，降水丰沛，且城镇大多沿江河分布延伸，发生洪水灾害的频率较高，因此在做排雨水设计时，主

要有以下两点考虑：

３井生瑞．总图设计．北京：冶金工业出版社，１９８９

＆Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｙａｘｋ＠ｙｅａ｝Ｌ

ｎｅｔ

（１）要重点考虑防洪排涝要求；

（２）由于降雨频繁且雨量较大，采用明沟排水

３８给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｍｌｌ

２０１１

收稿日期：２０１１—０６—１５修回日期：２０１１—０９—０２

万方数据

１

多段活性污泥法甲醇投量计算公式及其局限性多段活性污泥法脱氮工艺将氧化去除ＢＯＤ５、硝化、反硝化分别在几段反应池中单独进行，先氧化去除ＢＯＤ５，再进行硝化反应，最后进行反硝化反应，每一段有自己单独的反应池和沉淀池，有单独的回流污泥和菌种，功能单一，便于调节到最佳工况，获得最高的反应速率，但其构筑物多，投资大，污水

中的碳源不能利用于脱氮，药耗、能耗大，运行费用

高，所以逐渐被单段活性污泥法脱氮工艺所取代。多段活性污泥法甲醇投量计算公式为［１’２］：

Ｃｍ一２．４７［ＮＯ；一Ｎ］＋１．５３［ＮＯｆ—Ｎ］＋ｏ．８７／９０

（１）

式中

Ｃｍ——必须投加的甲醇量，ｍｇ／Ｌ

［ＮＯｆ—Ｎ］——需要反硝化的硝态氮浓度，ｍｇ／Ｌ；［Ｎｏｆ—Ｎ］——需要反硝化的亚硝态氮浓度，ｒａｇ／Ｌ；

Ｄ卜反硝化池的溶解氧浓度，ｍｇ／Ｌ；

２．４７，１．５３——理论计算值，每还原１ｇＮＯ；－一Ｎ

和１ｇＮＯｇ—Ｎ为Ｎ。时，分别需要

甲醇１．５３ｇ和２．４７

ｇ。

这个计算式存在以下局限性：

（１）式（１）中的系数２．４７和１．５３（以ＣＯＤ表示

时为３．７和２．３）是根据反硝化反应式理论计算得出，见式（２）、式（３）［４‘，而在实际污水处理过程中，情况要复杂得多，不仅污水中有很多对反硝化有利和

不利的物质，同时工艺过程也受工程环境条件的限

制，很难达到理想的反应条件，这种理论和工程实践的差异如果不予考虑，将会造成较大的误差。

Ｎｏｆ＋Ｏ．６７ＣＨ３０Ｈ＋Ｏ．５３Ｈ２Ｃ０３——，０．０４Ｃ５Ｈ７Ｎ０２＋０．４８Ｎ２＋１．２３Ｈ２０＋ＨＣＯ｛

（２）

ＮＯ｛＋１．０８ＣＨ３０Ｈ＋０．２４Ｈ２ＣＯｓ—一

０．０５６ＣａＨ７Ｎ０２＋０．４７Ｎ２＋１．６８Ｈ２０＋ＨＣＯＦ

（３）

（２）式（１）是在多段活性污泥法脱氮流程中得出的，而当前的主流工艺是单段活性污泥脱氮工艺，其生态系统更为复杂，影响因素更多，如果生搬硬套

多段活性污泥脱氮工艺的数据，也会出现明显的

误差。

（３）式（１）中有需要反硝化的硝态氮浓度

［Ｎｏｆ—Ｎ］和亚硝态氮浓度［Ｎｏｆ—Ｎ］两个参数，

万方数据

对于多段活性污泥脱氮工艺来说，可以通过监测反硝化池进水中的Ｎｏｆ—Ｎ和Ｎ（Ｆ—Ｎ得到，但对于单段活性污泥脱氮系统来说，情况就要复杂得多。如果测量前置缺氧池进水中的ＮＯ｛一Ｎ和Ｎ（Ｆ—Ｎ，代入式（１）中得到的不仅是外部碳源，还包含原污水中的内部碳源，计算起来相当麻烦，很难操作。如不加以简化，计算式很难推广。

式（１）的局限性使其很难应用于单段活性污泥脱氮工艺实际工程。为此，本文参照德国ＡＴＶ标

准，修正式（１）的局限性，推荐一种适用于单段活性

污泥脱氮流程的外加碳源简易计算方法。

２推荐外部碳源投加量简易计算方法

统一的计算式为：

Ｃ。一５Ｎ

（４）

式中Ｃｍ——必需投加的外部碳源量（以ＣＯＤ计），

ｍｇ／Ｌ；

５——反硝化１ｋｇ硝态氮需外部碳源量（以

Ｎ＿需要用外部碳源反硝化去除的氮量，

ＣＯＤ计），ｋｇＣＯＤ／ｋｇＮＯ；－一Ｎ；

ｍｇ／Ｌ。

式（４）的主要修正表现在：

（１）将式（１）中的甲醇量改用ＣＯＤ表示，这样有利于计算各种外加碳源量。当前使用的外部碳源除甲醇外，还有乙酸、乙酸钠、葡萄糖等。甲醇最经济，但属于易燃易爆的危险化学药品，适用于长期使用且用量大的污水处理厂，偶尔使用或用量较小时，宜采用其他较安全的碳源。常用的外部碳源参数值

