汙水進行反硝化時，需要一定的碳源，教科書、文獻中都有參考數據，但是具體怎麼得出的，很多人不清楚。
我們說的C，其實大多數時候指的是COD（化學需氧量），即所謂C/N實際為COD/N，COD是用需氧量來衡量有機物含量的一種方法，如甲醇氧化的過程可用（1）式所示，二者並不相同，但二者按照比例增加，有機物越多，需氧量也越多。因此，我們可以用COD來表徵有機物的變化。
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O（1）
1. 反硝化的時候，如果不包含微生物自身生長，方程式非常簡單，通常以甲醇為碳源來表示。
6NO3-+5CH3OH→3N2+5CO2+7H2O+6OH-（2）
由（1）式可以得到甲醇與氧氣（即COD）的對應關係：1mol甲醇對應1.5mol氧氣，由（2）式可以得到甲醇與NO3-的對應關係，1mol甲醇對應1.2molNO3-，兩者比較可以得到，1molNO3--N對應1.25molO2，即14gN對應40gO2，因此C/N=40/14=2.86。
2. 反硝化的時候，如果包含微生物自身生長，如（3）式所示。
NO3-+1.08CH3OH→0,065C5H7NO2+0.47N2+1.68CO2+HCO3-（3）
同樣的道理，我們可以計算出C/N=3.70。
3. 附註：本來事情到這裡已經算完了，但是偶還想發揮一下第一種情況，以下計算只是一種化學方程式的數學計算，不代表真的發生這樣的反應。
如果我們把（1）、（2）兩式整理，
N2+2.5O2+2OH-→2NO3-+H2O
有負離子不方便，我們在兩邊減去2OH-，
N2+2.5O2→N2O5
其中，N源於NO3-，O可以代表有機物，因此，對應不含微生物生長的反硝化的理論碳源的需求量，實際就是相當於把N2氧化成N2O5的需氧量，進一步說就是N2O5分子中O/N的質量比。
這樣就更簡單了，C/N=16×5/(14×2)=20/7=2.86
依次可以類推出NO2--N的純反硝化的理論C/N比是N2O3分子中O/N的質量比=16×3/(14×2)=12/7=1.71
穩定塘設計參數以及計算公式穩定塘一般是利用天然湖塘窪地加以整修，用塘內生長的微生物處理城市汙水和工業廢水的構築物。
穩定塘可以分為4種：好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘。各種類型塘的比較和適用條件見表1。
一般規定
1、根據城市規劃，在有湖塘窪地可供汙水處理利用，氣候適宜和日照良好的地方，可採用穩定塘。
2、穩定塘的分格數不應少於兩格。
3、汙水在進入穩定塘前宜經過沉澱處理。
4、穩定塘可接在其他生物處理流程後作深度處理，也可用來單獨處理汙水。
5、多級穩定塘宜布置為可按並聯運行，也可按串聯運行。
6、採用多種類型的穩定塘串聯方式，可以是厭氧塘+好氧塘，或是厭氧塘+兼性塘+好氧塘等。
7、穩定塘一般採用的串聯級：汙水經過初次沉澱後，不少於4-5級；汙水經過生化處理後，為2-3級。每級面積一般採用1.5-2.5公頃。
8、穩定塘一般採用矩形，其長寬比不宜大於3， 也可採用方形或圓形。
9、穩定塘堤壩採用下列規定：
堤頂最小寬度1.8-2.4米，外坡為4:1-5:1（橫:豎），內坡為3:1-2:1（橫:豎）。
應在內坡上堆放衝亂石，加襯砌或鋪砌。建議襯砌的最小值，在穩定塘的水面以上和水面以下，均為0.5米。
10、穩定塘的超高不應小於0.9米。
11、穩定塘的進水口位置：對於圓形或方形穩定塘，宜設在接近中心處；對於矩形穩定塘宜設在1/3池長處。
12、穩定塘出水口的布置，應考慮能適應塘內水深的變化，宜在不同高度的斷面上設置可調節的出流孔口或堰板。
13、各級穩定塘的每個進出水口均應設置單獨的閘門；各級生物之間應考慮超越設施，以便輪換清除塘內汙泥。
14、塘底應略具坡度，坡向出口方向；拐角處應做成圓角。
15、在穩定塘出口前，宜設置浮渣擋板。但在精製塘（接受二級出水）出口前，不應設置擋板，以避免截留藻類的可能性。
