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1研究方法

以天津市24座污水處理廠為研究對象，以2012年全年實(shí)際進(jìn)廠原水水質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，主要分析了BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP等的變化規(guī)律，各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系及概率分布。水質(zhì)分析數(shù)據(jù)來源于住房城鄉(xiāng)建設(shè)部城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS20.0軟件，作圖分析采用Origin9軟件。

2結(jié)果與討論

2.1進(jìn)水水質(zhì)分布特性分析

天津市2012年全年污水處理廠進(jìn)廠原水主要水質(zhì)指標(biāo)BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和正態(tài)性檢驗(yàn)。根據(jù)表1給出的Kolmogorov-Smirnov統(tǒng)計(jì)量、Shapiro-Wilk統(tǒng)計(jì)量、偏度和峰度結(jié)果，可以對各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的分布進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，當(dāng)樣本容量N＜1000時(shí)，以Shapiro-Wilk檢驗(yàn)為準(zhǔn)。經(jīng)過Shapiro-Wilk檢驗(yàn)，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)顯著性水平(Sig．，significancelevel)均小于0.05，表明各項(xiàng)指標(biāo)不服從正態(tài)分布。從偏度和峰度系數(shù)可以看出，各污水水質(zhì)指標(biāo)的偏度系數(shù)和峰度系數(shù)均大于0，由此可判斷各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)分布均呈正偏態(tài)分布。因此，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，對各水質(zhì)指標(biāo)分布的平均值、中間值及最頻值分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。表2列出了各月濃度中間值。

2.1.1進(jìn)水BOD5分布特性

進(jìn)水BOD5濃度逐月變化規(guī)律和概率。BOD5分布在20～360mgL，各月濃度平均值均大于中間值，各月中間值分布在95～140mgL，其中8月濃度最低，3月濃度最高。由表2可知，中間值最小值為98.0mgL，最大值為136.3mgL。進(jìn)水BOD5平均值為125.2mgL，中間值為115.0mgL。概率分布較高的濃度范圍在50～150mgL，其累積概率為75.8%，達(dá)到累積頻率95%時(shí)，BOD5為253.0mgL。

2.1.2進(jìn)水CODCr分布特性

進(jìn)水CODCr逐月變化規(guī)律和概率分布，各月濃度中間值如表2所示。CODCr分布在30～900mgL，1—7月各月濃度平均值大于中間值，8—12月平均值小于中間值。各月中間值分布在280～370mgL，其中8月濃度最低，3月濃度最高。中間值最小值為283.0mgL;最大值為364.7mgL。進(jìn)水CODCr平均值為334.5mgL，中間值為330.5mgL。概率分布較高的濃度范圍在150～400mgL，其累積概率為77.1%，達(dá)到累積頻率95%時(shí)，CODCr為575.0mgL。

2.1.3進(jìn)水SS分布特性

進(jìn)水SS濃度逐月變化規(guī)律和概率分布如圖3所示，各月濃度中間值如表2所示。SS濃度分布在20～540mgL，各月SS濃度平均值均大于中間值，中間值分布在130～155mgL，隨季節(jié)變化不明顯。中間值最小值為134.3mgL;最大值為152.0mgL。從圖3(b)可以看出，進(jìn)水SS濃度平均值為162.6mgL，中間值為142.0mgL。概率分布較高的濃度范圍在40～280mgL，其累積概率為89.3%，達(dá)到累積頻率95%時(shí)，SS濃度為323.0mgL。

2.1.4進(jìn)水NH3-N分布特性

進(jìn)水NH3-N濃度逐月變化規(guī)律和概率分布，各月濃度中間值如表2所示。NH3-N濃度分布在5～90mgL，各月濃度平均值均大于中間值，中間值分布在15～30mgL，其中8月濃度最低，5月濃度最高。中間值最小值為15.6mgL;最大值為28.3mgL。進(jìn)水NH3-N平均值為26.0mgL，中間值為24.0mgL。概率分布較高的濃度范圍在5～50mgL，其累積概率為93.9%。

2.1.5進(jìn)水TN分布特性

進(jìn)水TN濃度逐月變化規(guī)律和概率分布如圖5所示，各月濃度中間值如表2所示。TN濃度分布在3～85mgL，各月中間值分布在20～35mgL，除2、4、5月以外，各月濃度中間值均小于平均值。其中8月TN濃度最低，3月濃度最高。中間值最小值為23.5mgL;最大值為33.6mgL。進(jìn)水TN平均值為33.6mgL，中間值為30.0mgL。概率分布較高的濃度范圍在6～66mgL，其累積概率為97.1%。

2.1.6進(jìn)水TP分布特性

進(jìn)水TP濃度逐月變化規(guī)律和概率分布。TP濃度分布在0.5～20mgL，各月中間值分布在3～5mgL，各月濃度中間值均小于平均值。其中8月TP濃度最低，4月和5月濃度最高。中間值最小值為3.4mgL;最大值為4.2mgL。進(jìn)水TN平均值為4.2mgL，中間值為3.8mgL。概率分布較高的濃度范圍0～7mgL，其累積概率為95.7%。