见表１。

表１常用外部碳源参数值

参数单位甲醇

乙酸

乙酸钠葡萄糖

密度／ｋｇ／Ｌ０．７９６１．０４９ＣＯＤ当量／ｋｇＣＯＤ／ｋｇ１．５１．０７Ｏ．６８０．６

ＣＯＤ当量／ｋｇ／Ｌ

１．１９４

１．１２２

（２）对式（１）中的系数值２．４７（以ＣＯＤ表示为３．７）进行修正，把理论计算值修正为实际工程检验后的数值。德国ＡＴＶ标准是针对单段活性污泥法污水处理厂设计的指导性文件，其中规定反硝化

１

ｋｇＮＯｓ—Ｎ需投加外部碳源（以ＣＯＤ计）５

ｋｇＬ３ｊ，

（相当于甲醇３．３３ｋｇ），这是从大量工程实践中得出

的经验值，应该更接近实际情况。

给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｏ．ＩＩ

２０１１

３９

（３）所有反硝化的氮均按硝态氮计算，忽略亚硝态氮的积累，从而简化计算。生物脱氮工艺处于稳态运行时，系统中不会产生亚硝酸盐积累，通

常在反应池中亚硝酸盐浓度很低，往往可以忽略

不计。只有在特殊情况下，系统按短程硝化反硝化运行时，才需要考虑亚硝酸盐的积累，一般情况下不

予考虑。

（４）反硝化池中溶解氧很低，所需要的碳源量极少，可以忽略不计，以简化计算。如Ａ／Ｏ工艺的

Ａ池通常控制Ｄ０＜ｏ．５ｍｇ／Ｌ，所需的外加碳源量

为０．５×０．８７×１．５一ｏ．６５［－（ＣＯＤ）ｍｇ／Ｌ］，只相当

于０．１３ｍｇ／Ｌ氮所需的外加碳源量，比检测和计算

误差还小，省去该项对结果基本无影响。３需用外部碳源反硝化去除的氮量计算３．１已经运行的污水处理厂

Ｎ—Ｎｏ—Ｎｓ

（５）

式中Ｎｅ——二沉池出水总氮实测浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｎ。——二沉池出水总氮排放标准，ｍｇ／Ｌ。３．２设计中的污水处理厂

Ｎ—Ｎｃ计一Ｎｓ

（６）

式中Ｍ计——根据设计的污水水质和设计的工艺参

数计算出能达到的出水总氮，ｍｇ／Ｌ。

Ｎ。计需通过建立氮平衡方程计算，生化反应系统的氮平衡见图１。

氮

图１生化反应系统氮平衡计算

图１中氮平衡是将整个系统看成一个封闭系统，进入这个系统的氮等于排出这个系统的氮，质量

守恒，而系统内的内回流因为不涉及进出系统，所以

一概不考虑，从而简化计算。

同化作用进入污泥中的氮按ＢＯＤｓ去除量的５％计，即０．０５（Ｓｉ—Ｓ。），Ｓｉ、Ｓ。分别为进水和出水

的ＢＯＤ５浓度。

进水总氮和出水总氮均包括各种形态的氮。进水总氮主要是氨氮和有机氮，出水总氮主要是硝态

氮和有机氮。

４０给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｏ．１１

２０１１

万方数据

反硝化作用去除的氮与反硝化工艺缺氧池容大

小和进水ＢＯＤ５浓度有关。德国ＡＴＶ—Ａ１３１Ｅ中提出了反硝化设计参数的概念，将其定义为反硝化的硝态氮浓度与进水ＢＯＤ５浓度之比，表示为Ｋ出（ｋｇＮＯＦ－－Ｎ／ｋｇＢＯＤｓ），由此可算出反硝化去除的硝态氮［Ｎ０ｆ—Ｎ］一ＫｄｅＳｉ。

从理论上讲，消耗２．８６ｋｇＢＯＤ！；可反硝化１

ｋｇ

硝态氮，即玩－－－－１／２．８６－－－－－０．３５（ｋｇＮＣｈ－一Ｎ／ｋｖ．ＢＯＤｓ），

但在实际工程中，进入缺氧池的ＢｏＤ５不可能都被

反硝化菌利用，能被利用的只有几分之一，实际Ｋｄ。远小于０．３５。ＡＴＶ—Ａ１３１Ｅ标准通过总结实际工程的数据，提出了可实际应用的反硝化设计参数表。为便于读者计算，特将其转录于下，见

