污水处理水质特征的统计学分析范文

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1研究方法

以天津市24座污水处理厂为研究对象，以2012年全年实际进厂原水水质数据为基础，主要分析了BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP等的变化规律，各指标间的相关关系及概率分布。水质分析数据来源于住房城乡建设部城镇污水处理管理信息系统，统计分析采用SPSS20.0软件，作图分析采用Origin9软件。

2结果与讨论

2.1进水水质分布特性分析

天津市2012年全年污水处理厂进厂原水主要水质指标BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP的统计分析结果和正态性检验。根据表1给出的Kolmogorov-Smirnov统计量、Shapiro-Wilk统计量、偏度和峰度结果，可以对各项水质指标的分布进行正态性检验，当样本容量N＜1000时，以Shapiro-Wilk检验为准。经过Shapiro-Wilk检验，各项水质指标显著性水平(Sig．，significancelevel)均小于0.05，表明各项指标不服从正态分布。从偏度和峰度系数可以看出，各污水水质指标的偏度系数和峰度系数均大于0，由此可判断各项水质指标数据分布均呈正偏态分布。因此，在数据统计时，对各水质指标分布的平均值、中间值及最频值分别进行了统计分析。表2列出了各月浓度中间值。

2.1.1进水BOD5分布特性

进水BOD5浓度逐月变化规律和概率。BOD5分布在20～360mgL，各月浓度平均值均大于中间值，各月中间值分布在95～140mgL，其中8月浓度最低，3月浓度最高。由表2可知，中间值最小值为98.0mgL，最大值为136.3mgL。进水BOD5平均值为125.2mgL，中间值为115.0mgL。概率分布较高的浓度范围在50～150mgL，其累积概率为75.8%，达到累积频率95%时，BOD5为253.0mgL。

2.1.2进水CODCr分布特性

进水CODCr逐月变化规律和概率分布，各月浓度中间值如表2所示。CODCr分布在30～900mgL，1—7月各月浓度平均值大于中间值，8—12月平均值小于中间值。各月中间值分布在280～370mgL，其中8月浓度最低，3月浓度最高。中间值最小值为283.0mgL;最大值为364.7mgL。进水CODCr平均值为334.5mgL，中间值为330.5mgL。概率分布较高的浓度范围在150～400mgL，其累积概率为77.1%，达到累积频率95%时，CODCr为575.0mgL。

2.1.3进水SS分布特性

进水SS浓度逐月变化规律和概率分布如图3所示，各月浓度中间值如表2所示。SS浓度分布在20～540mgL，各月SS浓度平均值均大于中间值，中间值分布在130～155mgL，随季节变化不明显。中间值最小值为134.3mgL;最大值为152.0mgL。从图3(b)可以看出，进水SS浓度平均值为162.6mgL，中间值为142.0mgL。概率分布较高的浓度范围在40～280mgL，其累积概率为89.3%，达到累积频率95%时，SS浓度为323.0mgL。

2.1.4进水NH3-N分布特性

进水NH3-N浓度逐月变化规律和概率分布，各月浓度中间值如表2所示。NH3-N浓度分布在5～90mgL，各月浓度平均值均大于中间值，中间值分布在15～30mgL，其中8月浓度最低，5月浓度最高。中间值最小值为15.6mgL;最大值为28.3mgL。进水NH3-N平均值为26.0mgL，中间值为24.0mgL。概率分布较高的浓度范围在5～50mgL，其累积概率为93.9%。

2.1.5进水TN分布特性

进水TN浓度逐月变化规律和概率分布如图5所示，各月浓度中间值如表2所示。TN浓度分布在3～85mgL，各月中间值分布在20～35mgL，除2、4、5月以外，各月浓度中间值均小于平均值。其中8月TN浓度最低，3月浓度最高。中间值最小值为23.5mgL;最大值为33.6mgL。进水TN平均值为33.6mgL，中间值为30.0mgL。概率分布较高的浓度范围在6～66mgL，其累积概率为97.1%。

2.1.6进水TP分布特性

进水TP浓度逐月变化规律和概率分布。TP浓度分布在0.5～20mgL，各月中间值分布在3～5mgL，各月浓度中间值均小于平均值。其中8月TP浓度最低，4月和5月浓度最高。中间值最小值为3.4mgL;最大值为4.2mgL。进水TN平均值为4.2mgL，中间值为3.8mgL。概率分布较高的浓度范围0～7mgL，其累积概率为95.7%。

