污水處理廠COD和氨氮總量削減的成本模型

余洋

（玉溪市紅塔區(qū)環(huán)境監(jiān)測站云南玉溪653100）

污水處理廠COD和氨氮總量削減的成本模型

余洋

（玉溪市紅塔區(qū)環(huán)境監(jiān)測站云南玉溪653100）

本文將在削減COD和氨氮總量所消耗的單位用電量的基礎(chǔ)上，對污水處理廠COD和氨氮總量削減的成本模型進(jìn)行研究。

污水處理廠；COD；氨氮；總量削減；成本模型

1研究目的

污水處理廠主要是利用微生物在有氧情況下氧化以及合成實(shí)現(xiàn)削減COD的目的，而在削減氨氮方面，生物合成只是其中的一部分，其還可以通過硝化菌在有氧的情況下對氨氮進(jìn)行氧化形成硝酸鹽的方法去除，所以削減COD和氨氮的總量越多，需要消耗的氧量也就越多。而對于污水處理廠來說，鼓風(fēng)機(jī)等供氧設(shè)備所消耗的電量大約會(huì)占到污水處理廠總耗電量的50%~70%，電費(fèi)成本又會(huì)占到污水處理廠總運(yùn)轉(zhuǎn)成本的40%~60%，所以對削減COD和氨氮總量的成本進(jìn)行準(zhǔn)確的確定對污水處理廠更好地運(yùn)行是具有非常重大的意義的[1]。

2削減COD和氨氮總量消耗電量的分析

通過對污水處理廠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，COD或者氨氮削減的負(fù)荷和處理污水的總量二者之間是沒有顯著地相關(guān)性的，所以采用傳統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用確定法即利用噸水確定費(fèi)用是不能促使污水處理廠對COD和氨氮負(fù)荷進(jìn)行更多地削減。研究還發(fā)現(xiàn)COD與單位用電消耗之間的相關(guān)性是比較顯著的，表現(xiàn)為削減COD的負(fù)荷量越多，單位用電消耗量越多，且氨氮負(fù)荷的削減與單位用電消耗之間的關(guān)系與之相同。

對COD削減情況與其單位消耗電量的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)在不同的COD濃度狀態(tài)下，單位用電消耗量會(huì)隨著COD削減負(fù)荷量的增多而逐漸減少并且慢慢趨于穩(wěn)定，氨氮削減情況與其單位消耗電量的關(guān)系與之相同。這是因?yàn)楫?dāng)COD和氨氮進(jìn)水負(fù)荷比較小的時(shí)候，沒有及時(shí)有效地降低供氧量出現(xiàn)過量供氧的情況，進(jìn)而使得電量被浪費(fèi)，單位電量消耗增多。所以，在污水處理廠的能力范圍內(nèi)，單位用電消耗量會(huì)隨著COD和氨氮負(fù)荷削減的逐步增多而慢慢減少并且最終會(huì)趨于穩(wěn)定。

因?yàn)樵趯OD進(jìn)行削減所消耗的電量中有一部分用在了硝化氨氮上，所以利用最低電量消耗來表示削減COD所耗電量是較為合理的。而對于氨氮削減電量消耗方面，其包含了COD的削減消耗電量，因此利用其平均的消耗電量來代表同時(shí)削除COD和氨氮所耗電量，當(dāng)然COD已經(jīng)被基本削除是削除氨氮的前提。

研究還發(fā)現(xiàn)，污泥齡會(huì)對硝化效果產(chǎn)生明顯的影響，在污泥齡能夠符合硝化所需要求時(shí)，氨氮負(fù)荷增加對硝化的影響可以通過供氧量的增加而彌補(bǔ)，而如果污泥齡不能夠符合硝化所需要求，那么即使供氧增加，硝化效果也不會(huì)得到較好的改善，這就導(dǎo)致了出水中氨氮的含量過大，而且電量會(huì)被無效消耗[2]。只有對污水處理廠進(jìn)行科學(xué)的管理，確保污泥齡能夠符合硝化所需條件，所以電量損耗會(huì)隨著氨氮濃度的減少而降低。