表２。

表２反硝化设计参数（Ｔ＝｜０－－，１２℃）

Ｋａ。／ｋｇＮＯｊ一－－Ｎ／ｋｇＢＯＤ５

反硝化工艺

设缺氧区的反硝化

间歇或同步反硝化

Ｏ．２

０．１１０．０６ｖｎ～

０．３０．１３０．０９（Ｏａ／ｏｃ）

０．４Ｏ．１４Ｏ．１２Ｏ．５

０．１５

Ｏ．１５

注：１’为设计水温，ｙＤ／ｙ为缺氧池容与总池容（缺氧池容＋好氧池容）之比，０ｄ／００为缺氧泥龄与总泥龄（缺氧泥龄＋好氧泥龄）之比。

将上述各项代入图１的氮平衡方程，可表示为：

Ｎｉ—Ｋｄ。Ｓｉ＋０．０５（Ｓｉ—Ｓ。）＋Ｎ卅

（７）

或：

Ｎｅ计一Ｎｉ—ＫｄｅＳｉ一０．０５（Ｓｉ—Ｓ。）

（８）

４计算例

４．１例１：已建污水处理厂算例

某城镇污水处理厂规模Ｑ—ｌ万ｍ３／ｄ，已建成稳定运行，二沉池出水排放标准总氮Ｎ。≤

１５

ｍｇ／Ｌ，氨氮≤５（８）ｍｇ／Ｌ，运行数据表明氨氮已达标，而出水总氮Ｎｅ超标，经统计分析Ｎｏ一

２０

ｍｇ／Ｌ，求外加碳源量。

解：按式（５）计算：

Ｎ—Ｎｏ—Ｎ。一２０一１５—５（ｍｇＮ／Ｌ）

代入式（４）得：

ｃｍ一５Ｎ一５×５＝２５（ｍｇＣＯＤ／Ｌ）贝０每日需外加ＣＯＩＤ量：

Ｃａ－－－－－ＧＣ，ｎ＝１×１０４×２５×１０—３＝２５０（ｋｇＣＯＤ／ｄ）若选用乙酸为外加碳源，其ＣＯＤ当量为１．０７

ｋｇＣＯＤ／ｋｇ乙酸，乙酸量为：

２５０×１．０７＝２６８（ｋｇ／ｄ）

４．２例２：设计中的污水处理厂算例

某城镇污水处理厂Ｑ一５万ｍ３／ｄ，采用前置缺

氧脱氮工艺，缺氧池进水水质为：ＢＯＤｓ（Ｓｉ）＝２００ｍｇ／Ｌ，Ｎｉ一５６ｍｇ／Ｌ，设计水温１２℃，二沉池出水

ＢＯＤｓ排放标准Ｓ。≤１０ｍｇ／Ｌ，总氮排放标准Ｎ。≤

１５

ｍｇ／Ｌ，计算外加碳源量。

解：首先选定缺氧池容比％／Ｖ，以便确定Ｋ如。

根据Ｎｉ一５６

ｍｇ／Ｌ，属于中等浓度，％／Ｖ宜取０．３

或０．４。下面分别按％／Ｖ＝０．３和ＶＤ／Ｖ一０．４

计算：

（１）ｖＤ／ｖ＝ｏ．３

查表２，Ｋｄｅ—Ｏ．１３，代入式（７）得：

Ｎ卅＝Ｎｉ—ＫｄｅＳｉ—Ｏ．０５（Ｓｉ—Ｓ。）

一５６一Ｏ．１３×２００—Ｏ．０５（２００—ｌＯ）

＝２０．５（ｍｇＮ／Ｌ）

代人式（６）得：

Ｎ＝Ｎ剞ｒ—Ｎ。－－－－－２０．５—１５－－－－５．５（ｍｇＮ／Ｌ）Ｃｍ一５Ｎ＝５×５．５—２７．５（ｍｇＣＯＤ／Ｌ）每日需外加ＣｏＤ量：

Ｃａ＝ＱＣｍ一５×１０４×２７．５×ｌＯ一３

＝１３７５（ｋｇＣＯＤ／ｄ）

若采用甲醇为外加碳源，需甲醇量：

１

３７５／１．５＝９１７（ｋｇ／ｄ）

（２）Ｙ．／Ｖ＝０．４，Ｋｄｅ一０．１４

Ｎ计一５６一Ｏ．１４Ｘ２００—０．０５（２００一１０）

＝１８．５（ｍｇＮ／Ｌ）

代人式（６）：

Ｎ—Ｎ卅一Ｎ。一１８．５—１５＝３．５（ｍｇＮ／Ｌ）

Ｃｍ＝５×３．５—１７．５（ｍｇＣＯＤ／Ｌ）

Ｃｄ一眠一５×１０４×１７．５×１０—３

＝８７５（ｋｇＣＯＤ／ｄ）

需甲醇量：

万方数据

８７５／１．５＝５８３（ｋｇ／ｄ）≈．０．５８（ｔ／ｄ）

桂丽娟等人以生活污水为对象，研究了ＳＢＲ工艺中不同碳源种类和投加量对反硝化作用的影响［５｜。以乙酸钠为碳源时，最佳ＣＯＤ／Ｎ为５．８／１，反硝化过程为零级动力学反应。以乙酸为碳源时，最佳ＣｏＤ／Ｎ为６．６／１。

