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【上海水處理設(shè)備網(wǎng)www.esdzu.com】擬定的污水處置廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)是該廠污水處置工藝流程選擇和污水處置單元設(shè)計(jì)參數(shù)確定的重要依據(jù)，污水處置廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)與污水處置廠出水水質(zhì)具有相關(guān)性，污水處置廠運(yùn)行調(diào)控的重要影響因素。因此，對(duì)污水處置廠進(jìn)水水質(zhì)特征及其對(duì)出水水質(zhì)的相關(guān)性開展研究，對(duì)指導(dǎo)污水處置廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理具有十分重要的意義。

本文以公安縣瓦池污水處置廠2017年全年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)資料為研究對(duì)象，分析各水質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律；參照德國(guó)ATV-DVWK-A 131E規(guī)范確定污水處置廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，與原先該廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行比擬；根據(jù)污水處置廠進(jìn)水和出水水質(zhì)資料，分析各指標(biāo)出水水質(zhì)與進(jìn)水水質(zhì)的相關(guān)性。通過分析得到公安縣瓦池污水處置廠的進(jìn)水水質(zhì)特征，為南方地區(qū)管網(wǎng)收集條件類似的污水處置廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供借鑒。

Part1進(jìn)水水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

公安縣瓦池污水處置廠采用AA O工藝，進(jìn)水以生活污水為主。2017年每日進(jìn)水流量及進(jìn)水CODBOD5NH4+-NTN和TP監(jiān)測(cè)值如圖1所示。

Part2各水質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律分析

以圖1進(jìn)水水質(zhì)實(shí)測(cè)結(jié)果為研究對(duì)象，分析各污染物指標(biāo)年平均值、全年監(jiān)測(cè)值變化特征、月平均值變化規(guī)律。統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)用EXCEL軟件，作圖軟件運(yùn)用SPSS23.0和Origin2016

2.1全年水質(zhì)特征分析

以標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)來判斷數(shù)據(jù)的離散水平，以偏度和峰度來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性。偏度大于零則標(biāo)明某指標(biāo)365個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)屬于正偏態(tài)分布，小于零則屬于負(fù)偏態(tài)分布，等于零則為正態(tài)分布。峰度是表征數(shù)據(jù)分布在平均值位置峰值高低的特征數(shù)，峰度大于零則峰部較尖，小于零則峰部更平緩，等于零則為正態(tài)分布。變異系數(shù)為規(guī)范偏差和平均值的比值，可比較不同數(shù)據(jù)組的離散水平大小。上海GMP純化水設(shè)備

由表1可知，全年進(jìn)水CODCrBOD5平均值分別為201.92101.58mg/L進(jìn)水中有機(jī)物濃度偏低。全年進(jìn)水NH4+-NTN和TP平均值分別為21.5032.123.34mg/L進(jìn)水中營(yíng)養(yǎng)物濃度并不低，原因有以下兩個(gè)：一是公安縣地處南方地區(qū)，地下水位較高，地下水滲入量稀釋了污染物的濃度；二是公安縣住宅所排出的生活污水一般經(jīng)化糞池處置后再排至市政管網(wǎng)，化糞池對(duì)有機(jī)物的去除率可達(dá)30%40%而對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的去除率一般只有10%甚至為負(fù)數(shù)，住宅區(qū)取消化糞池可使污水排水系統(tǒng)提質(zhì)增效，但管道淤塞的概率會(huì)有所提升，攻克這個(gè)問題是化糞池能否取消的關(guān)鍵。瓦池污水處置廠進(jìn)水與武漢市青山區(qū)、黃孝河地區(qū)以及曬湖地區(qū)污水中有機(jī)物濃度偏低的特征相似。

由表1可知，CODBOD5變異系數(shù)分別為13%16%說明進(jìn)水COD和BOD5離散水平不高。然而，COD和BOD5偏度和峰度均較大，即COD和BOD5更符合峰部更尖的正偏態(tài)分布。NH4+-NTN變異系數(shù)分別為10%8%說明進(jìn)水NH4+-N和TN離散水平也不大，NH4+-N和TN偏度和峰度均大于0且接近于0標(biāo)明進(jìn)水NH4+-N和TN接近正態(tài)分布。TP變異系數(shù)遠(yuǎn)大于10%說明進(jìn)水TP離散水平較大，TP偏度和峰度不太大但均大于等于1符合正偏態(tài)分布。離散度決定數(shù)據(jù)的動(dòng)搖大小，離散度大的指標(biāo)更容易出現(xiàn)進(jìn)水濃度過低或者過高的情形，對(duì)污水處置廠運(yùn)行穩(wěn)定性的影響更大。