2.2進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

污水中污染物的組成非常復(fù)雜，分析各污染物間相關(guān)性，了解各污染指標(biāo)間的相關(guān)程度，可以減少監(jiān)測次數(shù)與項(xiàng)目，還可保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。針對污水處理廠2012年全年進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP，采用最小二乘法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，確定各指標(biāo)間的一元線性關(guān)系是否存在，建立回歸方程，得到各污染指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。各指標(biāo)間的回歸方程及相關(guān)系數(shù)(R2)。各項(xiàng)指標(biāo)間線性相關(guān)關(guān)系均較好，除CODCr與TN的相關(guān)關(guān)系相對弱些(R2=0.893)之外，其他指標(biāo)間R2均大于0.900，其中BOD5與TP相關(guān)性最為顯著，R2為0.983。由此可見，天津市污水中污染物組成相對穩(wěn)定，無明顯劇烈變化，監(jiān)測結(jié)果也沒有明顯突變，各水質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系也較為穩(wěn)定和顯著。

2.3進(jìn)水營養(yǎng)物質(zhì)的比例關(guān)系

2.3.1進(jìn)水BOD5CODCr

污水處理中常用BOD5CODCr來衡量污水的可生化性。當(dāng)BOD5CODCr為0.4～0.6時(shí)，污水可生化性較好，適應(yīng)于生物處理，當(dāng)BOD5CODCr為0.2～0.4時(shí)，表明污水中存在難生物降解性污染物，當(dāng)BOD5CODCr＜0.1時(shí)，可生化性差，必須進(jìn)行預(yù)處理后才可進(jìn)行生化處理。BOD5CODCr為0.05～0.9，平均值和中間值均為0.4，全年BOD5CODCr分布在0.4～0.6的概率為39.4%，分布在0.2～0.4的概率為50.2%，BOD5CODCr＜0.1的概率為1.0%，說明天津城市污水可生化性較好，雖然存在一定的難生物降解性污染物，但仍適應(yīng)生物處理。

2.3.2進(jìn)水BOD5TN

反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行需要有充足的碳源，如果碳源不足會嚴(yán)重抑制反硝化反應(yīng)，降低系統(tǒng)總氮去除率;相反如果進(jìn)水碳源過高會增加系統(tǒng)耗氧量，嚴(yán)重抑制硝化反應(yīng)，降低硝化效率，相應(yīng)系統(tǒng)總氮去除率也不會太高，因此需維持進(jìn)水的BOD5TN。一般來說，當(dāng)污水的BOD5TKN為4～6時(shí)，可認(rèn)為碳源充足。BOD5TN的概率分布如圖8所示。由圖8可見，BOD5TN的平均值為4.5，中間值為3.8，BOD5TN＜4的概率為54.4%，分布在4～6的概率為28.7%，表明多數(shù)情況進(jìn)水反硝化碳源不足，應(yīng)注意合理控制外碳源投加量。

2.3.3進(jìn)水BOD5TP和TNTP

污水的BOD5TP是評價(jià)采用生物除磷是否可行的主要指標(biāo)。進(jìn)水的CP必須足夠高(特別是聚磷菌厭氧條件下)。若該比值過低，聚磷菌在厭氧池放磷時(shí)釋放的能量不能很好地被用來吸收和貯藏溶解性有機(jī)物，影響該類細(xì)菌在好氧池的吸磷，從而使出水磷濃度升高，一般認(rèn)為BOD5TP＞20有較好的磷去除率。比值越大，才能保證聚磷菌有著足夠的基質(zhì)需求，除磷效果越好。BOD5TP的概率分布如圖9所示。BOD5TP平均值為36.4，中間值為35.1，BOD5TP＞20的累積概率為77.9%，表明進(jìn)水在大多數(shù)情況下均可以滿足生物除磷的需求。一般來說，當(dāng)污水中BOD5∶N∶P達(dá)到100∶5∶1時(shí)，即可滿足微生物生長對氮、磷的需求。由圖10可以看出，TNTP平均值為9.7，中間值為9.1，分布在5～15的概率為73.6%，且TNTP＞5的概率為81.6%。由BOD5TP和TNTP值可以判斷，氮磷可滿足微生物生長的需求。

3結(jié)論

(1)天津市污水中BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP全年濃度均呈正偏態(tài)分布，月中間值分布在95～140、280～370、130～155、15～30、20～35和3～5mgL。各污染指標(biāo)隨季節(jié)變化呈現(xiàn)出較一致的規(guī)律性。

(2)進(jìn)水各常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)間存在較好的一元線性關(guān)系，其中BOD5與TP相關(guān)性最為顯著，相關(guān)系數(shù)(R2)為0.983，說明有機(jī)污染物和TP間存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。CODCr與TN的相關(guān)關(guān)系相對弱些，R2為0.893，其他指標(biāo)間R2均大于0.900。

(3)BOD5CODCr，BOD5TN，BOD5TP，TNTP分析表明，天津城市污水可生化性較好，有機(jī)物可以滿足生物除磷的需求，N和P可基本滿足微生物生長對氮、磷的需求，但多數(shù)情況下反硝化碳源不足，應(yīng)注意合理控制外碳源投加量。

作者：孫艷張逢胡洪營牛璋彬單位：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院清華大學(xué)深圳研究生院住房城鄉(xiāng)建設(shè)部城鎮(zhèn)水務(wù)管理辦公室