16、採用多級穩定塘串聯時，宜設置回流設置，回流比（回流水量:進水水量）為1:6。
17、採用穩定塘作為三級處理時，停留時間一般為1.5~3天，長寬比儘可能大。
18、應防止汙染地下水源和周圍大氣，妥善處置塘內底泥，一般應考慮塘底止水的襯裡處理。
19、在多級穩定塘後可設計養魚塘，其水質必須符合《漁業水體水質標準》。
設計數據
1、城市汙水穩定塘的設計數據，應根據汙水濃度、氣候和當地具體條件等因素確定。當無實際資料時，可參考表2。
2、工業汙水穩定塘的設計負荷宜經過試驗確定。
1、好氧塘和兼性塘的設計，按照BOD5面積負荷率計算，計算公式見表3。
2、厭氧塘的設計，有兩種方法：
厭氧塘的特點是容納和處理高有機負荷汙水，這種塘的整個深度都處於厭氧狀態，其功能有些類似於化糞池，對B0D的去除率非常高，當水力停留時間為一天時，去除率可達50％。
a）根據有機物負荷率設計計算
一般，採用BOD5容積負荷率進行設計；對城市汙水，多採用BOD5面積負荷率進行設計；對VSS含量高的廢水，還應用VSS容積負荷率進行設計。
我國對厭氧塘處理城市汙水的建議負荷值為20-60gBOD5/(m2•d)。
B0D容積負荷法：
λv＝L1Q／V（1）
式中λv——BOD容積負荷（g／（m3·d））；
L1——進水BOD（mg／l，或g／m3）；
Q——進水流量（m3／d）；
V——塘容積（m3）；
V／Q——水力停留時間（t）。
λv＝L1／t（2）
b）根據水力停留時間設計計算
對於城市汙水，我國的建議值是30-50d。
（3）曝氣穩定塘的計算方法，見表6
一、工藝能耗
1、汙水處理工藝
汙水處理的主要工藝有A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝、SBR工藝及由此引發出來的其他改進工藝。
城鎮汙水處理廠的一般流程是：進水→粗格柵→汙水提升泵站→細格柵→沉砂池→初次沉澱池→好氧活性汙泥處理→二次沉澱池→消毒池→出水。
汙水處理通常可分為預處理、生化處理和汙泥處理三個單元，見圖2。
預處理單元包括格柵、提升泵、沉砂池等，主要用於汙水的提升及渣、沙等的去除，為生化處理創造條件。生化處理單元主要包括曝氣系統、回流系統和二次沉澱池，用於有機物、氨氮等的去除。汙泥處理單元包括濃縮機、脫水機、出泥泵等，將剩餘汙泥脫水外運。
不同處理單元的構造和運行模式不同，因而其能耗計算就需要根據能耗分布特點選擇合適的方法。
2、能耗分布
城鎮汙水處理廠消耗的能源主要包括電能、燃料及藥劑等潛在能源。其中，電耗佔總能耗的60%～90% 。
電能的消耗主要用在汙水和汙泥的提升、生物處理的供氧和回流、汙泥的穩定和處理等方面。不同地區、不同規模汙水處理廠處理單元的能耗分布見表1。
由表1可知，生化處理是汙水廠能量消耗的主要部分。其中，鼓風曝氣能耗最大，一般約佔到50%；汙水提升過程也是能量消耗的重要環節，其能耗約佔全廠能耗的20%。
因此，汙水提升和鼓風曝氣是需要重點關注的節能環節。有效降低汙水處理能耗，首先要對耗能分布、耗能量進行調查分析，並根據不同的處理階段選取相應的能耗計量方法進行評估；最終，結合不同階段的能耗特點給出行之有效的調整方案。因而，汙水廠的節能應該從各處理單元與設備中挖掘並進行優化配置。
二、能耗計算方法和公式
汙水處理工藝通常分為預處理、生化處理、汙泥處理這三個單元，每個處理單元的耗能情況不盡相同，需要針對每個單元的工藝運行特點選擇相應的能耗計算方法對其能耗進行評估和預算。
1、預處理單元
汙水提升泵是汙水處理廠預處理單元耗能最大的部分，其電耗約佔全廠電耗的20%。該部分的能耗計算公式較少，形式也大同小異。
1）汙水提升泵電耗的計算式：
式中：W表示電機實際電耗，kWh；
ρ為汙水的密度，取1.0×103kg/m3；
g為重力加速度，取9.81m/s2；
Q為汙水泵的實際流量，m3/s；
H為汙水泵的實際工作揚程，m；
η1為水泵的效率，取0.65~0.85；