3污水處理廠COD和氨氮總量削減的成本模型

對污水處理廠中COD和氨氮削減量與單位電量消耗進(jìn)行數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理后的COD濃度下降10mg/L時(shí)，會(huì)消耗0.01kW· h/kg，當(dāng)處理后的氨氮濃度下降1mg/L時(shí)，會(huì)消耗0.2kW·h/kg，由此可得到COD和氨氮削減所消耗電量的模型：

其中：PCOD表示為削減單位COD總量所消耗的電量；CODin和CODeff分別表示為進(jìn)水和出水的COD濃度。

其中：PN表示為削減單位氨氮總量所消耗的電量；NHin和NHeff分別表示為進(jìn)水和出水的氨氮濃度。

因?yàn)樘幚韽S規(guī)模以及水量的負(fù)荷率等因素都會(huì)對電量消耗占污水處理廠運(yùn)轉(zhuǎn)成本的比例產(chǎn)生影響，一般情況下，處理廠規(guī)模過小以及處理的水量較小都會(huì)導(dǎo)致電量損耗占總運(yùn)行成本的比例相對較低。對多個(gè)污水處理廠進(jìn)行調(diào)研以確定處理廠規(guī)模對用電消耗占總運(yùn)轉(zhuǎn)成本的比例的影響進(jìn)行確定，在對不同水量負(fù)荷率的情況進(jìn)行研究以確定其對用電消耗占總運(yùn)轉(zhuǎn)成本的比例的影響進(jìn)行確定[3]。

在進(jìn)出水濃度、處理廠規(guī)模以及水量負(fù)荷率的基礎(chǔ)上，獲得運(yùn)行成本計(jì)算模型的表達(dá)式：

其中：Ci表示為單位COD或者氨氮總量削減總量所消耗的成本，Pi表示為PCOD或者PN，a表示為當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)，Q表示為處理廠規(guī)模，f表示為水量的負(fù)荷率。

單位COD與氨氮總量削減所需的運(yùn)行成本會(huì)隨著污水處理廠出水水質(zhì)的濃度的降低而升高，而且在保證出水水質(zhì)是不變的情況下，隨著COD與氨氮總量削減量的增加，運(yùn)行成本值會(huì)逐漸減小。所以在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，根據(jù)出水的濃度對COD與氨氮的單位削減費(fèi)用進(jìn)行定值的確定時(shí)并據(jù)此支付運(yùn)轉(zhuǎn)成本時(shí)，隨著COD與氨氮削減總量的增多，實(shí)際消耗的單位污染物削減成本會(huì)逐漸減少，進(jìn)而切實(shí)有效地促進(jìn)污水處理廠更多、更好地對污染物進(jìn)行削減，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的逐漸改善。

4結(jié)語

COD或者氨氮削減的負(fù)荷和處理污水的總量二者之間是沒有顯著地相關(guān)性的，所以采用傳統(tǒng)的利用噸水確定費(fèi)用是不能促使污水處理廠對COD和氨氮負(fù)荷進(jìn)行更多地削減。隨著去除負(fù)荷的增多，削減COD和氨氮總量所需要的單位用電消耗是逐漸減少的，且會(huì)慢慢趨于穩(wěn)定。進(jìn)出水濃度、處理廠規(guī)模以及水量負(fù)荷率等因素會(huì)對污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)成本產(chǎn)生影響，基于此建立了成本模型對COD和氨氮總量的削減所需費(fèi)用進(jìn)行直接有效的反應(yīng)。

[1]李燁楠,盧培利,宋福忠,王飛,張代鈞.排污權(quán)交易定價(jià)下的COD和氨氮削減成本分析研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2014(03).

[2]王曉紅,林盛,都志民,許春華,胡洪營,李成芳,商子江.山東省徒駭河—馬頰河流域城市污水處理廠運(yùn)行效果及費(fèi)用分析[J].環(huán)境污染與防治,2015(02).