从试验结果看，与推荐算式的计算结果相当

接近。５结语

（１）我国污水处理对氮、磷的要求越来越严，为了确保总氮达标，不少污水处理厂都投加外部碳源，但目前还缺乏适用的外部碳源投加量计算方法，本文推荐的简易计算法试图弥补这方面的空缺。

（２）需要注意的是，各种计算式适用的前提是污水已充分硝化，出水氨氮已达到排放标准，否则即

使外加碳源也无济于事。

（３）推荐外部碳源计算式主要参照了德国ＡＴＶ—Ａ１３１标准，该标准对我国有很强的针对性，计算结果更加符合实际。

（４）计算式中的参数只涉及进出水水质基本参数以及运行的出水ＴＮ实测值，均为常规分析项目，监测数据的获得十分便捷，公式具有广泛的推广性。

参考文献

１张自杰，林荣忱，金儒霖，排水工程下册．第４版．北京：中国建筑

工业出版社，２０００

２给水排水设计手册．第５册．北京：中国建筑工业出版社，２００４３德国ＡＴＶ标准ＡＴＶ—ＤＶＷＫ—Ａ１３１Ｅ．单段活性污泥法污水处

理厂设计．德国：ＧＦＡ出版公司，２０００

４郑兴灿，李亚新．污水除磷脱氮技术．北京：中国建筑工业出版

社，１９９８

５桂丽娟，彭永臻，甘冠雄．生活污水外加碳源种类和投加量的选

择．见：全国城镇污水处理厂先进设计运营管理经验交流研讨会

论文集，２０１１

＆通讯处：３０００７４中国市政工程华北设计研究院总院

第二设计院

电话：（０２２）２３５４５４５６收稿日期：２０１１—０７—１９修回日期：２０１１～０９一０５

给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｏ．１１２０１１

４１

污水脱氮工艺中外部碳源投加量简易计算方法

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

周丹， 周雹

周丹(中国市政工程华北设计研究总院,天津,300074)， 周雹(天津市市政工程设计研究院,天津,300050)给水排水

Water & Wastewater Engineering2011,37(11)

1. 给水排水设计手册 2004

2. 张自杰;林荣忱;金儒霖 排水工程下册 2000

3. 桂丽娟;彭永臻;甘冠雄 生活污水外加碳源种类和投加量的选择 20114. 郑兴灿;李亚新 污水除磷脱氮技术 1998

5. 德国ATV标准ATV-DVWK-A131E.单段活性污泥法污水处理厂设计 2000

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsps201111009.aspx

污水脱氮工艺中外部碳源投加量简易计算方法

周

丹１

周

雹２

（１中国市政工程华北设计研究总院，天津３０００７４；２天津市市政工程设计研究院，天津３０００５０）

摘要在分析多段活性污泥法甲醇投加量计算公式及其局限性的基础上，参考德国ＡＴＶ—

Ａ１３１标准，结合实际工作经验，推荐了一种适用于单段式活性污泥法外部碳源投加的简易计算公式，详细介绍了计算方法及参数选用方法，并给出算例。

关键词污水脱氮工艺碳源硝化反硝化计算方法

０前言

随着环境要求的提高，我国城镇污水处理对氮

４版）［１１和《给水排水设计手册》第５册［２］中介绍了多段活性污泥法脱氮流程外加甲醇的计算公式。由

于这种脱氮工艺国内目前已很少采用，普遍应用的是更为经济简便的单段活性污泥法，如Ａ／０、Ａ２／ｏ、氧化沟、ＳＢＲ等生物脱氮工艺，因而多段活性污泥法计算公式难以应用。为此，本文参照和借鉴德国ＡＴＶ—ＤＶＷＫ规范及标准中的ＡＴＶ—Ａ１３１Ｅ“单段活性污泥污水处理厂的设计”Ｅ３］推荐一种外部碳

磷的要求越来越严。生物脱氮是目前最省最好的脱氮工艺，但它受到各种因素的制约，特别是我国相当一部分城镇污水存在碳源不足的问题，严重制约了脱氮效率，出水总氮往往不能达标，已成为不少污水处理厂迫切需要解决的问题。在应对的措施中，投