η2為電機的效率，取0.95。
2）提升泵能量估算公式：
式中：h為實際汙水提升高度，m；
N為配用電機功率，kW；
r=ρg，取9.8×103N/m3。
式（1）和式（2）計算簡便、準確，在實際工作中應用較為廣泛。同時可以看出，上述提升泵的實際工作揚程對汙水提升泵能耗計算影響較大。
可以通過降低泵揚程來節能降耗的措施。另外，採用變頻控制方式控制泵房液位，可以提高泵的工作效率，保證穩定的進水。
2、生化處理單元
汙水處理過程中，生化處理階段能耗最大的是曝氣系統，約佔總能耗的50%。曝氣系統採用的曝氣方式主要分為兩類：鼓風曝氣和表面曝氣。
目前，比較常用的曝氣方式是鼓風曝氣。鼓風曝氣的原理是將壓縮空氣通過管道系統送入池底的空氣擴散裝置，並以氣泡的形式擴散到混合液中，使氣泡中的氧迅速轉移到液相供微生物需要。因而，要想確定實際運行中曝氣系統的能耗利用效率，就要計算系統供氣量和實際需氧量之間的關係。
1）兩者之比越趨近於1越好，過大耗能較大，過小反而導致出水不達標。根據曝氣池供氣量GS=R0/0.3EA，延克軍給出了簡化的供氣量計算式：
鼓風曝氣：
表面曝氣：
式中：α=0.8~0.85；β=0.9~0.97；
EA為氧轉化效率；
R為任意狀態下的需氧量，m3/h。
式（3）和式（4）簡化了繁瑣的計算環節。在混合液溫度為15~30℃時，採用上述公式比較簡單，且可使混合液溶解氧濃度保持在1.5~2.0mg/L。
2）然而，對於其他條件下供氣量的計算不適用。鑑於上述公式的條件限制，綜合表面曝氣和鼓風曝氣裝置豎向位置不同帶來的影響，《給水排水設計手冊》給出了實際傳氧速率N的換算公式：
鼓風曝氣：
表面曝氣：
式中：N0為標準傳氧速率，kg/h；
CO為混合液剩餘DO值，一般用2mg/L；
T為混合液溫度，一般為5~30℃；
Csm是清水平均溶解氧值，mg/L；
Csw是清水表面處飽和溶解氧，mg/L；
Csm和Csw可以相互換算：
式中：Qt為曝氣池逸出氣體中含氧量百分率；
Pb為裝曝氣裝置處的絕對壓力，kg/cm2。
該公式的精度較低，適用於準確度要求不高的工程計算。
（7）的修正公式為：
採用式（7）計算時，鼓風機功率及曝氣裝置數量均大於採用式（8）的計算值，將造成工程投資及運行費用的增加。採用修正後的計算公式，大大降低了工程投資及運行費用。
實際工程設計中可根據供氣量和風壓值計算鼓風機功率：
式中：Qt為曝氣池逸出氣體中含氧量百分率；
Pb為裝曝氣裝置處的絕對壓力，kg/cm2；
Pa為當地大氣壓力，kg/cm2；
P為鼓風機計算功率，kW；
n為風機效率，一般取0.7~0.8；
P′為鼓風機出日計算升壓，kg/cm2；
W為鼓風機消耗的電能，kWh；
t為鼓風機工作的時間，h。
公式（8）對於平原地區的工程計算是通用的，應用也較為廣泛。
平原地區和高原地區的（標準大氣壓）供氣量計算式：
平原地區：
高原地區：
式中：GS為供氣量，m3/h；
R0為20℃條件下脫氧清水的充氧量，kg/h；
EA為氧轉移效率。
通過供氣量計算公式可以看出，供氣量的計算原理相差不大，但在不同工程中的計算效率和準確度卻不同。在實際工程設計和測量中，需根據實際情況選擇合適的公式。
3、汙泥處理單元
汙泥處理是城鎮汙水處理過程中的最後一個單元。該階段耗能大約佔汙水廠運行全部能耗的11%，其能耗主要體現在汙泥、藥和設備三個方面。因而，該部分的耗能不容忽視，其能耗的大小主要由汙泥產量的多少決定。
1）每日增長的揮發性汙泥量的計算式：
式中：ΔX為每日增長的揮發性汙泥量，kg/d；
Y為產率係數；
Kd為衰減係數，d-1；
Q為每日處理汙水量，m3/d；Sa為進入曝氣池的汙水中含有有機汙染物的濃度，kg/m3；
Se為經生化處理後水中殘留的有機汙染物的濃度，kg/m3；
V為生化池的有效容積，m3；Xv為混合液中揮發性懸浮固體量，kg/m3。
系統剩餘汙泥量的計算式：
式中：YH為異養微生物的增殖率，取0.5~0.6；
bH為異養微生物的內源呼吸速率，bH=0.08d-1；