2.2各月進(jìn)水平均值變化規(guī)律分析

2017年各月處置水量及各指標(biāo)進(jìn)水濃度平均值如表2所示。

由表2可知，除TP外，其他污染物指標(biāo)的進(jìn)水濃度動(dòng)搖幅度不算大，原因是該污水處置廠進(jìn)水主要由生活污水組成。除BOD5外，另外4個(gè)水質(zhì)指標(biāo)月平均濃度最大值均集中在氣溫較低的冬季，其原因是冬天氣溫較低，居民人均用水量較小導(dǎo)致各指標(biāo)濃度較高。NH4+-NTN和TP這3個(gè)水質(zhì)指標(biāo)月平均濃度最低值均集中在氣溫較高的夏季，原因是夏季炎熱多雨，居民人均用水量較大導(dǎo)致污染物濃度有所降低。本廠進(jìn)水中污染物濃度隨季節(jié)的變化規(guī)律與其他學(xué)者對(duì)昆明、武漢、廣州、重慶和江蘇等南方地區(qū)污水處置廠的研究結(jié)果基本一致。與上述污水處置廠有所不同的該廠進(jìn)水2月、3月COD和BOD5濃度偏低，究其原因是該廠污水收集系統(tǒng)在進(jìn)廠前有一段明渠，春冬季輸水量較小時(shí)，明渠中流速較低，局部非溶解性COD和BOD5明渠中發(fā)生沉淀上海GMP純化水設(shè)備。

Part3設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)可靠性分析

當(dāng)有一定數(shù)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，以一定保證率作為規(guī)范來確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)較為科學(xué)合理。德國(guó)ATV-DVWK-A 131E規(guī)范規(guī)定，當(dāng)有40d以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，一般可采用85%保證率來確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。

首先將實(shí)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后從小到大進(jìn)行排序，并利用式(1計(jì)算小于等于某一濃度值的出現(xiàn)頻率，即其相應(yīng)濃度值的累積概率，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

該污水處置廠原先設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)以及根據(jù)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按ATV規(guī)范確定的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表3所示。

由表3可知，原設(shè)計(jì)擬定的進(jìn)水BOD5和NH4+-N與實(shí)際進(jìn)水BOD5和NH4+-N較為接近，誤差在±5%原設(shè)計(jì)擬定的進(jìn)水COD偏大、擬定的進(jìn)水TN和TP偏低。

當(dāng)進(jìn)水BOD5為115mg/L時(shí)，以BOD5=0.68BODu計(jì)，原水中總BOD即BODu約為169mg/L即215mg/LCODCr中約有46mg/LCODCr不可生物降解的其中非溶解性不可生物降解的COD絕大部分被活性污泥吸附。BODu/TN=4.8略大于4.0基本滿足生物脫氮要求；BODu/TP=37.1遠(yuǎn)大于20完全滿足生物除磷要求。實(shí)際進(jìn)水的TN和TP高于設(shè)計(jì)擬定值，且設(shè)計(jì)人員常采用COD作為可生化有機(jī)物量來分析生物除磷脫氮的碳氮比和碳磷比，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)生物除磷脫氮效果的預(yù)期往往較為樂觀。該廠實(shí)際運(yùn)行全年結(jié)果也表明，升級(jí)改造前該廠尾水出水TN達(dá)到城鎮(zhèn)污水廠污染物排放規(guī)范》GB189182002一級(jí)A規(guī)范的概率約為90%佐證了上述對(duì)脫氮碳源充足性的分析結(jié)果。

Part4進(jìn)水水質(zhì)對(duì)出水水質(zhì)的影響分析

4.1污水處置廠出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

該污水處置廠2017年每日出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。

對(duì)圖3中出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到該污水處置廠出水達(dá)標(biāo)情況如表4所示。

由表4可知，出水CODBOD5NH4+-NTN和TP一級(jí)B達(dá)標(biāo)率均為100%除了TP一級(jí)A達(dá)標(biāo)率較低，其余出水指標(biāo)均達(dá)95%以上。因此，該污水處置廠出水由一級(jí)B提升至一級(jí)A其重點(diǎn)在于進(jìn)一步提高TP去除率。

4.2進(jìn)水濃度對(duì)出水水質(zhì)相關(guān)性分析

為了考察進(jìn)水水質(zhì)對(duì)出水水質(zhì)的影響，可采用相關(guān)系數(shù)法對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行定量分析。罕見的相關(guān)系數(shù)法有皮爾遜系數(shù)法和斯皮爾曼系數(shù)法。由上述正態(tài)性分析的結(jié)果可知，進(jìn)水TN和NH4+-N更符合正態(tài)分布，CODBOD5和TP更符合正偏態(tài)分布。

對(duì)皮爾遜系數(shù)法而言，其適用條件之一就是每個(gè)變量都應(yīng)服從正態(tài)分布或接近正態(tài)分布；對(duì)斯皮爾曼系數(shù)法而言，其適用條件則更為寬泛，只要兩個(gè)變量是連續(xù)的成對(duì)出現(xiàn)即可，但其統(tǒng)計(jì)效能相皮爾遜系數(shù)法略差一些。根據(jù)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)，選用斯皮爾曼系數(shù)法來判斷進(jìn)水水質(zhì)對(duì)出水水質(zhì)的影響。