加外部碳源是常用的有效手段。

关于外部碳源用量的计算，《排水工程》下册（第源用量的简易计算方法。

砒常常常础常常水常础臂水础水科，神＾闲Ｈ蹿＾泄代ｃ弋啦＾吧＾也弋啦＾啦＾闷以Ｆ．／审。弋ｅ气ｅ＾世＾出气ｅ气ｅ代ｅ气ｅ气ｅ气ｃ气ｅｌｅ气ｅ代ｅ＾世＾世＾世＾世，口。计将场地雨水汇到一个或几个汇水点，在汇水点设雨水蓖井收集，所收集雨水通过雨水管汇人道路雨

水收集管道，见图８。

时，从景观方面考虑，可将明沟设计成曲线，同时注重绿化，使明沟成为当地的一道特殊风景。

４结语

农村是实现水资源充分利用最重要也最不容易做到的地方。在新农村建设中，一个好的排水系统既能顺利排出雨污水，又能有效而经济地充分利用雨水和污水，实现雨污水的资源化利用。因此，在进行新农村排水系统设计时，应该以保护环境、雨污水资源化利用及工程经济性为出发点。

参考文献

图８一般户外雨水收集管线布置

１李仰斌，张国华，谢崇宝．国内外农村生活排水相关标准编制概

况．中国水利，２００９，（５）：５６～５７，６４

２张统，王守中，刘弦．我国农村供水排水现状分析．中国给水排水，

２００７，２３（１６）：９～ｌｌ

３．２．４陕南地区的特殊考虑

陕南地处秦岭南麓，多山地丘陵，河网密布，气候温润，降水丰沛，且城镇大多沿江河分布延伸，发生洪水灾害的频率较高，因此在做排雨水设计时，主

要有以下两点考虑：

３井生瑞．总图设计．北京：冶金工业出版社，１９８９

＆Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｙａｘｋ＠ｙｅａ｝Ｌ

ｎｅｔ

（１）要重点考虑防洪排涝要求；

（２）由于降雨频繁且雨量较大，采用明沟排水

３８给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｍｌｌ

２０１１

收稿日期：２０１１—０６—１５修回日期：２０１１—０９—０２

万方数据

１

多段活性污泥法甲醇投量计算公式及其局限性多段活性污泥法脱氮工艺将氧化去除ＢＯＤ５、硝化、反硝化分别在几段反应池中单独进行，先氧化去除ＢＯＤ５，再进行硝化反应，最后进行反硝化反应，每一段有自己单独的反应池和沉淀池，有单独的回流污泥和菌种，功能单一，便于调节到最佳工况，获得最高的反应速率，但其构筑物多，投资大，污水

