概率统计在污水处理厂扩建工程中的应用

顾正亚

（安徽省城建设计研究总院有限公司安徽合肥230041）

概率统计在污水处理厂扩建工程中的应用

顾正亚

（安徽省城建设计研究总院有限公司安徽合肥230041）

进水水质是污水处理厂工程设计的基本参数,关系到污水处理厂处理工艺的选择,进而影响到整个工程的建设投资、占地面积和运行费用等。本文运用概率论与数理统计的方法对安徽固镇经济开发区污水处理厂一期工程414天进水数据进行统计分析，根据不同保证概率分别提出了的进水水质参考数据，将传统意义上的经验估计法提高到概率统计的高度，为二期工程扩建提供更充分依据。

污水处理厂；水质；概率统计

污水水质特征是城市污水处理厂工艺设计的重要依据，了解和掌握污水水质特征对污水处理厂工艺选择及升级改造优化运行，提高污水处理效果和降低运行费用具有重要意义。本文以安徽固镇经济开发区污水处理厂进水水质为研究对象，系统分析了进厂原水水质特征，主要包括水质指标BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP的变化规律和概率统计分析，以及有机物、氮、磷和悬浮物之间的相关关系，以便为城市污水处理厂的工艺选择、扩建改造提供科学依据。

1　研究对象

安徽固镇经济开发区污水处理厂于2013年8月建成调试运行，设计规模2.0×104m3/d，采用改良氧化沟和转盘滤池深度处理工艺，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。本文收集2014年4月1日～2015年5月19日进水量运行数据。

2　研究方法

进水水质的变化规划可以看作一种概率事件，将实测的水质数据分别按水质类别由小到大排列，并统计其达到各实测数值的累积个数，按P=n/(Nmax+1)计算小于等于某一浓度出现的频率(Nmax为实测水质指标数值的总计个数，n为某一浓度值的累积个数)。通过相关数据概率统计分析，提出较为合理值作为污水厂设计指标。

3　结果与讨论

3.1进水水质分布特性分析

由于缺乏实际运行的水质资料，对水质浓度的上升幅度预期出现偏差或设计富裕度过大，实际进水水质远低于设计水质，造成构筑物容量过大、设备闲置或运行工况点低效率。另外设计水质失真，也影响了处理效果，尤其是对氨氮和总氮的处理。

鉴于安徽固镇经济开发区污水处理厂已运行一年以上，有一定的水质基础数据。因此，本问将依托现有实际水质，结合开发区建设现状和发展方向，综合确定设计进水水质。

表1　进水水质分布表单位：mg/L

从上表可以看出，污水厂进水中CODCr、SS浓度偏高；BOD5、氨氮和总氮为中浓度，总磷属低浓度。

根据污水厂实际进水水质，通过分析，得出不同保证概率下的水质指标见下表。对污水处理厂的进水水质，通常采用的保证概率为85%～90%，即1年仅有15%～10%天数进水水质会超过此值。

表2　不同保证概率下的进水指标

图1　BOD5浓度变化趋势图

2　SS浓度变化趋势图

图3　CODCr浓度变化趋势图

图4　NH3-N浓度变化趋势图

图5　TN浓度变化趋势图

图6　TP浓度变化趋势图

本文分析各指标的变化趋势，可知近年来水质指标中的BOD5、SS、NH3-N、TN有升高趋势，CODCr有降低趋势，TP较恒定；CODCr、SS有突变现象（即存在水质冲击负荷）；CODCr的峰值变化相对较大，其他指标较小。

从水质来看，城市污水中氨氮、总氮、SS、TP基本属于典型的城市生活污水范畴，说明目前纳污范围内产生高浓度含氮、含磷废水的工业企业不多，且随着环保部门将加大对现有工业废水的执法力度，CODCr、SS在现有的基础上还有所降低。

综合上述分析，结合处理厂规模对环境的影响，进水水质中有机物、悬浮固体按85%保证率采用，氨氮、总氮、总磷按90%保证率采用时，具体水质见表3。

表3　按照保证率确定的进水水质

3.2进水基质特性分析

根据各污染物要求的去除率、污水可生化性、BOD5／TN、BOD5／TP，对各污染物去除难易进行判定，以利于后续工艺选择和优化。

表4　工程进水水质参数

表5　工程设计进水营养物比值

3.2.1BOD5/CODCr比值

污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法。一般认为BOD5/CODCr>0.45可生化性较好，BOD5/CODCr>0.3可生化，BOD5/CODCr<0.3较难生化，BOD5/CODCr<0.25不易生化。

按设计水质和保证概率水质。本工程BOD5/CODCr值分别为0.4和0.42，表明开发区污水可以采用生化处理工艺，但可生化性一般，建议采用水解酸化等提高可生化性的措施。

实际进水水质中，日均值BOD5/CODCr在0.21～0.49间，变化较大，其中BOD5/CODCr小于0.4的概率32%，说明有约1/3的时间进水水质的可生化性一般或较差，在工程设计中需要水解酸化等提高BOD5/CODCr措施及较长的反应时间。

3.2.2BOD5/TP比值

该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。进水中的BOD5是作为营养物供除磷菌活动的基质，故BOD5／TP是衡量能否达到除磷的重要指标，一般认为该值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明显。

分析本工程进水水质，BOD5／TP=50，可以采用生物除磷工艺，进水TP较高（为4.0mg/L），必要时须采用化学除磷措施。

图7　BOD5/CODCr频率分析图

图8　BOD5/TP频率分析图

3.2.3BOD5/TN（即C/N）比值

C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，规范要求，C/N≥4.0才能进行有效脱氮。

按设计水质和保证概率水质，本工程进水水质C/N分别为5.0和7.5，满足生物脱氮要求，但设计应根据实际运行情况，考虑冬季实际C/N较低情况下的采取积极应对措施。

根据上述各表中反映出的进水有机物与总氮之比指标（BOD5／TN及BOD5／RTN），其值大于4.0的概率为100%。

综上所述、安徽固镇经济开发区污水处理厂现状污水可以满足生物脱氮的条件。

图9　BOD5/TN频率分析图

图10　BOD5/RTN频率分析图

4　结语

本文运用概率统计的知识分析污水厂进水水质数据，从数据分析的角度，提出进水水质的论证方法，并分析基质特性，为进一步选择工艺提供参考。（1）建议安徽固镇经济开发区污水处理厂进水水质中有机物、悬浮固体按85%保证率采用，氨氮、总氮、总磷按90%保证率采用。（2）本工程BOD5/CODCr值分别为0.4和0.42，表明开发区污水生化性一般，建议采用水解酸化等提高可生化性的措施。（3）污水处理厂进水水质在采用水解酸化等提升可生化性措施的前提下，具备脱氮除磷的条件。

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顾正亚(1979—)，男，高级工程师，从事市政基础设施规划与设计工作。