fTH為溫度修正係數；
YSS為不能水解的懸浮固體率；
Sin和Sout分別為反應池進水和出水的懸浮固體濃度。
式（13）和式（14）計算詳細，準確度高。然而由於公式中的變量較多，且中間係數不易取得，應用範圍受到限制。
2）為了更好地計算汙泥量，可以採用幹汙泥量計算公式：
式中：S為幹泥量，t/h；
C0為原水濁度設計取值，NTU；
K1為原水濁度單位NTU與懸浮物SS單位mg/L的換算係數，應經過實測確定；
D為藥劑投加量，mg/L；
K2為藥劑轉化成泥量的係數。
式（15）計算準確、簡便，應用較多，尤其適用於汙水廠排泥系統的設計應用。汙泥脫水作為汙泥處理的關鍵技術，其電耗計算式為：
式中：W為水泵及電機節約電耗，kWh；
tds為脫水的幹固體重量，t/h；t3為脫水機每天工作時間，h；
b為比能耗，kWh/tds。
式（16）計算簡便，變量少且易於取得，應用起來較為方便，更適合汙泥處理階段電能的估算。
三、按照以上公式計算的實際案例
以某汙水處理廠數據為例，根據參數採集情況，選擇適合的前述公式進行能耗計算。該汙水處理廠一期工程2010年開始投入使用，採用A/O工藝對汙水進行生物處理後再經人工溼地生態處理。處理汙水主要來源於綜合生活汙水和部分工業廢水。日處理規模為1.5萬m3/d。
下面結合該廠的相關運行參數，分別從預處理、生化處理、汙泥處理三個單元給出能耗計算結果。
1、預處理單元單泵參數如下：
設計流量Q=320m3/h=0.09m3/s，水泵實際揚程H=3m，取η1=0.7，η2=0.95。
正常運行時，平均日工作時2臺泵工作，最大日工作時3臺泵工作，雨季4臺泵同時工作。取平均日工作時（8h）為例，應用式（1）計算能耗，計算結果為624.7845kWh。
2、生化處理單元鼓風機設計參數如下：
流量GS=20.8m3/min=1248m3/h，升壓P′=60kPa=0.61kg/cm2，風機效率n=0.88。
正常運行時，通過生化池內的溶解氧濃度控制風機的開啟臺數，多數情況是3用1備，應用式（9）和式（10）計算電耗，計算結果為2391.8kWh。
3、汙泥處理單元
汙泥處理採用帶式濃縮脫水一體機（1臺）進行脫水，每天工作6h。其脫水的汙泥乾重tds=7.50t/h，比能耗b=3.07kWh/tds，脫水機每天工作時間t3=10h。
正常運行時，通過生化池內的溶解氧濃度控制風機的開啟臺數，多數情況是3用1備，應用式（16）計算電耗，計算結果為230.25kWh。
計算能耗與實際能耗的對比結果如下：
由表2可以看出，計算能耗和實際能耗稍有差別。首先，預處理單元中，提升泵能耗的計算值比實際值偏小些。
這是由於計算過程中水泵的效率 η1 和電機的效率 η2 取的實際工程計算中常用的固定值導致的。在實際工程計算中，如果能較為準確地知道其確定值，可更準確地計算其能耗值。
其次，生化處理單元中，鼓風機能耗的計算比實際值偏大些，這是由於計算過程中的參數值大多使用的是設計值（高於實際值）。由於表2中的實際能耗是根據全廠日平均能耗與各部分耗能比例計算而得，因而計算值和實際值出現微小的偏差是正常的。通過對比相同條件下汙水處理各單元實際耗能情況和正常耗能情況的差距，尋找最具調控潛力的耗能設備，進行調控。
由表2可知，該汙水廠最具調控潛力的耗能設備是生化處理單元的鼓風機。鑑於不同季節的汙染物構成及其成分比重不同，尤其是有機物的濃度相差較大，冬季高於夏季，春、秋介於冬夏之間。當有機物濃度發生變化時，應根據有機物的實際需氧量調整曝氣量的大小。該廠處於北方地區，冬季降水較少，日汙水處理量變動小，可適當調整汙水提升範圍，減少能耗。
脫硫計算公式採用氫氧化鈉（NaOH，又名燒鹼，片鹼）或碳酸鈉（Na2CO3又名純鹼，塊鹼）。
1、NaOH 反應方程式：
2NaOH+SO2=Na2SO3(亞硫酸鈉)+H2O （PH 值大於 9）
Na2SO3+H2O+SO2=2NaHSO3(亞硫酸氫鈉) (5<PH<9)