根據(jù)圖1和圖3進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用SPSS23.0計(jì)算各指標(biāo)進(jìn)水濃度對(duì)出水影響的相關(guān)系數(shù)，其結(jié)果如表5所示。

注：**表示在0.01置信區(qū)間內(nèi)，相關(guān)性顯著

由表5可知，進(jìn)水COD濃度只對(duì)其出水水質(zhì)有顯著性的正相關(guān)影響，這說明進(jìn)水COD濃度的增加會(huì)同時(shí)帶來不可降解性COD增加，從而影響出水COD但出水COD均可達(dá)到一級(jí)A規(guī)范。進(jìn)水BOD5濃度對(duì)出水BOD5有顯著性的正相關(guān)影響，這說明進(jìn)水BOD5濃度的增加導(dǎo)致污泥負(fù)荷F/M增加，使出水BOD5同步上升；進(jìn)水BOD5濃度同時(shí)對(duì)出水TN有顯著性的負(fù)相關(guān)影響，進(jìn)水BOD5濃度越高，AA O脫氮池碳源越充足，脫氮效果越好，出水TN越低。進(jìn)水NH4+-N濃度只對(duì)出水NH4+-N濃度有顯著性的正相關(guān)影響，這說明進(jìn)水NH4+-N濃度越高，會(huì)導(dǎo)致部分NH4+-N來不及硝化，使其出水濃度增加。進(jìn)水TN濃度對(duì)出水NH4+-N呈顯著的正相關(guān)影響，這是因?yàn)橐话?span>TN包括有機(jī)氮和無機(jī)氮(以生活污水為主的鄉(xiāng)村污水，無機(jī)氮以NH4+-N為主，硝態(tài)氮濃度接近于零)有機(jī)氮首先通過氨化作用轉(zhuǎn)化為NH4+-N對(duì)于AA O好氧池，所進(jìn)的混合液TN濃度越高，相當(dāng)于所進(jìn)的NH4+-N濃度越高，因而出水NH4+-N同步升高。因此，確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)時(shí)，適當(dāng)放大進(jìn)水CODBOD5和NH4+-N設(shè)計(jì)值，雖然會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)，但有利于保證出水達(dá)標(biāo)。進(jìn)水TN和TP濃度對(duì)其出水TN和TP均沒有相關(guān)性，對(duì)出水COD均有顯著的負(fù)相關(guān)影響，這說明出水TN和TP受其他因素的影響較大，比如污泥齡、進(jìn)水碳源等，還有一個(gè)原因是生化池出水口附有化學(xué)除磷，以保證出水TP均達(dá)到一級(jí)B規(guī)范。因此，設(shè)計(jì)進(jìn)水TN和TP大小，對(duì)其去除效果影響不大，設(shè)計(jì)進(jìn)水TN和TP取值時(shí)達(dá)到一定保證率即可，若想提高出水TN一級(jí)A達(dá)標(biāo)率，可在生化池中投加碳源；而提高TP出水一級(jí)A達(dá)標(biāo)率則需進(jìn)行升級(jí)改造輔以化學(xué)除磷工藝上海GMP純化水設(shè)備。

Part5結(jié)論

1除TP外，其余指標(biāo)的進(jìn)水波動(dòng)范圍均不大；進(jìn)水NH4+-N和TN基本上符合正態(tài)分布，CODBOD5和TP符合正偏態(tài)分布。

2除BOD5外，另外4個(gè)水質(zhì)指標(biāo)月均濃度最大值集中在氣溫低的春冬季；除CODBOD5外，另外3個(gè)水質(zhì)指標(biāo)月均濃度最小值集中在氣溫較高的夏季。該廠進(jìn)水水質(zhì)隨季節(jié)的變化規(guī)律與眾多南方污水處置廠相似。

3依據(jù)德國(guó)ATV-DVWK-A 131E規(guī)范，取保證率為85%該廠CODBOD5TNNH4+-N和TP設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度可分別取21511535244.5mg/L原設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD5和NH4+-N與實(shí)際進(jìn)水BOD5和NH4+-N比較接近，原設(shè)計(jì)進(jìn)水COD偏大、進(jìn)水TN和TP偏低。實(shí)際進(jìn)水碳源低于設(shè)計(jì)預(yù)期，若不采取升級(jí)改造措施，實(shí)際運(yùn)行時(shí)TN達(dá)標(biāo)率達(dá)不到100%

4進(jìn)水CODBOD5和NH4+-N濃度的變化會(huì)導(dǎo)致各自指標(biāo)出水水質(zhì)正相關(guān)變化；進(jìn)水TN與出水NH4+-N呈正相關(guān)性；進(jìn)水BOD5濃度對(duì)出水TN有顯著性的負(fù)相關(guān)影響；進(jìn)水TN和TP濃度的大小則對(duì)出水TN和TP濃度的影響較小。設(shè)計(jì)進(jìn)水CODBOD5和NH4+-N取值略大，有利于預(yù)防出水水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)。

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