中的碳源不能利用于脱氮，药耗、能耗大，运行费用

高，所以逐渐被单段活性污泥法脱氮工艺所取代。多段活性污泥法甲醇投量计算公式为［１’２］：

Ｃｍ一２．４７［ＮＯ；一Ｎ］＋１．５３［ＮＯｆ—Ｎ］＋ｏ．８７／９０

（１）

式中

Ｃｍ——必须投加的甲醇量，ｍｇ／Ｌ

［ＮＯｆ—Ｎ］——需要反硝化的硝态氮浓度，ｍｇ／Ｌ；［Ｎｏｆ—Ｎ］——需要反硝化的亚硝态氮浓度，ｒａｇ／Ｌ；

Ｄ卜反硝化池的溶解氧浓度，ｍｇ／Ｌ；

２．４７，１．５３——理论计算值，每还原１ｇＮＯ；－一Ｎ

和１ｇＮＯｇ—Ｎ为Ｎ。时，分别需要

甲醇１．５３ｇ和２．４７

ｇ。

这个计算式存在以下局限性：

（１）式（１）中的系数２．４７和１．５３（以ＣＯＤ表示

时为３．７和２．３）是根据反硝化反应式理论计算得出，见式（２）、式（３）［４‘，而在实际污水处理过程中，情况要复杂得多，不仅污水中有很多对反硝化有利和

不利的物质，同时工艺过程也受工程环境条件的限

制，很难达到理想的反应条件，这种理论和工程实践的差异如果不予考虑，将会造成较大的误差。

Ｎｏｆ＋Ｏ．６７ＣＨ３０Ｈ＋Ｏ．５３Ｈ２Ｃ０３——，０．０４Ｃ５Ｈ７Ｎ０２＋０．４８Ｎ２＋１．２３Ｈ２０＋ＨＣＯ｛

（２）

ＮＯ｛＋１．０８ＣＨ３０Ｈ＋０．２４Ｈ２ＣＯｓ—一

０．０５６ＣａＨ７Ｎ０２＋０．４７Ｎ２＋１．６８Ｈ２０＋ＨＣＯＦ

（３）

（２）式（１）是在多段活性污泥法脱氮流程中得出的，而当前的主流工艺是单段活性污泥脱氮工艺，其生态系统更为复杂，影响因素更多，如果生搬硬套

多段活性污泥脱氮工艺的数据，也会出现明显的

误差。

（３）式（１）中有需要反硝化的硝态氮浓度

［Ｎｏｆ—Ｎ］和亚硝态氮浓度［Ｎｏｆ—Ｎ］两个参数，

万方数据

对于多段活性污泥脱氮工艺来说，可以通过监测反硝化池进水中的Ｎｏｆ—Ｎ和Ｎ（Ｆ—Ｎ得到，但对于单段活性污泥脱氮系统来说，情况就要复杂得多。如果测量前置缺氧池进水中的ＮＯ｛一Ｎ和Ｎ（Ｆ—Ｎ，代入式（１）中得到的不仅是外部碳源，还包含原污水中的内部碳源，计算起来相当麻烦，很难操作。如不加以简化，计算式很难推广。

式（１）的局限性使其很难应用于单段活性污泥脱氮工艺实际工程。为此，本文参照德国ＡＴＶ标

准，修正式（１）的局限性，推荐一种适用于单段活性

污泥脱氮流程的外加碳源简易计算方法。

２推荐外部碳源投加量简易计算方法

统一的计算式为：

Ｃ。一５Ｎ

（４）

式中Ｃｍ——必需投加的外部碳源量（以ＣＯＤ计），

ｍｇ／Ｌ；

５——反硝化１ｋｇ硝态氮需外部碳源量（以

Ｎ＿需要用外部碳源反硝化去除的氮量，

ＣＯＤ计），ｋｇＣＯＤ／ｋｇＮＯ；－一Ｎ；

ｍｇ／Ｌ。

式（４）的主要修正表现在：

（１）将式（１）中的甲醇量改用ＣＯＤ表示，这样有利于计算各种外加碳源量。当前使用的外部碳源除甲醇外，还有乙酸、乙酸钠、葡萄糖等。甲醇最经济，但属于易燃易爆的危险化学药品，适用于长期使用且用量大的污水处理厂，偶尔使用或用量较小时，宜采用其他较安全的碳源。常用的外部碳源参数值

见表１。

表１常用外部碳源参数值

参数单位甲醇

乙酸

乙酸钠葡萄糖

密度／ｋｇ／Ｌ０．７９６１．０４９ＣＯＤ当量／ｋｇＣＯＤ／ｋｇ１．５１．０７Ｏ．６８０．６

ＣＯＤ当量／ｋｇ／Ｌ

１．１９４

１．１２２

（２）对式（１）中的系数值２．４７（以ＣＯＤ表示为３．７）进行修正，把理论计算值修正为实际工程检验后的数值。德国ＡＴＶ标准是针对单段活性污泥法污水处理厂设计的指导性文件，其中规定反硝化

１

ｋｇＮＯｓ—Ｎ需投加外部碳源（以ＣＯＤ计）５

ｋｇＬ３ｊ，

（相当于甲醇３．３３ｋｇ），这是从大量工程实践中得出

的经验值，应该更接近实际情况。

给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｏ．ＩＩ

２０１１

３９

（３）所有反硝化的氮均按硝态氮计算，忽略亚硝态氮的积累，从而简化计算。生物脱氮工艺处于稳态运行时，系统中不会产生亚硝酸盐积累，通

常在反应池中亚硝酸盐浓度很低，往往可以忽略

不计。只有在特殊情况下，系统按短程硝化反硝化运行时，才需要考虑亚硝酸盐的积累，一般情况下不

予考虑。

（４）反硝化池中溶解氧很低，所需要的碳源量极少，可以忽略不计，以简化计算。如Ａ／Ｏ工艺的

Ａ池通常控制Ｄ０＜ｏ．５ｍｇ／Ｌ，所需的外加碳源量

为０．５×０．８７×１．５一ｏ．６５［－（ＣＯＤ）ｍｇ／Ｌ］，只相当

于０．１３ｍｇ／Ｌ氮所需的外加碳源量，比检测和计算

误差还小，省去该项对结果基本无影响。３需用外部碳源反硝化去除的氮量计算３．１已经运行的污水处理厂

Ｎ—Ｎｏ—Ｎｓ

（５）

式中Ｎｅ——二沉池出水总氮实测浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｎ。——二沉池出水总氮排放标准，ｍｇ／Ｌ。３．２设计中的污水处理厂