2.2进水水质指标相关性分析

污水中污染物的组成非常复杂，分析各污染物间相关性，了解各污染指标间的相关程度，可以减少监测次数与项目，还可保证监测数据的真实可靠性。针对污水处理厂2012年全年进水水质指标BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP，采用最小二乘法对监测数据进行回归计算，确定各指标间的一元线性关系是否存在，建立回归方程，得到各污染指标之间的相关关系。各指标间的回归方程及相关系数(R2)。各项指标间线性相关关系均较好，除CODCr与TN的相关关系相对弱些(R2=0.893)之外，其他指标间R2均大于0.900，其中BOD5与TP相关性最为显著，R2为0.983。由此可见，天津市污水中污染物组成相对稳定，无明显剧烈变化，监测结果也没有明显突变，各水质指标间的相关关系也较为稳定和显著。

2.3进水营养物质的比例关系

2.3.1进水BOD5CODCr

污水处理中常用BOD5CODCr来衡量污水的可生化性。当BOD5CODCr为0.4～0.6时，污水可生化性较好，适应于生物处理，当BOD5CODCr为0.2～0.4时，表明污水中存在难生物降解性污染物，当BOD5CODCr＜0.1时，可生化性差，必须进行预处理后才可进行生化处理。BOD5CODCr为0.05～0.9，平均值和中间值均为0.4，全年BOD5CODCr分布在0.4～0.6的概率为39.4%，分布在0.2～0.4的概率为50.2%，BOD5CODCr＜0.1的概率为1.0%，说明天津城市污水可生化性较好，虽然存在一定的难生物降解性污染物，但仍适应生物处理。

2.3.2进水BOD5TN

反硝化反应的顺利进行需要有充足的碳源，如果碳源不足会严重抑制反硝化反应，降低系统总氮去除率;相反如果进水碳源过高会增加系统耗氧量，严重抑制硝化反应，降低硝化效率，相应系统总氮去除率也不会太高，因此需维持进水的BOD5TN。一般来说，当污水的BOD5TKN为4～6时，可认为碳源充足。BOD5TN的概率分布如图8所示。由图8可见，BOD5TN的平均值为4.5，中间值为3.8，BOD5TN＜4的概率为54.4%，分布在4～6的概率为28.7%，表明多数情况进水反硝化碳源不足，应注意合理控制外碳源投加量。

2.3.3进水BOD5TP和TNTP

污水的BOD5TP是评价采用生物除磷是否可行的主要指标。进水的CP必须足够高(特别是聚磷菌厌氧条件下)。若该比值过低，聚磷菌在厌氧池放磷时释放的能量不能很好地被用来吸收和贮藏溶解性有机物，影响该类细菌在好氧池的吸磷，从而使出水磷浓度升高，一般认为BOD5TP＞20有较好的磷去除率。比值越大，才能保证聚磷菌有着足够的基质需求，除磷效果越好。BOD5TP的概率分布如图9所示。BOD5TP平均值为36.4，中间值为35.1，BOD5TP＞20的累积概率为77.9%，表明进水在大多数情况下均可以满足生物除磷的需求。一般来说，当污水中BOD5∶N∶P达到100∶5∶1时，即可满足微生物生长对氮、磷的需求。由图10可以看出，TNTP平均值为9.7，中间值为9.1，分布在5～15的概率为73.6%，且TNTP＞5的概率为81.6%。由BOD5TP和TNTP值可以判断，氮磷可满足微生物生长的需求。

3结论

(1)天津市污水中BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP全年浓度均呈正偏态分布，月中间值分布在95～140、280～370、130～155、15～30、20～35和3～5mgL。各污染指标随季节变化呈现出较一致的规律性。

(2)进水各常规水质指标间存在较好的一元线性关系，其中BOD5与TP相关性最为显著，相关系数(R2)为0.983，说明有机污染物和TP间存在较强的相关关系。CODCr与TN的相关关系相对弱些，R2为0.893，其他指标间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较好，有机物可以满足生物除磷的需求，N和P可基本满足微生物生长对氮、磷的需求，但多数情况下反硝化碳源不足，应注意合理控制外碳源投加量。

作者：孙艳张逢胡洪营牛璋彬单位：清华大学环境学院清华大学深圳研究生院住房城乡建设部城镇水务管理办公室