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    污水處理廠COD 和氨氮總量削減的成本模型
    發布時間:2021/3/15點擊次數:

    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現削減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,鼓風機等供氧設備所消耗的電量大約會占到污水處理廠總耗電量的50%~70%,電費成本又會占到污水處理廠總運轉成本的40%~60%,所以對削減COD 和氨氮總量的成本進行準確的確定對污水處理廠更好地運行是具有非常重大的意義的

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

    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現削減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,鼓風機等供氧設備所消耗的電量大約會占到污水處理廠總耗電量的50%~70%,電費成本又會占到污水處理廠總運轉成本的40%~60%,所以對削減COD 和氨氮總量的成本進行準確的確定對污水處理廠更好地運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行研究發現,COD 或者氨氮削減的負荷和處理污水的總量二者之間是沒有顯著地相關性的,所以采用傳統運行費用確定法即利用噸水確定費用是不能促使污水處理廠對COD 和氨氮負荷進行更多地削減。研究還發現COD 與單位用電消耗之間的相關性是比較顯著的,表現為削減COD 的負荷量越多,單位用電消耗量越多,且氨氮負荷的削減與單位用電消耗之間的關系與之相同。

    對COD 削減情況與其單位消耗電量的關系進行進一步分析,發現在不同的COD 濃度狀態下,單位用電消耗量會隨著COD削減負荷量的增多而逐漸減少并且慢慢趨于穩定,氨氮削減情況與其單位消耗電量的關系與之相同。這是因為當COD 和氨氮進水負荷比較小的時候,沒有及時有效地降低供氧量出現過量供氧的情況,進而使得電量被浪費,單位電量消耗增多。所以,在污水處理廠的能力范圍內,單位用電消耗量會隨著COD 和氨氮負荷削減的逐步增多而慢慢減少并且最終會趨于穩定。

    因為在對COD 進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削除COD和氨氮所耗電量,當然COD 已經被基本削除是削除氨氮的前提。

    研究還發現,污泥齡會對硝化效果產生明顯的影響,在污泥齡能夠符合硝化所需要求時,氨氮負荷增加對硝化的影響可以通過供氧量的增加而彌補,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,硝化效果也不會得到較好的改善,這就導致了出水中氨氮的含量過大,而且電量會被無效消耗[2]。只有對污水處理廠進行科學的管理,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行數值分析,發現當處理后的COD濃度下降10mg/L時,會消耗0.01kW·h/kg,當處理后的氨氮濃度下降1mg/L時,會消耗0.2kW·h/kg,由此可得到COD和氨氮削減所消耗電量的模型:

    污水處理廠COD 和氨氮總量削減的成本模型

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

    污水處理廠COD 和氨氮總量削減的成本模型

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

    因為處理廠規模以及水量的負荷率等因素都會對電量消耗占污水處理廠運轉成本的比例產生影響,一般情況下,處理廠規模過小以及處理的水量較小都會導致電量損耗占總運行成本的比例相對較低。對多個污水處理廠進行調研以確定處理廠規模對用電消耗占總運轉成本的比例的影響進行確定,在對不同水量負荷率的情況進行研究以確定其對用電消耗占總運轉成本的比例的影響進行確定[3]。

    在進出水濃度、處理廠規模以及水量負荷率的基礎上,獲得運行成本計算模型的表達式:

    污水處理廠COD 和氨氮總量削減的成本模型

    Ci = aPi/(37.001×Q0.0654)/100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 表示為當地的電價,Q 表示為處理廠規模,f 表示為水量的負荷率。

    單位COD 與氨氮總量削減所需的運行成本會隨著污水處理廠出水水質的濃度的降低而升高,而且在保證出水水質是不變的情況下,隨著COD 與氨氮總量削減量的增加,運行成本值會逐漸減小。所以在一定的時間范圍內,根據出水的濃度對COD 與氨氮的單位削減費用進行定值的確定時并據此支付運轉成本時,隨著COD 與氨氮削減總量的增多,實際消耗的單位污染物削減成本會逐漸減少,進而切實有效地促進污水處理廠更多、更好地對污染物進行削減,進而實現水質的逐漸改善。

    4 結語

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

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