Ｎ—Ｎｃ计一Ｎｓ

（６）

式中Ｍ计——根据设计的污水水质和设计的工艺参

数计算出能达到的出水总氮，ｍｇ／Ｌ。

Ｎ。计需通过建立氮平衡方程计算，生化反应系统的氮平衡见图１。

氮

图１生化反应系统氮平衡计算

图１中氮平衡是将整个系统看成一个封闭系统，进入这个系统的氮等于排出这个系统的氮，质量

守恒，而系统内的内回流因为不涉及进出系统，所以

一概不考虑，从而简化计算。

同化作用进入污泥中的氮按ＢＯＤｓ去除量的５％计，即０．０５（Ｓｉ—Ｓ。），Ｓｉ、Ｓ。分别为进水和出水

的ＢＯＤ５浓度。

进水总氮和出水总氮均包括各种形态的氮。进水总氮主要是氨氮和有机氮，出水总氮主要是硝态

氮和有机氮。

４０给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｏ．１１

２０１１

万方数据

反硝化作用去除的氮与反硝化工艺缺氧池容大

小和进水ＢＯＤ５浓度有关。德国ＡＴＶ—Ａ１３１Ｅ中提出了反硝化设计参数的概念，将其定义为反硝化的硝态氮浓度与进水ＢＯＤ５浓度之比，表示为Ｋ出（ｋｇＮＯＦ－－Ｎ／ｋｇＢＯＤｓ），由此可算出反硝化去除的硝态氮［Ｎ０ｆ—Ｎ］一ＫｄｅＳｉ。

从理论上讲，消耗２．８６ｋｇＢＯＤ！；可反硝化１

ｋｇ

硝态氮，即玩－－－－１／２．８６－－－－－０．３５（ｋｇＮＣｈ－一Ｎ／ｋｖ．ＢＯＤｓ），

但在实际工程中，进入缺氧池的ＢｏＤ５不可能都被

反硝化菌利用，能被利用的只有几分之一，实际Ｋｄ。远小于０．３５。ＡＴＶ—Ａ１３１Ｅ标准通过总结实际工程的数据，提出了可实际应用的反硝化设计参数表。为便于读者计算，特将其转录于下，见

