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。
随着环境要求的提高，我国城镇污水处理对氮磷的要求越来越严。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4版)和《给水排水设计手册》第5册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/O、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”推荐一种外部碳源用量的简易计算方法。
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:
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)]，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。
(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[NO3-—N]和亚硝态氮浓度[NO2-—N]两个参数，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NO3-—N和NO2-—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NO3-—N和NO2-—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：
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
(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1kgNO3-—N需投加外部碳源(以COD计)5kg，(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。
(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DO<0.5mg/L，所需的外加碳源量为0.5×0.87×1.5=0.65[(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
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。
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Kde(kgNO3-—N/kgBOD5)，由此可算出反硝化去除的硝态氮[NO3-—N]=KdeSi。
从理论上讲，消耗2.86kgBOD5可反硝化1kg硝态氮，即Kde=1/2.86=0.35(kgNO3-—N/kgBOD5)，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Kde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=10～12℃)
将上述各项代入图1的氮平衡方程，可表示为：
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=1万m3/d，已建成稳定运行，二沉池出水排放标准总氮Ns≤15mg/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Ne=20mg/L，求外加碳源量。
解：按式(5)计算：
4.2例2：设计中的污水处理厂算例
某城镇污水处理厂Q=5万m3/d，采用前置缺氧脱氮工艺，缺氧池进水水质为：BOD5(Si)=200mg/L，Ni=56mg/L，设计水温12℃，二沉池出水BOD5排放标准Ss≤10mg/L，总氮排放标准Ns≤15mg/L，计算外加碳源量。
解：首先选定缺氧池容比VD/V，以便确定Kde。根据Ni=56mg/L，属于中等浓度，VD/V宜取0.3或0.4。下面分别按VD/V=0.3和VD/V=0.4计算：
每日需外加COD量
若采用甲醇为外加碳源，需甲醇量：
需甲醇量：
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。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。
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BOD5去除量的5%计，即0.05(Si-Se)，Si、Se分别为进水和出水的BOD5浓度。