當 PH 值在 5-9 時，亞硫酸鈉和 SO2反應生成亞硫酸氫鈉。
2、Na2CO3反應方程式：
Na2CO3+SO2=Na2SO3(亞硫酸鈉)+CO2↑（PH 值大於 9）
Na2SO3+H2O+SO2=2NaHSO3(亞硫酸氫鈉) (5<PH<9)
當 PH 值在 5-9 時，亞硫酸鈉和 SO2反應生成亞硫酸氫鈉。
二、雙鹼法脫硫工藝：
1、脫硫過程：
Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2↑
2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
用碳酸鈉啟動
用氫氧化鈉啟動
種鹼和SO2 反應都生成亞硫酸鈉
Na2SO3+SO2 +H2O=2NaHSO3 (5<PH<9)
當 PH 值在 5-9 時，亞硫酸鈉和SO2 反應生成亞硫酸氫鈉。
2、再生過程：
CaO(生石灰)+H2O＝Ca(OH)2(氫氧化鈣)
Ca(OH)2+2NaHSO3(亞硫酸氫鈉)＝Na2SO3 CaSO3↓ (亞硫酸鈣)+2H2O
Ca(OH)2+Na2SO3 =2NaOH+CaSO3↓
氫氧化鈣和亞硫酸鈉反應生成氫氧化鈉。
三、煤初始排放濃度：
按耗煤量按500kg/h，煤含硫量按1％，煤灰份按20％，鍋爐出口煙氣溫度按 150℃。
1、煙氣量：
按 1kg 煤產生 16～20m3/h 煙氣量，＝500×20＝ 10000m3/h
2、SO2初始排放量：
＝耗煤量 t/h×煤含硫量％×1600（係數）
＝0.5×0.01×1600＝ 8kg/h
也可以計算：＝ 2×含硫量×耗煤量×硫轉化率 80％
＝ 2×0.01×500×0.8＝8kg/h
3、計算標態煙氣量：
＝工況煙氣量×【273÷（273+150 煙氣溫度）】
＝10000×0.645＝6450Nm3/h
已知標況煙氣量和煙氣溫度，計算其工況煙氣量：
=標況煙氣量×【（273+150 煙氣溫度）÷273】
=6450×1.55=10000 m3/h
4、SO2初始排放濃度：
＝SO2初始排放量×106÷標態煙氣量
＝8×106÷6450＝8000000÷6450＝1240mg/Nm3
5、粉塵初始排放量：
＝耗煤量 t/h×煤灰份％×膛係數 20％
＝500×0.2×0.2＝20kg/h
6、粉塵初始排放濃度：
＝粉塵初始排放量×106÷標態煙氣量
＝ 20×106÷6450＝20000000÷6450＝3100mg/Nm3
四、運行成本計算：
需先計算出 SO2初始排放量 kg/h，然後按化學方程式計算。
1、以 NaOH 為例，按理論計算，1kg 二氧化硫用 0.625kg 氫氧化鈉反應。
2、由於 Na2CO3需水解後才能產生 NaOH，而 NaOH 可直接與 SO2反應，鹼性沒有 NaOH 高，不考慮使用 Na2CO3，投加量比 NaOH 更多。
3、氫氧化鈉（碳酸鈉）和二氧化硫反應生成物為亞硫酸鈉，且當 PH 值在 6～8 時，亞硫酸鈉又會與二氧化硫反應生成亞硫酸氫鈉，而Ca(OH)2與亞硫酸氫鈉反應生成亞硫酸鈉，Ca(OH)2再與亞硫酸鈉反應生成 NaOH，完成再生。鈣硫比按 1.03：1計算，1kg二氧化硫用 1.156kg 氫氧化鈣反應。而氫氧化鈣又可與亞硫酸鈉反應生成氫氧化鈉，按理論計算，可以不用添加氫氧化鈉，但實際中會有誤差，誤差按5％的氫氧化鈣 添加，則1kg二氧化硫用0.0578kg 氫氧化鈉。
五、風管和設備直徑計算
D＝√煙氣量÷2820V
1、風管V 為流速：10～15m/s
2、水膜除塵器V 為流速：4～5m/s
3、脫硫噴淋塔V 為流速：3～3.5m/s
六、除塵效率和脫硫效率
除塵效率＝（除塵器捕集量÷進入除塵粉塵量）×100％＝〔（進入除塵粉塵量－除塵器出口排出的粉塵量）÷進入除塵粉塵量〕÷100％脫硫效率按上述計算。
- END -
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