表２。

表２反硝化设计参数（Ｔ＝｜０－－，１２℃）

Ｋａ。／ｋｇＮＯｊ一－－Ｎ／ｋｇＢＯＤ５

反硝化工艺

设缺氧区的反硝化

间歇或同步反硝化

Ｏ．２

０．１１０．０６ｖｎ～

０．３０．１３０．０９（Ｏａ／ｏｃ）

０．４Ｏ．１４Ｏ．１２Ｏ．５

０．１５

Ｏ．１５

注：１’为设计水温，ｙＤ／ｙ为缺氧池容与总池容（缺氧池容＋好氧池容）之比，０ｄ／００为缺氧泥龄与总泥龄（缺氧泥龄＋好氧泥龄）之比。

将上述各项代入图１的氮平衡方程，可表示为：

Ｎｉ—Ｋｄ。Ｓｉ＋０．０５（Ｓｉ—Ｓ。）＋Ｎ卅

（７）

或：

Ｎｅ计一Ｎｉ—ＫｄｅＳｉ一０．０５（Ｓｉ—Ｓ。）

（８）

４计算例

４．１例１：已建污水处理厂算例

某城镇污水处理厂规模Ｑ—ｌ万ｍ３／ｄ，已建成稳定运行，二沉池出水排放标准总氮Ｎ。≤

１５

ｍｇ／Ｌ，氨氮≤５（８）ｍｇ／Ｌ，运行数据表明氨氮已达标，而出水总氮Ｎｅ超标，经统计分析Ｎｏ一

２０

ｍｇ／Ｌ，求外加碳源量。

解：按式（５）计算：

Ｎ—Ｎｏ—Ｎ。一２０一１５—５（ｍｇＮ／Ｌ）

代入式（４）得：

ｃｍ一５Ｎ一５×５＝２５（ｍｇＣＯＤ／Ｌ）贝０每日需外加ＣＯＩＤ量：

Ｃａ－－－－－ＧＣ，ｎ＝１×１０４×２５×１０—３＝２５０（ｋｇＣＯＤ／ｄ）若选用乙酸为外加碳源，其ＣＯＤ当量为１．０７

ｋｇＣＯＤ／ｋｇ乙酸，乙酸量为：

２５０×１．０７＝２６８（ｋｇ／ｄ）

４．２例２：设计中的污水处理厂算例

某城镇污水处理厂Ｑ一５万ｍ３／ｄ，采用前置缺

氧脱氮工艺，缺氧池进水水质为：ＢＯＤｓ（Ｓｉ）＝２００ｍｇ／Ｌ，Ｎｉ一５６ｍｇ／Ｌ，设计水温１２℃，二沉池出水

ＢＯＤｓ排放标准Ｓ。≤１０ｍｇ／Ｌ，总氮排放标准Ｎ。≤

１５

ｍｇ／Ｌ，计算外加碳源量。

解：首先选定缺氧池容比％／Ｖ，以便确定Ｋ如。

根据Ｎｉ一５６

ｍｇ／Ｌ，属于中等浓度，％／Ｖ宜取０．３

或０．４。下面分别按％／Ｖ＝０．３和ＶＤ／Ｖ一０．４

计算：

（１）ｖＤ／ｖ＝ｏ．３

查表２，Ｋｄｅ—Ｏ．１３，代入式（７）得：

Ｎ卅＝Ｎｉ—ＫｄｅＳｉ—Ｏ．０５（Ｓｉ—Ｓ。）

一５６一Ｏ．１３×２００—Ｏ．０５（２００—ｌＯ）

＝２０．５（ｍｇＮ／Ｌ）

代人式（６）得：

Ｎ＝Ｎ剞ｒ—Ｎ。－－－－－２０．５—１５－－－－５．５（ｍｇＮ／Ｌ）Ｃｍ一５Ｎ＝５×５．５—２７．５（ｍｇＣＯＤ／Ｌ）每日需外加ＣｏＤ量：

Ｃａ＝ＱＣｍ一５×１０４×２７．５×ｌＯ一３

＝１３７５（ｋｇＣＯＤ／ｄ）

若采用甲醇为外加碳源，需甲醇量：

１

３７５／１．５＝９１７（ｋｇ／ｄ）

（２）Ｙ．／Ｖ＝０．４，Ｋｄｅ一０．１４

Ｎ计一５６一Ｏ．１４Ｘ２００—０．０５（２００一１０）

＝１８．５（ｍｇＮ／Ｌ）

代人式（６）：

Ｎ—Ｎ卅一Ｎ。一１８．５—１５＝３．５（ｍｇＮ／Ｌ）

Ｃｍ＝５×３．５—１７．５（ｍｇＣＯＤ／Ｌ）

Ｃｄ一眠一５×１０４×１７．５×１０—３

＝８７５（ｋｇＣＯＤ／ｄ）

需甲醇量：

万方数据

８７５／１．５＝５８３（ｋｇ／ｄ）≈．０．５８（ｔ／ｄ）

桂丽娟等人以生活污水为对象，研究了ＳＢＲ工艺中不同碳源种类和投加量对反硝化作用的影响［５｜。以乙酸钠为碳源时，最佳ＣＯＤ／Ｎ为５．８／１，反硝化过程为零级动力学反应。以乙酸为碳源时，最佳ＣｏＤ／Ｎ为６．６／１。

从试验结果看，与推荐算式的计算结果相当

接近。５结语

（１）我国污水处理对氮、磷的要求越来越严，为了确保总氮达标，不少污水处理厂都投加外部碳源，但目前还缺乏适用的外部碳源投加量计算方法，本文推荐的简易计算法试图弥补这方面的空缺。

（２）需要注意的是，各种计算式适用的前提是污水已充分硝化，出水氨氮已达到排放标准，否则即

使外加碳源也无济于事。

（３）推荐外部碳源计算式主要参照了德国ＡＴＶ—Ａ１３１标准，该标准对我国有很强的针对性，计算结果更加符合实际。

（４）计算式中的参数只涉及进出水水质基本参数以及运行的出水ＴＮ实测值，均为常规分析项目，监测数据的获得十分便捷，公式具有广泛的推广性。

参考文献

１张自杰，林荣忱，金儒霖，排水工程下册．第４版．北京：中国建筑

工业出版社，２０００

２给水排水设计手册．第５册．北京：中国建筑工业出版社，２００４３德国ＡＴＶ标准ＡＴＶ—ＤＶＷＫ—Ａ１３１Ｅ．单段活性污泥法污水处

理厂设计．德国：ＧＦＡ出版公司，２０００

４郑兴灿，李亚新．污水除磷脱氮技术．北京：中国建筑工业出版

社，１９９８

５桂丽娟，彭永臻，甘冠雄．生活污水外加碳源种类和投加量的选

择．见：全国城镇污水处理厂先进设计运营管理经验交流研讨会

论文集，２０１１

＆通讯处：３０００７４中国市政工程华北设计研究院总院

第二设计院

电话：（０２２）２３５４５４５６收稿日期：２０１１—０７—１９修回日期：２０１１～０９一０５

给水排水Ｖ０１．３７

Ｎｏ．１１２０１１

４１

污水脱氮工艺中外部碳源投加量简易计算方法

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

周丹， 周雹

周丹(中国市政工程华北设计研究总院,天津,300074)， 周雹(天津市市政工程设计研究院,天津,300050)给水排水

Water & Wastewater Engineering2011,37(11)

1. 给水排水设计手册 2004

2. 张自杰;林荣忱;金儒霖 排水工程下册 2000

3. 桂丽娟;彭永臻;甘冠雄 生活污水外加碳源种类和投加量的选择 20114. 郑兴灿;李亚新 污水除磷脱氮技术 1998

5. 德国ATV标准ATV-DVWK-A131E.单段活性污泥法污水处理厂设计 2000

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsps201111009.aspx